12. Арены
12.1. Жирноароматические углеводороды
Из рассмотренного в предыдущих главах материала очевидно, какие свойства можно ожидать от алифатических углеводородов, т. е. от алканов, алкенов или алкинов. Мы познакомились также с тем, какими химическими свойствами обладает бензол, родоначальник ароматического ряда углеводородов.
Многие важные органические соединения нельзя квалифицировать только как алифатические или только как ароматические вещества, поскольку они содержат одновременно алифатический и ароматический остатки; углеводороды такого типа известны под общим названием аренов. Этил-бензол, например, содержит бензольное кольцо и боковую алифатическую цепь.
Какие же химические свойства будут присущи таким жирноароматическим углеводородам?
Во-первых, можно ожидать, что они будут проявлять два ряда свойств. Кольцо этилбензола должно вступать в реакции электрофильного замещения, характерные для бензола, а боковая цепь — в реакции свободнораднкального замещения, характерные для этана.
Во-вторых, свойства каждой части молекулы должны изменяться под влиянием другой части. Этильная группа должна повлиять на ароматические свойства кольца, а кольцо должно изменять алифатические свойства боковой цепи.
И это действительно так. Например, при действии азотной и серной кислот на этилбензол нитрогруппа вступает в кольцо; при действии брома при освещении на этилбензол бромируется боковая цепь. Но благодаря присутствию этильной группы нитрование протекает легче, чем в случае самого бензола, и нитрогруппа вступает в основном в орто- и пара-положение к этильной группе; из-за наличия бензольного кольца бромирование этилбензола протекает легче, чем этана, и бром направляется исключительно к атому углерода, связанному с кольцом. Таким образом, каждая часть молекулы влияет на реакционную способность другой части и
определяет направление атаки.
Известны соединения, молекулы которых содержат ароматическое кольцо и остаток алкена или алкина. В таких соединениях каждая часть молекулы проявляет свойства, характерные для ее структуры, хотя они несколько изменены в результате влияния другой части молекулы.
Ниже будут подробно обсуждены соединения, в молекулах которых имеются ароматическое кольцо и алкильная группа, алкилбензолы. Более кратко будут рассмотрены ароматические алкены (алкенилбензолы) и ароматические алкины (алкинилбензолы).
Будут также описаны свойства свободного бензильного радикала и бензильного карбониевого иона: будет показано, как можно использовать теорию резонанса для объяснения относительной устойчивости уже изученных свободных радикалов и карбониевых ионов различного типа.
12.2. Строение и номенклатура
Простейший алкилбензол, метилбензол, называют толуолом. Названия соединений с более длинными боковыми цепями образуются путем добавления названия алкильной группы к слову бензол, например этилбензол, н-пропилбензол и изобутилбензол.
Простейшие диалкилбензолы, диметилбензолы, называются ксилолами; существуют о-, м- и 
-ксилолы. Диалкилбензолы с одной метильной группой называются как производные толуола, а названия других строятся прибавлением названия обеих алкильных групп к слову бензол.
Соединение с очень сложной боковой цепью можно назвать фенилалканом 
Названия соединений, содержащих более одного бензольного кольца, почти всегда производят от названия алканов.
Простейший алкенилбензол известен под названием стирол. Другие алкенилбензолы обычно рассматриваются как производные алкенов, а иногда как производные бензола. Алкинилбензолы называют как производные алкинов.
12.3. Физические свойства
Алкилбензолы — малополярные соединения, и их физические свойства аналогичны свойствам уже изученных углеводородов. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях, таких, как эфир, четыреххлористый углерод или лигроин. Они почти всегда легче воды. Как видно из данных табл. 12.1, температуры кипения алкилбензолов возрастают с увеличением молекулярного веса, причем инкремент температур кипения обычно составляет 20—30° на каждый атом углерода.
Поскольку температуры плавления зависят не только от молекулярного веса, но также и от формы молекул, их связь со строением очень сложна. Однако существует важная зависимость между температурой плавления и строения ароматического соединения: среди изомерных дизамещенных бензолов пара-изомер обычно плавится значительно выше, чем орто- и мета-изомеры. Изомерные ксилолы, например, кипят в пределах шести градусов; тем не менее они сильно различаются по температурам плавления, при этом орто- и мета-изомеры плавятся при —25 и -48 °С соответственно, а пара-изомер — при 13 °С. Поскольку растворимость, как и плавление, заключается в преодолении внутримолекулярных сил в кристалле, не удивительно, что пара-изомер, как правило, наименее растворим в данном растворителе.
Более высокая температура плавления и меньшая растворимость пара-изомера может служить примером общего правила влияния молекулярной симметрии на силы взаимодействия в кристаллической решетке. Более симметричное соединение компактнее упаковывается в кристаллической решетке, и поэтому оно обладает более высокой температурой плавления и меньшей растворимостью. пара-Изомеры - наиболее симметричные соединения из дизамещенных бензолов. Так, 1,2,4,5-тетраметилбензол (табл. 12.1) плавится на 85-100 °С выше, чем менее симметричные 1,2,3,5- и 1,2,3,4-изомеры. Влияние симметрии на температуру плавления особенно наглядно видно при сравнении бензола и толуола: введение одной метильной группы в очень симметричную молекулу бензола понижает температуру плавления с 5° до -95 °С.
Таблица 12.1 (см. скан) Жирноароматические углеводороды
