बेंजीन के रासायनिक गुण. बेंजीन

सुगंधित हाइड्रोकार्बन

सुगंधित यौगिकों के लिए, या एरेन्स, यौगिकों के एक बड़े समूह को संदर्भित करता है जिनके अणुओं में एक स्थिर चक्रीय समूह (बेंजीन रिंग) होता है, जिसमें विशेष भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं।

इन यौगिकों में मुख्य रूप से बेंजीन और इसके कई व्युत्पन्न शामिल हैं।

"सुगंधित" शब्द का प्रयोग पहली बार प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले उन उत्पादों के लिए किया गया था जिनमें सुगंधित गंध होती थी। चूंकि इन यौगिकों में से कई ऐसे थे जिनमें बेंजीन रिंग शामिल थे, इसलिए "एरोमैटिक" शब्द को बेंजीन रिंग वाले किसी भी यौगिक (एक अप्रिय गंध वाले सहित) पर लागू किया जाने लगा।

बेंजीन, इसकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना

बेंजीन सी 6 एच 6 के सूत्र के आधार पर, यह माना जा सकता है कि बेंजीन एक अत्यधिक असंतृप्त यौगिक है, उदाहरण के लिए, एसिटिलीन के समान। हालाँकि, बेंजीन के रासायनिक गुण इस धारणा का समर्थन नहीं करते हैं। इस प्रकार, सामान्य परिस्थितियों में, बेंजीन असंतृप्त हाइड्रोकार्बन की विशेषता वाली प्रतिक्रियाएं नहीं देता है: यह हाइड्रोजन हेलाइड्स के साथ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं में प्रवेश नहीं करता है, और पोटेशियम परमैंगनेट के समाधान को फीका नहीं करता है। उसी समय, बेंजीन संतृप्त हाइड्रोकार्बन के समान प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं से गुजरता है।

ये तथ्य दर्शाते हैं कि बेंजीन आंशिक रूप से संतृप्त और आंशिक रूप से असंतृप्त हाइड्रोकार्बन के समान है और साथ ही दोनों से भिन्न भी है। अत: काफी समय तक वैज्ञानिकों के बीच बेंजीन की संरचना पर जीवंत चर्चा होती रही।

60 के दशक में पिछली शताब्दी में, अधिकांश रसायनज्ञों ने बेंजीन की चक्रीय संरचना के सिद्धांत को इस तथ्य के आधार पर स्वीकार किया था कि मोनोप्रतिस्थापित बेंजीन डेरिवेटिव (उदाहरण के लिए, ब्रोमोबेंजीन) में आइसोमर्स नहीं होते हैं।

बेंजीन के लिए सबसे व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त फॉर्मूला 1865 में जर्मन रसायनज्ञ केकुले द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिसमें बेंजीन के कार्बन परमाणुओं की अंगूठी में दोहरे बंधन सरल परमाणुओं के साथ वैकल्पिक होते हैं, और, केकुले की परिकल्पना के अनुसार, एकल और दोहरे बंधन लगातार गतिशील रहते हैं:

हालाँकि, केकुले का सूत्र यह नहीं समझा सकता कि बेंजीन असंतृप्त यौगिकों के गुणों को प्रदर्शित क्यों नहीं करता है।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, बेंजीन अणु में एक सपाट षट्भुज की संरचना होती है, जिसकी भुजाएँ एक दूसरे के बराबर होती हैं और मात्रा 0.140 एनएम होती है। यह दूरी 0.154 एनएम (एकल बांड लंबाई) और 0.134 एनएम (डबल बांड लंबाई) के बीच का औसत मूल्य है। न केवल कार्बन परमाणु, बल्कि उनसे जुड़े छह हाइड्रोजन परमाणु भी एक ही तल में स्थित हैं। आबंध H - C - C और C - C - C से बनने वाले कोण 120° के बराबर होते हैं।

बेंजीन में कार्बन परमाणु एसपी 2-संकरण में हैं, यानी। कार्बन परमाणु के चार कक्षकों में से केवल तीन संकरणित होते हैं (एक 2s- और दो 2 p-), जो कार्बन परमाणुओं के बीच σ बांड के निर्माण में भाग लेते हैं। चौथा 2पी ऑर्बिटल दो पड़ोसी कार्बन परमाणुओं (दाएं और बाएं) के 2पी ऑर्बिटल्स के साथ ओवरलैप होता है, डंबल-आकार वाले ऑर्बिटल्स में स्थित छह डेलोकलाइज्ड π-इलेक्ट्रॉन, जिनकी धुरी बेंजीन रिंग के विमान के लंबवत होती है, एक बनाती है एकल स्थिर बंद इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली।

सभी छह कार्बन परमाणुओं द्वारा एक बंद इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली के गठन के परिणामस्वरूप, एकल और दोहरे बांड का "संरेखण" होता है, अर्थात। बेंजीन अणु में शास्त्रीय दोहरे और एकल बंधन का अभाव है। सभी कार्बन परमाणुओं के बीच π-इलेक्ट्रॉन घनत्व का समान वितरण बेंजीन अणु की उच्च स्थिरता का कारण है। बेंजीन अणु में π-इलेक्ट्रॉन घनत्व की एकरूपता पर जोर देने के लिए, वे निम्नलिखित सूत्र का सहारा लेते हैं:

बेंजीन श्रृंखला के सुगंधित हाइड्रोकार्बन का नामकरण और समावयवता

बेंजीन की समजातीय श्रेणी का सामान्य सूत्र C n H 2 n -6 है।

बेंजीन का पहला होमोलॉग मिथाइलबेन्जीन है, या टोल्यूनि,सी 7 एच 8

अन्य सभी मोनोप्रतिस्थापित डेरिवेटिव की तरह, इसमें कोई स्थितीय आइसोमर्स नहीं है।

सी 8 एच 10 का दूसरा होमोलॉग चार आइसोमेरिक रूपों में मौजूद हो सकता है: एथिलबेनज़ीन सी 6 एच 5 -सी 2 एच 5 और तीन डाइमिथाइलबेन्ज़ीन, या ज़ाइलीन,एस बी एच 4 (सीएच 3) 2 (ऑर्थो-, मेटा-और जोड़ा-ज़ाइलीन, या 1,2-, 1,3- और 1,4-डाइमिथाइलबेन्ज़ीन):

बेंजीन का मूलक (अवशेष) C 6 H 5 कहलाता है फिनाइल; बेंजीन होमोलॉग्स के रेडिकल्स के नाम मूल में एक प्रत्यय जोड़कर संबंधित हाइड्रोकार्बन के नामों से प्राप्त किए जाते हैं -इल(tolyl, xylyl, आदि) और अक्षरों द्वारा निरूपित (o-, एमपी-)या साइड चेन की स्थिति को क्रमांकित करें। सभी सुगंधित मूलकों का सामान्य नाम एरिल्सनाम के समान एल्काइलअल्केन रेडिकल्स के लिए। मूलांक C 6 H 5 -CH 2 कहलाता है बेंजाइल.

अधिक जटिल बेंजीन डेरिवेटिव का नामकरण करते समय, संभावित क्रमांकन क्रम में से, वह चुनें जिसमें स्थानापन्न संख्याओं के अंकों का योग सबसे छोटा हो। उदाहरण के लिए, डाइमिथाइल एथिल बेंजीन संरचना

इसे 1,4-डाइमिथाइल-2-एथिलबेन्जीन (अंकों का योग 7 है) कहा जाना चाहिए, न कि 1,4-डाइमिथाइल-6-एथिलबेन्जीन (अंकों का योग 11 है)।

बेंजीन के उच्च समरूपों के नाम अक्सर सुगंधित वलय के नाम से नहीं, बल्कि पार्श्व श्रृंखला के नाम से प्राप्त होते हैं, यानी उन्हें अल्केन्स के व्युत्पन्न के रूप में माना जाता है:

बेंजीन श्रृंखला के सुगंधित हाइड्रोकार्बन के भौतिक गुण

बेंजीन की समजात श्रृंखला के निचले सदस्य एक विशिष्ट गंध वाले रंगहीन तरल पदार्थ होते हैं। इनका घनत्व और अपवर्तनांक एल्केनों और एल्केनों की तुलना में बहुत अधिक होता है। गलनांक भी काफ़ी अधिक होता है। उच्च कार्बन सामग्री के कारण, सभी सुगंधित यौगिक अत्यधिक धुएँ वाली लौ के साथ जलते हैं। सभी सुगंधित हाइड्रोकार्बन पानी में अघुलनशील और अधिकांश कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अत्यधिक घुलनशील होते हैं: उनमें से कई भाप से आसानी से आसुत हो जाते हैं।

बेंजीन श्रृंखला के सुगंधित हाइड्रोकार्बन के रासायनिक गुण

सुगंधित हाइड्रोकार्बन के लिए, सबसे विशिष्ट प्रतिक्रियाएं सुगंधित रिंग में हाइड्रोजन का प्रतिस्थापन हैं। सुगंधित हाइड्रोकार्बन कठोर परिस्थितियों में बड़ी कठिनाई से योगात्मक प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं। बेंजीन की एक विशिष्ट विशेषता ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति इसका महत्वपूर्ण प्रतिरोध है।

अतिरिक्त प्रतिक्रियाएँ

हाइड्रोजन जोड़

कुछ दुर्लभ मामलों में, बेंजीन अतिरिक्त प्रतिक्रिया करने में सक्षम है। हाइड्रोजनीकरण, यानी हाइड्रोजन का योग, उत्प्रेरक (नी, पीटी, पीडी) की उपस्थिति में कठोर परिस्थितियों में हाइड्रोजन की क्रिया के तहत होता है। इस मामले में, एक बेंजीन अणु साइक्लोहेक्सेन बनाने के लिए तीन हाइड्रोजन अणुओं को जोड़ता है:

