Бензол в отсутствие катализатора не реагирует с бромом и хлором, демонстрируя тем самым устойчивость трех двойных связей в его молекуле к действию электрофильных агентов. В то же время наличие последних подтверждается взаимодейст­вием бензола с хлором при облучении, приводящим к образованию гексахлорциклогексана (гексахлоран):

Интересная реакция с участием двойных связей наблюдается при облучении бензола в жидкой фазе светом с дли­ной волны 253,7 нм. В этих условиях молекула бензола перестраивается, превращаясь в так называемые валентные изомеры.

Таким образом, были получены три структуры из тех, которые предлагались ранее для бензола. Оказалось, что они резко отличаются по свойствам от последнего: легко окисляются (в том числе водным раствором перманганата), бурно реагируют с бромом.

В молекуле бензола сопряженные двойные связи в отличие от таковых в диенах и других сопряженных системах устойчивы к действию водорода в момент выделения. Однако в присутствии катализаторов гид­рирования (платина, никель) бензол превра­щается в циклогексан:

Эта реакция не только подтверждает строение бензола (на­личие циклогексанового скелета и трех тг-связей), ее применяют также для оценки энергии его молекулы.

Ранее на примере алкенов и алкадиенов было показано, как для такой цели используют определение теплот гидрирования.

Измерение теплоты гидрирования бензола показало, что она составляет 206 кДж/моль, т. е. су­щественно меньше, чем утроенное значение теплоты гидриро­вания циклогексена (119 кДж/моль х 3 = 357 кДж/моль). Отсю­да следует, что молекула бензола обладает меньшей энергией, чем можно было ожидать, от циклогексатриена. Разность указан­ных значений (357-206 кДж/моль) составляет ~ 150 кДж/моль и называется энергией стабилизации или резонанса.

Сходная картина наблюдается при сравнении значений теплот сгорания бензола, вычисленных по аддитивной схеме и найден­ных экспериментально. Соответствующая разность оказалась равной 159 кДж/моль. Таким образом, определение энергии стабилизации (резонанса) молекулы бензола двумя независимыми путями дало практически совпадающие результаты.

Замещенные одноосновные ароматические кислоты

Нитробензойные кислоты

При нитровании бензойной кислоты получается 78%-мета-, 20% орто- и 2% пара-нитробензойных кислот. Два последних изомера без примесей других изомеров получают окис­лением орто- и пара- нитротолуолов.

Нитробензойные кислоты обладают более сильными кислотными свойствами, чем бен­зойная кислота (К = 6,6·10-5): о-изомер — в 100 раз, м-изомер — в 4,7 раза и п-изомер — в 5,6 раза. Аналогичная закономерность наблюдается и в случае галогенозамещенных кислот.

Константы ионизации замещенных бензойных кислот

Увеличение силы кислот с электроноакцепторными заместителями в п- и м-положении объясняется увеличением подвижности кислотного протона благодаря ослаблению связи О—Н (уменьшение электронной плотности)

Уравнение Гаммета было впервые использовано при изучении диссоциации м- и п-замещенных бензойных кислот. Для этой реакционной серии значение р было приняторавным 1 и, следовательно, уравнение Гаммета имело вид lgК/К0= ρσгде К — константа скорости или константа равновесия для замещенного соединения; К0 — аналогичная константа для незамещенного соединения; σ — константа, характеризу­ющая полярное влияние заместителя; ρ — константа, определяющая степень чувствитель­ности реакционного центра к полярным эффектам. Константа σ зависит только от природы заместителя, а константа ρ — от характера реакции.

Соединения с различными заместителями, но с одним и тем же реакционным центром об­разуют реакционную серию.

σ-Константы некоторых заместителей приведены в таблице: