Задача: 2-Хлортолуол - Гомологический ряд, Строение, Получение

Экзаменационный билет №15. Ответ на вопрос №1. 1. Название соединения и гомологический ряд. Представленное соединение называется 2-хлортолуол (или орто-хлортолуол). Оно относится к гомологическому ряду галогенпроизводных аренов (ароматических углеводородов). 2. Строение. Молекула содержит бензольное кольцо, в котором два соседних атома водорода замещены на метильную группу \( -CH_{3} \) и атом хлора \( -Cl \). Атомы углерода в кольце находятся в состоянии \( sp^{2} \)-гибридизации. Метильная группа проявляет положительный индуктивный эффект (\( +I \)), а атом хлора — отрицательный индуктивный эффект (\( -I \)) и положительный мезомерный эффект (\( +M \)). 3. Способы получения. Основным способом получения является прямое хлорирование толуола в присутствии катализаторов (кислот Льюиса, например, \( FeCl_{3} \) или \( AlCl_{3} \)). Реакция идет по механизму электрофильного замещения (\( S_{E}Ar \)): \[ C_{6}H_{5}CH_{3} + Cl_{2} \xrightarrow{FeCl_{3}} C_{6}H_{4}(Cl)CH_{3} + HCl \] В результате образуется смесь орто- и пара-изомеров, которые разделяют ректификацией. Также возможен синтез из соответствующего аминопроизводного (о-толуидина) через соль диазония по реакции Зандмейера: \[ CH_{3}C_{6}H_{4}NH_{2} \xrightarrow{NaNO_{2}, HCl} [CH_{3}C_{6}H_{4}N_{2}]^{+}Cl^{-} \xrightarrow{CuCl} CH_{3}C_{6}H_{4}Cl + N_{2} \] 4. Химические свойства. Для 2-хлортолуола характерны реакции по бензольному кольцу, по метильной группе и по атому галогена. А) Реакции электрофильного замещения в кольце. Заместители \( -CH_{3} \) и \( -Cl \) являются ориентантами первого рода. Последующее замещение (нитрование, сульфирование) будет направляться преимущественно в положения 4 и 6 относительно метильной группы. Б) Окисление. При действии сильных окислителей (например, \( KMnO_{4} \)) метильная группа окисляется до карбоксильной, образуя 2-хлорбензойную кислоту: \[ ClC_{6}H_{4}CH_{3} \xrightarrow{[O]} ClC_{6}H_{4}COOH \] В) Радикальное хлорирование. При освещении или нагревании без катализатора хлорирование идет в боковую цепь: \[ ClC_{6}H_{4}CH_{3} + Cl_{2} \xrightarrow{h\nu} ClC_{6}H_{4}CH_{2}Cl + HCl \] Г) Реакции с металлами. Образование магнийорганических соединений (реактив Гриньяра): \[ ClC_{6}H_{4}CH_{3} + Mg \xrightarrow{эфир} CH_{3}C_{6}H_{4}MgCl \]