हैलोजन का जोड़

यदि बेंजीन में क्लोरीन का घोल सूर्य के प्रकाश या पराबैंगनी किरणों के संपर्क में आता है, तो हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन स्टीरियोइसोमर्स का एक जटिल मिश्रण बनाने के लिए तीन हैलोजन अणुओं का मूल संयोजन होता है:

हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्साई (व्यापार नाम हेक्साक्लोरेन) का उपयोग वर्तमान में एक कीटनाशक के रूप में किया जाता है - ऐसे पदार्थ जो कृषि कीटों को नष्ट करते हैं।

ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएँ

संतृप्त हाइड्रोकार्बन की तुलना में बेंजीन ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति और भी अधिक प्रतिरोधी है। यह तनु नाइट्रिक एसिड, KMnO4 घोल आदि द्वारा ऑक्सीकृत नहीं होता है। बेंजीन होमोलॉग अधिक आसानी से ऑक्सीकृत होते हैं। लेकिन उनमें भी, बेंजीन रिंग इससे जुड़े हाइड्रोकार्बन रेडिकल्स की तुलना में ऑक्सीकरण एजेंटों की कार्रवाई के प्रति अपेक्षाकृत अधिक प्रतिरोधी है। एक नियम है: एक साइड चेन वाला कोई भी बेंजीन होमोलॉग मोनोबैसिक (बेंजोइक) एसिड में ऑक्सीकृत हो जाता है:

किसी भी जटिलता की कई साइड चेन वाले बेंजीन होमोलॉग को पॉलीबेसिक एरोमैटिक एसिड बनाने के लिए ऑक्सीकृत किया जाता है:

प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएँ

1. हलोजनीकरण

सामान्य परिस्थितियों में, सुगंधित हाइड्रोकार्बन व्यावहारिक रूप से हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं; बेंजीन ब्रोमीन पानी को ख़राब नहीं करता है, लेकिन निर्जल वातावरण में उत्प्रेरक (FeCl 3, FeBr 3, AlCl 3) की उपस्थिति में, क्लोरीन और ब्रोमीन कमरे के तापमान पर बेंजीन के साथ तीव्रता से प्रतिक्रिया करते हैं:

नाइट्रेशन प्रतिक्रिया

प्रतिक्रिया के लिए सांद्र नाइट्रिक एसिड का उपयोग किया जाता है, जिसे अक्सर सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड (उत्प्रेरक) के साथ मिलाया जाता है:

अप्रतिस्थापित बेंजीन में, प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में सभी छह कार्बन परमाणुओं की प्रतिक्रियाशीलता समान होती है; प्रतिस्थापक किसी भी कार्बन परमाणु से जुड़ सकते हैं। यदि बेंजीन रिंग में पहले से ही कोई पदार्थ मौजूद है, तो उसके प्रभाव में नाभिक की स्थिति बदल जाती है, और कोई भी नया पदार्थ किस स्थिति में प्रवेश करता है, यह पहले पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर करता है। इससे यह पता चलता है कि बेंजीन रिंग में प्रत्येक प्रतिस्थापन एक निश्चित निर्देशन (अभिविन्यास) प्रभाव प्रदर्शित करता है और केवल अपने लिए विशिष्ट स्थितियों में नए प्रतिस्थापन की शुरूआत में योगदान देता है।

उनके निर्देशन प्रभाव के अनुसार, विभिन्न प्रतिस्थापनों को दो समूहों में विभाजित किया गया है:

ए) पहली तरह के प्रतिस्थापन:

वे किसी भी नए प्रतिस्थापन को अपने सापेक्ष ऑर्थो और पैरा स्थितियों में निर्देशित करते हैं। साथ ही, वे लगभग सभी सुगंधित समूह की स्थिरता को कम करते हैं और प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं और बेंजीन रिंग की प्रतिक्रियाओं दोनों को सुविधाजनक बनाते हैं:

बी) दूसरे प्रकार के प्रतिस्थापन:

वे किसी भी नए विकल्प को स्वयं के संबंध में मेटा-स्थिति में निर्देशित करते हैं। वे सुगंधित समूह की स्थिरता बढ़ाते हैं और प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं को जटिल बनाते हैं:

इस प्रकार, बेंजीन (और अन्य एरेन्स) का सुगंधित चरित्र इस तथ्य में व्यक्त किया जाता है कि यह यौगिक, संरचना में असंतृप्त होने के कारण, कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं में एक संतृप्त यौगिक के रूप में प्रकट होता है; यह रासायनिक स्थिरता और जोड़ने की कठिनाई की विशेषता है प्रतिक्रियाएं. केवल विशेष परिस्थितियों (उत्प्रेरक, विकिरण) के तहत ही बेंजीन ऐसा व्यवहार करता है मानो उसके अणु में तीन दोहरे बंधन हों।

बेंजीन रिंग काफी स्थिर है। इसमें दोहरे बंधन दरार के स्थल पर अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं की तुलना में बेंजीन रिंग के हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की अधिक संभावना है। इस अभिव्यक्ति में इसका "सुगंधित चरित्र" है।

