Номер 253, страница 64 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.253. Запишите по два примера реакций толуола, в которых ароматическая система: а) сохраняется; б) разрушается.

а) сохраняется;

В данном случае реакции могут затрагивать как ароматическое кольцо (реакции электрофильного замещения), так и боковую метильную группу (реакции радикального замещения или окисления), но само бензольное кольцо как структурная единица сохраняется.

Пример 1: Нитрование толуола.
Это реакция электрофильного замещения, при которой атом водорода в бензольном кольце замещается на нитрогруппу ($-NO_2$). Метильная группа является активирующим заместителем и направляет замещение в орто- и пара-положения. Реакция проводится с использованием нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот).
$C_6H_5CH_3 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} o\text{-}NO_2\text{-}C_6H_4\text{-}CH_3 + p\text{-}NO_2\text{-}C_6H_4\text{-}CH_3 + H_2O$

Пример 2: Радикальное хлорирование.
При облучении ультрафиолетовым светом (или при высокой температуре) реакция с галогенами (например, с хлором) идет по свободно-радикальному механизму. Замещение происходит в боковой цепи (метильной группе), так как связь $C-H$ в ней менее прочная, чем в ароматическом кольце. Ароматическая система при этом не затрагивается.
$C_6H_5CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH_2Cl + HCl$

Ответ:
1. Нитрование: $C_6H_5CH_3 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} o\text{-}NO_2\text{-}C_6H_4\text{-}CH_3 + p\text{-}NO_2\text{-}C_6H_4\text{-}CH_3 + H_2O$
2. Хлорирование в боковую цепь: $C_6H_5CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH_2Cl + HCl$

б) разрушается;

Разрушение ароматической системы происходит в реакциях, где нарушается сопряженная система пи-электронов бензольного кольца. Это может быть либо насыщение кольца водородом (гидрирование), либо его полное окисление (горение).

Пример 1: Гидрирование.
В жестких условиях (высокая температура, высокое давление и наличие катализаторов, таких как $Ni, Pt, Pd$) толуол присоединяет водород по двойным связям ароматического кольца. В результате бензольное кольцо превращается в циклогексановое.
$C_6H_5CH_3 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, P, t} C_6H_{11}CH_3$
Продуктом является метилциклогексан.

Пример 2: Полное окисление (горение).
При сжигании толуола в избытке кислорода происходит полный разрыв всех химических связей в молекуле. Ароматическая система полностью разрушается, а продуктами реакции являются оксид углерода(IV) и вода.
$C_7H_8 + 9O_2 \xrightarrow{t} 7CO_2 + 4H_2O$

Ответ:
1. Гидрирование: $C_6H_5CH_3 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, P, t} C_6H_{11}CH_3$
2. Горение: $C_7H_8 + 9O_2 \xrightarrow{t} 7CO_2 + 4H_2O$