Ароматические соединения

Ароматические соединения – жидкости или твёрдые вещества. Для них характерно наличие т. н. магнитного кольцевого тока и резонанс в слабопольной («ароматической») части спектра ЯМР (6,5–8,0 м. д. для ¹ H и 110–170 м. д. для ¹³ C). Ароматические соединения вступают в реакции электрофильного замещения (например, галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование и ацилирование по Фриделю – Крафтсу). Введение электрофила E⁺ в молекулу ароматического соединения облегчается, и электрофил направляется преимущественно в орто- и пара-положения цикла при наличии в молекуле ароматического соединения заместителей, являющихся ориентантами 1-го рода (алкилы, арилы, атомы галогенов, группы OR, NR₂ , SR, где R – органический радикал), затрудняется и направляется преимущественно в мета-положение цикла заместителями – ориентантами 2-го рода (COR, COOR, CN, NO₂ , SO₂ R, SO₃ H). Электрофильное замещение протекает по механизму присоединения – отщепления через катионный σ-комплекс – интермедиат Уэланда (X – заместитель):

Ароматические соединения вступают также в реакции нуклеофильного замещения при действии нуклеофилов Nu^- , например R₂ N^- , RO^- , RS^- , (RCO)₂ CH^- , галогенид-анионов. При этом в молекуле ароматических соединений замещаются атомы галогенов, группы NO₂ , NR₂ , OR, SR, SO₃ H, реже – атомы водорода. Такие реакции часто протекают в жёстких условиях, например при повышенных температурах. Они облегчаются в присутствии соединений меди и особенно – при наличии в орто- или пара-положении к уходящей группе заместителя (ориентанта 2-го рода). Нуклеофильное замещение протекает главным образом по механизму присоединения – отщепления, через образование анионного σ-комплекса – интермедиат Майзенхаймера (Y – замещаемая группа):

Меньшее значение для ароматических соединений имеет гомолитическое замещение, например арилирование диазосоединениями и гидроксилирование с использованием реагента Фентона (H₂ O₂ + CuSO₄ + H₂ SO₄ ). Ароматические соединения подвергаются металлированию (прямому замещению водорода или обмену галогена на металл при действии металлов или металлоорганических соединений). Реакции ароматических соединений по замещающим группам в целом подобны реакциям соответствующих алифатических соединений. Основные особенности – образование ароматическими аминами с HNO₂ устойчивых диазосоединений, способных к азосочетанию и превращающихся при действии нуклеофилов в различные замещённые ароматические соединения. Из реакций присоединения для ароматических соединений наиболее важно каталитическое гидрирование – общий метод синтеза соединений ряда циклогексана. Ароматические соединения устойчивы к окислению. Алкилароматические соединения обычно окисляются по соседнему с ароматическим циклом атому углерода алкильного заместителя. Таким способом получают ароматические кислоты (например, терефталевую из n-ксилола), альдегиды (n-нитробензальдегид из n-нитротолуола), кетоны (ацетофенон из этилбензола) и спирты (трифенилкарбинол из трифенилметана).

Ароматические соединения содержатся в нефти, однако в основном их получают в промышленности из продуктов коксования каменного угля и ароматизацией углеводородов; затем превращают в различные производные. Ароматические соединения – важные промежуточные и целевые продукты промышленного органического синтеза; их применяют в производстве красителей, лекарств, средств защиты растений, взрывчатых веществ, полимерных материалов. Ароматические углеводороды – компоненты высокооктановых бензинов.