प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएँ

सबसे विशिष्ट प्रतिक्रियाएं इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन हैं: नाइट्रेशन, सल्फोनेशन, एल्किलेशन (एसिलेशन), हैलोजनेशन (बेंजीन होमोलॉग्स का हैलोजनेशन एक कट्टरपंथी तंत्र द्वारा भी हो सकता है।

1. नाइट्रट करना- नाइट्रो समूह के साथ बेंजीन रिंग के हाइड्रोजन का प्रतिस्थापन एक तथाकथित नाइट्रेटिंग मिश्रण के साथ किया जाता है - केंद्रित नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड का मिश्रण। सक्रिय एजेंट नाइट्रोनियम धनायन N0 2 + है:

HO - N0 2 + 2H 2 S0 4 →N0 2 + + 2HS0 4 - + H 3 0

नाइट्रोनियम धनायन हाइड्रोनियम धनायन

नाइट्रेशन का तंत्र (साथ ही सभी प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं) इस प्रकार है:

प्रतिक्रिया मिश्रण में पानी की उपस्थिति प्रतिक्रिया की प्रगति में बाधा डालती है, क्योंकि पानी नाइट्रोनियम धनायन के निर्माण के विपरीत प्रक्रिया में भाग लेता है। इसलिए, प्रतिक्रिया में छोड़े गए पानी को बांधने के लिए सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड की अधिकता ली जाती है।

बेंजीन रिंग में हाइड्रोजन को बदलने के नियम।यदि बेंजीन रिंग में कोई हाइड्रोजन प्रतिस्थापन है, तो इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में यह एक ओरिएंटेटर की भूमिका निभाता है - प्रतिक्रिया मुख्य रूप से प्रतिस्थापन (प्रथम-क्रम ओरिएंट) या मेटा-स्थिति के सापेक्ष ऑर्थो- और पैरा-स्थितियों में होती है (द्वितीय प्रकार का प्राच्य) .

पहली तरह के विकल्पहमलावर इलेक्ट्रोफाइल को स्वयं के सापेक्ष ऑर्थो- और पैरा-स्थितियों की ओर निर्देशित करें। हम उन्हें उन्मुखीकरण बल (इलेक्ट्रोडोनर प्रभाव) के अवरोही क्रम में प्रस्तुत करते हैं:

टाइप II पदार्थ हमलावर इलेक्ट्रोफाइल को अपने सापेक्ष मेटा स्थितियों की ओर निर्देशित करते हैं। हम उन्हें उन्मुखीकरण बल के अवरोही क्रम में भी प्रस्तुत करते हैं:

उदाहरण के लिए, -ओएच - समूह - पहली तरह का ओरिएंटेंट:

59. निम्नलिखित यौगिकों की नाइट्रेशन प्रतिक्रियाओं का समीकरण और तंत्र लिखें: ए) बेंजीन; बी) टोल्यूनि; ग) क्लोरोबेंजीन; घ) नाइट्रोबेंजीन; ई) सल्फोबेंजीन; च) फिनाइल साइनाइड; छ) मेथॉक्सीबेंजीन; ज) अमीनोबेंजीन।

पहले प्रकार के पदार्थ इलेक्ट्रॉन-दान करने वाले होते हैं, वे बेंजीन रिंग के इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व को बढ़ाते हैं, विशेष रूप से ऑर्थो- और पैरा-स्थितियों में और इस तरह इलेक्ट्रोफाइल पर हमला करने के लिए बेंजीन रिंग को सक्रिय करते हैं। हालाँकि, σ-कॉम्प्लेक्स (III) को आयन के जुड़ने से नहीं, बल्कि हाइड्रोजन धनायन के उन्मूलन द्वारा स्थिर किया जाता है (बेंजीन रिंग के एकल π-इलेक्ट्रॉन बादल के निर्माण के दौरान जारी ऊर्जा 36.6 kcal/mol है ):

दूसरे प्रकार के पदार्थ इलेक्ट्रॉन-निकालने वाले होते हैं; वे इलेक्ट्रॉन बादल के हिस्से को अपनी ओर खींचते प्रतीत होते हैं, जिससे बेंजीन रिंग के इलेक्ट्रॉन बादल का घनत्व कम हो जाता है, विशेष रूप से ऑर्थो- और स्वयं के सापेक्ष पैरा-स्थितियों में। दूसरे प्रकार के पदार्थ आमतौर पर इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में बाधा डालते हैं। लेकिन दूसरे प्रकार के प्रतिस्थापन के सापेक्ष मेटा स्थितियों में, बादल का घनत्व दूसरों की तुलना में थोड़ा अधिक होता है। इसलिए, दूसरे प्रकार के प्रतिस्थापनों के मामले में इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं मेटा स्थितियों में जाती हैं:

ऊपर वर्णित नियम कानून नहीं हैं। हम लगभग हमेशा प्रतिक्रिया की मुख्य दिशा के बारे में ही बात कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, टोल्यूनि के नाइट्रेशन से 62% ऑर्थो-, 33.5% पैरा- और 4.5% मेटा-नाइट्रोटोलुइन उत्पन्न होता है।

