Составить уравнение реакции бромирования толуола

Свободнорадикальное галогенирование бензола и алкилбензолов

Вы будете перенаправлены на Автор24

Бензол не вступает в реакции свободнорадикального замещения с хлором или бромом, которые являются типичными реакциями для алканов и циклоалканов. Энергия связи $C-H$ в бензоле составляет 110 ккал/моль, что значительно превышает энергию вторичной $CH$-связи в алканах (95 ккал/моль). Поэтому уже на первой стадии предполагаемого цепного радикального замещения наблюдается энергетическое препятствие и она оказывается эндотермической, что препятствует процессу замещения в целом:

Энергетически предпочтительнее оказывается радикальное присоединение хлора к бензолу с образованием гексахлорциклогексана.

Замещение атома водорода атомом галогена в боковой цепи

В боковой цепи атом галогена вводят при нагревании в присутствии радикальных инициаторов или под действием облучения по механизму радикального замещения. Например, хлорирование толуола выглядит так:

Механизм этой реакции состоит в преобразованиях:

Готовые работы на аналогичную тему

Протеканию такой реакции способствуют легкость образования и большая устойчивость бензильного радикала благодаря х-р-сопряжению неспаренного свободного электрона с $\pi$-связями бензольного кольца. Поэтому при галогенирования аренов в с большими чем метательный боковыми цепями атака реагентом в первую очередь происходит в $\alpha$-положении к бензольному кольцу с получением устойчивых радикалов бензильного типа:

Бромирование толуола

Бромирование толуола проходит более селективно, чем хлорирование с образованием только дибромзамищенных соединений:

Как инициатор используют азодиизобутиронитрил.

Селективность галогенирования растет с уменьшением реакционной способности агента в ряде $F_2 > Cl_2 > Br_2 > J_2$.

Йодирование не применяется как препаративный метод, потому что молекулярный йод имеет низкую энергию, недостаточную для ведения радикального процесса. Йод — ингибитор реакции.

Непосредственное взаимодействие углеводородов с фтором дает углерод и фтороводород. Свободный фтор вызывает крекинг углеводородного цепи, потому что эта реакция сильно экзотермическая. Фторпроизводные углеводородов получают с помощью неорганических фторидов ($CoF_3$), тетрафторэтилена, фторотана ($CHClBr — F_3C$).

Бромирование в боковую цепь ароматических соединений $N$-бромсукцинимидом

$N$-Бромсукцинимид (БСИ, NBS) — $N$-бромид янтарной кислоты. Широко применяется в синтетической органической химии в качестве бромирующего реагента.

Галогенирование $N$-бромсукцинимидами в боковую цепь ароматических соединений является радикальной реакцией, аналогечной рассмотренным ранее. Ему способствуют УФ-облучение или радикальные инициаторы (бензоилпероксид, AIBN и т.д.). Самой распространенной реакцией является галогенирование метильной группы, прямо соединенной с ароматическим ядром. Этот процесс характеризуется высокой селективностью.

Например, толуол не реагирует с $N$-бромосукцинимидом без катализатора, но в присутствии перекиси бензоила образует бромистый бензил (64%). При наличии в бензольном ядре заместителя, способного оказывать негативный индуктивный эффект (о-хлоротолуен, п-нитротолуен), бромирование боковой цепи может происходить и без катализатора, однако присутствие катализатора увеличивает выход бромопроихводного и сокращает время реакции.

Аналогично в других алкилзамещенных ароматических соединениях замещения можно направить в ядро или в метильную группу в зависимости от применяемых условий. Замещения в боковой цепи происходит без катализаторов также для 1- и 2-метилнафталенов, ди- и трифенилметанов, флуорена и родственных соединений. При действии NBS на 2,6- и 2,3-диметилнафталины селективно бромируется одна из метильных групп.

Интересный случай составляет 1-етилнафталин, в котором наблюдается бромирование в боковую цепь, причем образуется винилнафталин (73%), в противовес около родственному аценафтену, для которого реакция происходит в ядро. В присутствии пероксида преобладает первая реакция и образуется аценафтилен.

Если субстрат содержит две метильные группы, связанные с ароматическим ядром, возможно образование бис-бромометильных производных:

Применяя облучение видимым светом к арену и соответствующему количеству NBS, можно селективно фотобромировать одну или две боковые метильные группы в диметиларенах. Так, фотобромирование 1,4, 1,8-, 2,3- и 2,6-диметилнафталенов, 4,4′-диметилбифенила с помощью 2.2 мл. экв. NBS дает соответствующие бис-бромометильные арены, тогда как с 1.1 мл. экв. NBS получают бромометиларены.

При изучении реакций бромирования ароматических соединений в боковую цепь с помощью NBS установлено, что селективность атаки брома зависит от примененного растворителя.

Реакции бромирования NBS различных алкил-арилов, проведенные с чистыми реагентами или в воде, в присутствии ультразвука или при микроволновом облучении демонстрируют различную хемоселективнисть. Так, при проведении реакции в водном растворе с применением ультразвука наблюдается замещение в ядро, тогда как с микроволнами происходит как $\alpha$-монобрмирование в боковую цепь, так и замещение в ядро.

Составить уравнение реакции бромирования толуола

Все реакции толуола (метилбензола) можно подразделить на два типа: реакции, затрагивающие бензольное кольцо и реакции, затрагивающие метильную группу.

Реакции замещения

1. Реакции с участием бензольного кольца

Метилбензол вступает во все реакции замещения, в которых участвует бензол, и проявляет при этом более высокую реакционную способность, реакции протекают с большой скоростью.

Метильный радикал, содержащийся в молекуле толуола, является ориентантом I рода, поэтому в результате реакций замещения в бензольном ядре получаются орто- и пара- производные толуола или при избытке реагента – трипроизводные общей формулы:

а) галогениерование

При избытке галогена можно получить ди- и три-замешенные производные в соответствии с правилами ориентации:

б) нитрование

Например, при нитровании толуола С₆Н₅CH₃ (70°С) происходит замещение не одного, а трех атомов водорода с образованием 2,4,6-тринитротолуола:

Здесь ярко проявляется взаимное влияние атомов в молекуле на реакционную способность вещества. С одной стороны, метильная группа СH₃ (за счет +I-эффекта) повышает электронную плотность в бензольном кольце в положениях 2, 4 и 6 и облегчает замещение именно в этих положениях:

С другой стороны, под влиянием бензольного кольца метильная группа СH₃ в толуоле становится более активной в реакциях окисления и радикального замещения по сравнению с метаном СH₄.

в) сульфирование

г) алкилирование

2. Реакции с участием боковой цепи

Метильная группа в метилбензоле может вступать в реакции, характерные для алканов:

Это объясняется тем, что на лимитирующей стадии легко (при невысокой энергии активации) образуется радикал бензил ·CH₂-C₆H₅. Он более стабилен, чем алкильные свободные радикалы (·СН₃, ·СH₂R), т.к. его неспаренный электрон делокализован за счет взаимодействия с π- электронной системой бензольного кольца:

Реакции присоединения

а) гидрирование

Реакции окисления

а) горение

б) неполное окисление

В отличие от бензола его гомологи подвергаются окислению легче предельных углеводородов. При этом окислению подвергаются лишь радикалы, связанные с бензольным кольцом, в случае толуола — метильная группа. Мягкие окислите (MnО₂) окисляют ее до альдегидной группы, более сильные окислители (KMnO₄) вызывают дальнейшее окисление до кислоты: