Толуен

Структурна формула на толуена

Толуен, още наричан толуол, метилбензен или фенилметан, е ароматен въглеводород от реда на бензените с химична формула C₆H₅CH₃. Представлява безцветна запалима течност със специфична миризма. Точката на топене на толуена е -95 °C, а точката на кипене е 110 °C.

Съдържа се в каменовъгления катран и в продукти, получени при термична обработка на нефт и нефтопродукти (пиролиза).

Толуенът намира приложения като разтворител и при производството на тротил, захарин, бои и лекарства. Използва се като суровина за производството на бензен, капролактам, фенол и други.

Химични свойства на метилбензен (толуен)

(общи за алкилбензени, виж химични свойства на бензен)

Определят се от ароматното ядро, алкиловия остатък и взаимното им влияние. Това води до преразпределение на електронната плътност в ароматното ядро и по-лесното протичане на заместителните реакции. Получават се орто- и пара- заместени продукти.

1. Електрофилно заместване (електрофилни субституции) в аро­матното ядро

При заместителните реакции става заместване на водороден атом от ароматното ядро с различни атоми и атомни групи. Те се наричат се електрофилни заместители и могат да бъдат катиони (NO₂⁺), по­лярни молекули (SO₃) или молекули (Cl₂, Br₂) които се поляризират под дей­ствие на катализатор.

Заместителните реакции при алкилбензените протичат по-лесно поради повишената електронна плътност на ароматното ядро под дей­ствие на алкилови остатъци на o- и p- местата. (виж електронни ефекти)

• Халогениране – протича по електрофилен механизъм.

Метиловият остатък е слаб о-, р-ориентант. Той активи­ра слабо ароматното ядро в електрофилните субституции и ориентира замес­тителя на о- и р-място. Затова халогенирането при толуена протича по-лесно отколкото при бензена.

За катализатор се използват Люисови киселини – АlCl₃, FeCl₃, FeBr₃, ZnCl₂ и др.

Получават се равни количества от 2-бромо и 4-бромотолуен. При излишък на бром (моларно отношение 1:3) се получава 2,4,6-дибромотолуен:

• Нитриране - извършва се с нитрирна смес – смес от концентрирана HNO₃ и H₂SO₄ в отношение 1:2 при слабо нагряване.

Електрофилната частица -NO₂ (нитрониев катион) се получава по уравнението:

HNO₃ + 2H₂SO₄ -> H₃О⁺ + 2HSO₄^-+ NO₂⁺

1. В меки условия – при ниска температура води то получаване на смес главно от орто- (2-) и пара- (4-) изомери и незначително количество от мета- (3-) изомера.

   

2. В твърди условия – при по-висока температура и в излишък на нитрирана смес се получава 2,4,6-тринитротолуен, TNT(тротил).

• Сулфониране – осъществява се с концентрирана H₂SO₄ при нагряване:

Сулфонирането на толуен протича по-лесно в стравнение с бензена. Получава се смес от о- и p- толуенсулфонови киселини, които са силни киселини.

Електрофилните субституции в ароматното ядро по-трудно протичат при бензена, отколкото при неговите хомолози, фенол, фениламин и по-лесно в сравнение с бензалдехид и бензоена киселина.

2. Присъединителни реакции

Протичат трудно поради стабилността на кръговата делокализирана π-връзка на ароматното ядро, която трудно се разкъсва.

• Хидриране (присъединяване на водород)

В присъствие на активни катализатори (напр. Ni), при висока t° и налягане, толуенът може да присъедини H₂ :

• Халогениране на алкилов остатък

Протича по верижно радикалов механизъм – ВРМ (виж халогениране на алкени)

Заместването на водородни атоми в алкиловия остатък на алкилбензените може да се извърши при нагряване или облъчване на реакционната смес със светлина:

Тъй като реакцията протича по ВРМ освен главния продукт са налични и странични продукти получени в резултат на случайна среща на високоактивни частици (атоми и радикали).

Арените не присъединяват вода или други полярни съединения – разлика от алкени и алкини.

3. Окисление и горене

• Окисление

Алкилбензените лесно се окисляват. Окислението засяга алкиловия остатък. Колкото и дълга да е веригата му, тя се къса след C-атома свързан с бензеновото ядро. От окислението на този атом се образува бензенова (бензоена) киселина, а от останалата верига – друга киселина.

Алкилбензените обезцветяват разтвор на KMnO₄, което се използва за опитното им различаване от бензен.

• Окисление на кумен – протича по различен начин:

• Горене - Бензенът и арените горят с пушлив пламък. Получават се CO₂ и вода:

C₆H₅CH₃+ 9О₂ -> 7CO₂ + 4H₂O

Източници

• „Речник на научните термини“, Е. Б. Уваров, А. Айзакс, Издателство „Петър Берон“, София, 1992
• The Penguin Dictionary of Chemistry, Penguin Book, 1983, 1990
• Ганка Робова, Лилия Величкова – Теми по органична химия за ученици и кандидат-студенти – Абагар