प्रतिक्रिया की स्थिति (तापमान, उत्प्रेरक की उपस्थिति, आदि) का प्रतिक्रियाओं की दिशा पर काफी गहरा प्रभाव पड़ता है।

बेंजीन रिंग में दो ओरिएंटेंट्स की उपस्थिति में, इन दोनों प्रतिस्थापनों का समन्वित और असंगत अभिविन्यास संभव है। एक ही प्रकार के प्रतिस्थापकों के असंगत अभिविन्यास के मामले में, प्रतिक्रिया की दिशा मजबूत प्रतिस्थापक द्वारा निर्धारित की जाती है (पहले और दूसरे प्रकार के प्रतिस्थापकों की पंक्तियाँ देखें):

विभिन्न प्रकार के प्रतिस्थापनों के असंगत अभिविन्यास के मामले में, प्रतिक्रिया की दिशा पहले प्रकार के प्रतिस्थापन द्वारा निर्धारित की जाती है, क्योंकि यह बेंजीन रिंग को इलेक्ट्रोफिलिक हमले के लिए सक्रिय करता है, उदाहरण के लिए,

60. प्रतिस्थापन के नियमों के अनुसार, निम्नलिखित अप्रतिस्थापित बेंजीन का नाइट्रेशन लिखें: ए) एम-नाइट्रोटोलुइन; बी) पी-नाइट्रोटोलुइन; ग) ओ-हाइड्रोक्सीटोल्यूइन; घ) पी-क्लोरोटोलुइन; ई) एम-नाइट्रोबेंजोइक एसिड; च) पी-ऑक्सीक्लोरोबेंजीन; छ) एम-क्लोरोटोलुइन; ज) पी-मेथोक्सीटोल्यूइन।

2. सल्फोनेशन प्रतिक्रियातब होता है जब एरेन्स को सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड या ओलियम के साथ गर्म किया जाता है। हमलावर एजेंट SO 3 अणु है, जो एक इलेक्ट्रोफाइल की भूमिका निभाता है:

सल्फोनेशन का पहला चरण धीमा है, प्रतिक्रिया आम तौर पर प्रतिवर्ती होती है:

सल्फोनिक एसिड की ताकत खनिज एसिड से तुलनीय होती है, इसलिए जलीय घोल में वे आयनित अवस्था (III) में होते हैं।

61. प्रतिस्थापन के नियमों का पालन करते हुए निम्नलिखित पदार्थों की सल्फोनेशन प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरण और तंत्र दें:

ए) टोल्यूनि; बी) ओ-ज़ाइलीन; ग) नाइट्रोबेंजीन; घ) ओ-नाइट्रोटोलुइन; ई) पी-क्लोरोनिट्रोबेंजीन; च) एम-नाइट्रोटोलुइन; छ) पी-एमिनोटोलुइन; ज) हे मेथॉक्सीटोल्यूइन।

3. हैलोजनीकरण प्रतिक्रिया AlCl 3, AlBr 3, FeCl 3 जैसे उत्प्रेरकों की उपस्थिति में ठंड में एरेन्स - एक विशिष्ट इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिक्रिया, क्योंकि उत्प्रेरक हैलोजन अणु में बंधन के ध्रुवीकरण में योगदान करते हैं (इसके टूटने तक):

निर्जल फेरिक क्लोराइड उसी तरह काम करता है:

कट्टरपंथी प्रतिक्रिया स्थितियों (प्रकाश, गर्मी) के तहत, हैलोजन (क्लोरीन, ब्रोमीन) साइड चेन के हाइड्रोजन को प्रतिस्थापित करते हैं (अल्केन्स के हैलोजन के समान):

अधिक गंभीर परिस्थितियों में, सुगंधित वलय में हैलोजन का आमूल-चूल समावेश होता है।

62 . समीकरण और प्रतिक्रिया तंत्र लिखें और उत्पादों के नाम बताएं:

ए) टोल्यूनि + क्लोरीन (तेज रोशनी और हीटिंग में);

बी) टोल्यूनि + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में);

ग) नाइट्रोबेंजीन + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में);

डी) पी-नाइट्रोटोलुइन + क्लोरीन (तेज रोशनी और हीटिंग में);

ई) पी-नाइट्रोटोलुइन + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में):

ई) एथिलबेन्जीन + क्लोरीन (तेज रोशनी और हीटिंग में);

छ) एथिलबेन्जीन + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में);

ज) पी-हाइड्रॉक्सीटोल्यूइन + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में);

i) एम-नाइट्रोटोलुइन + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में);
जे) एम-ज़ाइलीन + क्लोरीन (एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में ठंड में)।

4. एरेन्स का क्षारीकरण।निर्जल AlCl 3 (AlBr3) की उपस्थिति में, हैलोअल्केन्स एल्काइलेट बेंजीन, इसके समरूपों के साथ-साथ उनके हैलोजन डेरिवेटिव (गुस्तावसन-फ्रिडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रियाओं) की तुलना में और भी अधिक आसानी से। उत्प्रेरक, A1Cl 3 कॉम्प्लेक्स बनाता है, C-गैल बंधन को तब तक ध्रुवीकृत करता है जब तक कि वह टूट न जाए, और इसलिए हमलावर इलेक्ट्रोफाइल एजेंट:

