Ce sont des hydrocarbures dont la formule dérive de celle du benzène.
Leurs molécules contiennent au moins un cycle benzénique. Ces cycles peuvent comporter des chaînes latérales.
Exemples:
toluène 
naphtalène
bi phényle
On nomme également ces composés les arènes.
La plupart de ces composés ont un nom d'usage; la nomenclature systématique est peut utilisée dans cette série.
Exemples:
toluène (méthyl benzène) styrène (vinylbenzène) cumène (isopropyl benzène)
Les dérivés disubstitués du benzène peuvent exister sous trois formes isomères , pour lesquelles ont emploie les
préfixes ortho , méta et para , souvent abrégés en o , m et p , au lieu de "1,2" , "1,3" et "1,4".
Exemples:
o - xylène m - xylène p - xylène
(1,2-diméthylbenzène) (1,3-diméthylbenzène) (1,4-diméthylbenzène)
Deux groupes particulier à cette série portent des noms d'usage fréquemment utilisés:
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groupe (ou radical) phényle. C'est un groupe ARYLE (symbole général Ar) , car la "valence disponible" se trouve sur l'un des carbones du cycle benzénique.
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groupe (ou radical) benzyle. C'est un groupe ALKYLE ( R) , car la "valence disponible" est portée par un carbone saturé hors du cycle benzénique. |
Selon leur masse moléculaire , les arène sont des liquides ou des solides à la température ordinaire (benzène: F = 5,5
°C , Eb = 80 °C). Ils sont insolubles dans l'eau. Les termes liquides (benzène et toluène surtout) sont sont de bons
solvants pour de nombreuses substances organiques (corps gras ,caoutchouc...).
Ils ont souvent une odeur très marquée (exemple: la "benzine" , nom commun du benzène ; la "naphtaline" nom
commun du naphtalène). Les composés naturels très odorants (essence de vanille, d'anis , de cumin , de thym...) ont
d'ailleurs souvent une structure benzénique , associée à des fonctions diverses.
Les six liaisons du cycle sont identiques , les doubles liaisons ne sont pas localisées. Elles appartiennent également
aux six carbones.
Le cycle benzénique a un caractère aromatique , caractère qui se traduit par une très grande stabilité , ce qui fait ,
que le plus souvent , le cycle subit des substitution.
Le cycle benzénique est un hexagone régulier , il est plan à cause des doubles liaisons conjuguées.
IX.4.1 Réactions d'addition
Addition d'hydrogène
Addition d'halogène
Halogénation:
La réaction a lieu en présence de catalyseurs divers , dont le plus connu est AlCl3. Il favorise la coupure
hétérolytique de la molécule Cl2 et l'apparition de l'ion Cl+ selon:
Cl - Cl + AlCl3 ® Cl+ + AlCl4-
Nitration:
Un mélange d'acide nitrique et d'acide sulfurique provoque sur le cycle benzénique le remplacement d'un hydrogène
par un groupe "nitro",NO2.
Sulfonation:
L'acide sulfurique provoque sur le cycle benzénique une réaction de sulfonation (fixation de -SO3H).
Alkylation - Acylation ou réaction de Fridel et Crafts
L'alkylation est la substitution d'un H par un groupe alkyle R. Elle résulte de la réaction entre un hydrocarbure
benzénique et un halogénure d'alkyle RX en présence de chlorure d'aluminium comme catalyseur.
Exemple:
L'acylation est la substitution d'un H par un groupe acyle R-CO ; on obtient donc une cétone de forme ArCOR. Elle
résulte de la réaction entre un hydrocarbure benzénique et un chlorure d'acide en présence de chlorure d'aluminium
comme catalyseur.
Exemple:
Suite à des résultats expérimentaux , on a pu énoncer une règle empirique qui permet de définir l'orientation d'une
substitution sur un cycle benzénique déjà substitué.
Les divers substituant que peut porter un cycle benzénique se classent en deux groupes selon la façon dont ils
orientent une substitution:
Orientation en ORTHO et PARA:
- activants: -OH , -NH2 , -R (groupes alkyles) , -OR
- désactivants: - X (halogènes)
Orientation META:
- désactivants: -NO2 , -SO3H , -COOH , -CH=O , -CO-R , -CN
Exemples: Nitration comparée de quatre composés benzéniques
Composé Vitesse relative % si ortho % méta
par rapport au benzène et para
Phénol 103 98 2
Toluène 25 95 5
Chlorobenzène 0,3 99 1
Nitrobenzène 10-4 6 94
Le cycle benzénique est assez fréquent dans des molécules naturelles de de structures plus ou moins complexes ,
notamment polycyclique , et comportant par ailleurs des fonctions diverses. Mais les hydrocarbures benzéniques
sont beaucoup plus rares. Ils sont cependant présent dans certains gisements pétroliers , ceux d'Indonésie en
particulier.
L'obtention des termes simple (benzène , toluène , xylène)est possible industriellement à partir de deux sources:
- Le pétrole: par simple distillation s'ils s'y trouvent à l'état naturel , ou par une "cyclisation déshydrogénante"
d'alcanes.
- La houille: par pyrogénation (traitement par la chaleur), qui fournit entre autres des goudrons riches en composés
benzénique , et en hydrocarbures notamment.
Le benzène est , de loin , le plus important , des hydrocarbures benzéniques. Il est à la base de très nombreuses
fabrications (matières plastiques et résines , colorants , explosifs , détergents , insecticides , textiles , etc.) et sa
production annuelle , pour la France seulement , est de l'ordre de 500'00 tonnes (U.S.A 5 millions de tonnes)
Mais le benzène est toxique pour l'homme (maladie du foie) , notamment par inhalation de ses vapeurs. Son
utilisation est donc très strictement réglementée et contrôlée. Les arènes à plusieurs noyaux accolés sont ,
quant à eux cancérigène. Il s'en trouve dans les goudrons que contient la fumée du tabac.