A1Cl 3, BF 3 या H 3 PO 4 की उपस्थिति में एल्केन्स के साथ एल्किलेशन से समान परिणाम मिलते हैं (तंत्र भी इलेक्ट्रोफिलिक है):

इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिक्रियाओं के रूप में हैलोअल्केन्स और एल्केन्स के साथ एल्केलेशन बेंजीन रिंग पर हाइड्रोजन के प्रतिस्थापन के नियमों के अनुसार होता है। हालाँकि, यह प्रक्रिया प्रतिक्रिया उत्पादों के और अधिक क्षारीकरण और अन्य अवांछनीय घटनाओं से जटिल है। उत्तरार्द्ध को कम करने के लिए, प्रतिक्रिया न्यूनतम संभव तापमान, उत्प्रेरक की इष्टतम मात्रा और बड़ी मात्रा में एरीन पर की जाती है।

63. निम्नलिखित पदार्थों के बीच गुस्तावसन-फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स स्थितियों के तहत समीकरण और प्रतिक्रिया तंत्र दें:

ए) बेंजीन + 2-क्लोरोप्रोपेन; बी) बेंजीन + 2-क्लोरो-2-मेगाइलप्रोपेन; ग) बेंजीन + बेंजाइल क्लोराइड; घ) ब्रोमोबेंजीन + ब्रोमोएथेन; ई) टोल्यूनि + ब्यूटाइल क्लोराइड; च) टोल्यूनि + ब्रोमोइथेन; i) पी-ब्रोमोटोलुइन + आइसोप्रोपिल ब्रोमाइड; ज) एम-ब्रोमोटोलुइन + ब्रोमोइथेन; i) पी-ब्रोमोटोलुइन + आइसोप्रोपिल ब्रोमाइड; जे) क्लोरोबेंजीन + बेंजाइल क्लोराइड।

64. फॉस्फोरिक एसिड की उपस्थिति में एल्कीन के साथ एरीन के एल्किलेशन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें, तंत्र दें:

ए) बेंजीन + एथिलीन; बी) बेंजीन + प्रोपलीन; ग) टोल्यूनि + एथिलीन; घ) टोल्यूनि + प्रोपलीन; ई) बेंजीन + आइसोब्यूटिलीन; च) टोल्यूनि + आइसोब्यूटिलीन; छ) एम-ज़ाइलीन + एथिलीन; ज) पी-ज़ाइलीन + एथिलीन।

5. ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया (साइड चेन की संख्या निर्धारित करना)।सुगंधित कोर ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति बहुत प्रतिरोधी है। इस प्रकार, बेंजीन और इसके समरूप अल्केन्स की तरह पोटेशियम परमैंगनेट के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। यह उनके "सुगंधित चरित्र" को भी व्यक्त करता है। लेकिन जब बेंजीन होमोलॉग्स को कठोर परिस्थितियों में ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ गर्म किया जाता है, तो बेंजीन रिंग ऑक्सीकरण नहीं होता है, और सभी साइड हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाएं, उनकी लंबाई की परवाह किए बिना, कार्बोक्सिल समूहों में ऑक्सीकृत हो जाती हैं; ऑक्सीकरण उत्पाद सुगंधित एसिड होते हैं। मूल बेंजीन होमोलॉग 1 में साइड चेन की संख्या बाद वाले में कार्बोक्सिल समूहों की संख्या से निर्धारित होती है।

65 . निम्नलिखित पदार्थों की ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरण लिखें: ए) एथिलबेन्जीन; बी) ओ-डाइमिथाइलबेंजीन; ग) प्रोपिलबेंजीन; घ) साधारण ट्राइमेथिलबेनज़ीन; ई) पी-मिथाइलिसोप्रोपाइलबेंजीन; च) ओ-नाइट्रोटोलुइन; छ) 3-नाइट्रो-1-मिथाइल-4-एथिलबेनज़ीन; ज) सममित ट्राइमेथिलबेनज़ीन।

6. अतिरिक्त प्रतिक्रियाएँ.यद्यपि सुगंधित वलय में प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की तुलना में अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं की संभावना कम होती है, फिर भी वे कुछ शर्तों के तहत घटित होती हैं। अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं की एक विशेषता यह है कि हैलोजन, हाइड्रोजन, ओजोन के तीन मोल हमेशा बेंजीन (या इसके समरूप) के एक मोल में जोड़े जाते हैं, जिसे एक निश्चित एकल के साथ सुगंधित नाभिक में एक π-इलेक्ट्रॉन बादल की उपस्थिति से समझाया जाता है। , तीन दोहरे बंधनों (या बल्कि, छह π इलेक्ट्रॉनों) की कुल ऊर्जा।

ए) 110 डिग्री सेल्सियस (एन.डी. ज़ेलिंस्की और अन्य) पर उत्प्रेरक (पीटी, पीडी, आदि) की उपस्थिति में हाइड्रोजनीकरण होता है।

बी)हैलोजनीकरण तब होता है जब ब्रोमीन या क्लोरीन वाष्प को सीधे सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में उबलते बेंजीन के माध्यम से पारित किया जाता है या जब यूवी किरणों (क्वार्ट्ज लैंप) से रोशन किया जाता है:

वी)ओजोनेशन। एल्केन्स की तरह, सुगंधित हाइड्रोकार्बन आसानी से ओजोनोलिसिस के अधीन होते हैं।

66. निम्नलिखित एरेन्स के साथ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं (हाइड्रोजनीकरण, यूवी विकिरण के तहत हैलोजनीकरण, ओजोनेशन) के लिए समीकरण लिखें: ए) टोल्यूनि; बी) ओ-ज़ाइलीन; ग) एम-ज़ाइलीन; घ) पी-ज़ाइलीन; ई) एथिलबेन्जीन; च) ओ-एथिलटोलुइन; छ) एम-एथिलटोलुइन; ज) पी-आइसोप्रोपाइल्टोलुइन। प्राप्त उत्पादों के नाम बताइये।

बेंजीन की चक्रीय संरचना सबसे पहले एफ.ए. द्वारा प्रस्तावित की गई थी। 1865 में केकुले

फ्रेडरिक ऑगस्ट केकुले वॉन स्ट्रैडोनित्ज़ - 19वीं सदी के एक उत्कृष्ट जर्मन रसायनज्ञ। 1854 में, उन्होंने सल्फर युक्त पहले कार्बनिक यौगिक - थायोएसिटिक एसिड (थियोएथेनोइक एसिड) की खोज की। इसके अलावा, उन्होंने डायज़ो यौगिकों की संरचना की स्थापना की। हालाँकि, रसायन विज्ञान के विकास में उनका सबसे प्रसिद्ध योगदान बेंजीन की संरचना की स्थापना (1866) है। केकुले ने दिखाया कि बेंजीन के दोहरे बंधन रिंग के चारों ओर घूमते हैं (यह विचार पहली बार उनके मन में सपने में आया था)। बाद में उन्होंने दिखाया कि दो संभावित दोहरे बंधन व्यवस्थाएं समान हैं और बेंजीन रिंग इन दो संरचनाओं के बीच एक संकर है। इस प्रकार, उन्होंने अनुनाद (मेसोमेरिज्म) के विचार का अनुमान लगाया, जो 1930 के दशक की शुरुआत में रासायनिक बंधन के सिद्धांत में दिखाई दिया।

यदि बेंजीन की वास्तव में ऐसी संरचना होती, तो इसके 1,2-विस्थापित डेरिवेटिव में दो आइसोमर्स होने चाहिए। उदाहरण के लिए,

हालाँकि, 1,2-विस्थापित बेंजीन में से किसी को भी दो आइसोमर्स में अलग नहीं किया जा सकता है।

इसलिए, केकुले ने बाद में सुझाव दिया कि बेंजीन अणु दो संरचनाओं के रूप में मौजूद है जो जल्दी से एक दूसरे में बदल जाते हैं:

ध्यान दें कि बेंजीन अणुओं और उनके डेरिवेटिव के ऐसे योजनाबद्ध निरूपण आमतौर पर बेंजीन रिंग के कार्बन परमाणुओं से जुड़े हाइड्रोजन परमाणुओं को इंगित नहीं करते हैं।

आधुनिक रसायन विज्ञान में, बेंजीन अणु को इन दो सीमित गुंजयमान रूपों का एक गुंजयमान संकर माना जाता है (धारा 2.1 देखें)। बेंजीन अणु का एक अन्य विवरण इसके आणविक कक्षाओं पर विचार पर आधारित है। कीड़ा। 3.1 में यह संकेत दिया गया था कि -बॉन्डिंग ऑर्बिटल्स में स्थित -इलेक्ट्रॉन बेंजीन रिंग के सभी कार्बन परमाणुओं के बीच विस्थापित होते हैं और एक -इलेक्ट्रॉन बादल बनाते हैं। इस प्रतिनिधित्व के अनुसार, बेंजीन अणु को पारंपरिक रूप से निम्नानुसार चित्रित किया जा सकता है:

प्रायोगिक डेटा बेंजीन में ऐसी ही एक संरचना की उपस्थिति की पुष्टि करते हैं। यदि बेंजीन में वह संरचना थी जो केकुले ने मूल रूप से प्रस्तावित की थी, तीन संयुग्मित दोहरे बंधनों के साथ, तो बेंजीन को एल्केन्स की तरह अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं से गुजरना चाहिए। हालाँकि, जैसा कि ऊपर बताया गया है, बेंजीन अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं से नहीं गुजरता है। इसके अलावा, बेंजीन तीन अलग-अलग दोहरे बंधनों की तुलना में अधिक स्थिर है। कीड़ा। 5.3 यह संकेत दिया गया था कि साइक्लोहेक्सेन बनाने के लिए बेंजीन हाइड्रोजनीकरण की एन्थैल्पी अधिक नकारात्मक है

तालिका 18.3. विभिन्न कार्बन-कार्बन बंधों की लंबाई

चावल। 18.6. बेंजीन अणु की ज्यामितीय संरचना।

साइक्लोहेक्सिन के हाइड्रोजनीकरण की एन्थैल्पी के तिगुने से भी अधिक मूल्य। इन मात्राओं के बीच के अंतर को आमतौर पर बेंजीन की डेलोकलाइज़ेशन, अनुनाद ऊर्जा या स्थिरीकरण ऊर्जा की एन्थैल्पी कहा जाता है।

बेंजीन रिंग में सभी कार्बन-कार्बन बांड की लंबाई समान होती है, जो अल्केन्स में सी-सी बांड की लंबाई से कम होती है, लेकिन एल्केन्स में सी = सी बांड की लंबाई से अधिक होती है (सारणी 18.3)। यह पुष्टि करता है कि बेंजीन में कार्बन-कार्बन बांड एकल और दोहरे बांड के बीच एक संकर हैं।

बेंजीन अणु की एक सपाट संरचना होती है, जिसे चित्र में दिखाया गया है। 18.6.

भौतिक गुण

सामान्य परिस्थितियों में बेंजीन एक रंगहीन तरल है जो 5.5 डिग्री सेल्सियस पर जम जाता है और 80 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। इसमें एक विशिष्ट सुखद गंध है, लेकिन, जैसा कि ऊपर बताया गया है, यह अत्यधिक विषैला होता है। बेंजीन पानी के साथ मिश्रित नहीं होता है और बेंजीन प्रणाली में, पानी दो परतों के ऊपरी हिस्से का निर्माण करता है। हालाँकि, यह गैर-ध्रुवीय कार्बनिक सॉल्वैंट्स में घुलनशील है और स्वयं अन्य कार्बनिक यौगिकों के लिए एक अच्छा विलायक है।

रासायनिक गुण

यद्यपि बेंजीन कुछ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं से गुजरता है (नीचे देखें), यह एल्कीन की विशिष्ट प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित नहीं करता है। उदाहरण के लिए, यह ब्रोमीन पानी या -आयन घोल का रंग ख़राब नहीं करता है। इसके अलावा, बेंजीन नहीं है

हाइड्रोक्लोरिक या सल्फ्यूरिक एसिड जैसे मजबूत एसिड के साथ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है।

साथ ही, बेंजीन कई इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है। इस प्रकार की प्रतिक्रिया के उत्पाद सुगंधित यौगिक होते हैं, क्योंकि इन प्रतिक्रियाओं में बेंजीन की डेलोकलाइज्ड-इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली बरकरार रहती है। बेंजीन रिंग पर हाइड्रोजन परमाणु को इलेक्ट्रोफाइल से बदलने की सामान्य क्रियाविधि अनुभाग में वर्णित है। 17.3. बेंजीन के इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के उदाहरण इसके नाइट्रेशन, हैलोजनेशन, सल्फोनेशन और फ्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रियाएं हैं।

नाइट्रेशन. बेंजीन को सांद्र नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड के मिश्रण से उपचारित करके नाइट्रेट किया जा सकता है (इसमें एक समूह जोड़ा जाता है):

nitrobenzene

इस प्रतिक्रिया की शर्तों और इसके तंत्र का वर्णन अनुभाग में किया गया है। 17.3.

नाइट्रोबेंजीन एक हल्का पीला तरल है जिसमें विशिष्ट बादाम की गंध होती है। जब बेंजीन को नाइट्रेट किया जाता है, तो नाइट्रोबेंजीन के अलावा, 1,3-डाइनिट्रोबेंजीन के क्रिस्टल भी बनते हैं, जो निम्नलिखित प्रतिक्रिया का उत्पाद है:

हैलोजनीकरण। यदि आप अंधेरे में बेंजीन को क्लोरीन या ब्रोमीन के साथ मिलाते हैं, तो कोई प्रतिक्रिया नहीं होगी। हालाँकि, लुईस एसिड के गुणों वाले उत्प्रेरक की उपस्थिति में, ऐसे मिश्रण में इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं होती हैं। इन प्रतिक्रियाओं के लिए विशिष्ट उत्प्रेरक आयरन (III) ब्रोमाइड और एल्यूमीनियम क्लोराइड हैं। इन उत्प्रेरकों की क्रिया यह है कि वे हैलोजन अणुओं में ध्रुवीकरण पैदा करते हैं, जो फिर उत्प्रेरक के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाते हैं:

हालाँकि इस बात का कोई प्रत्यक्ष प्रमाण नहीं है कि इस मामले में मुक्त आयन बनते हैं। आयन वाहक के रूप में आयरन (III) ब्रोमाइड का उपयोग करके बेंजीन ब्रोमिनेशन के तंत्र को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

सल्फोनेशन। बेंजीन को कई घंटों तक सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड के साथ इसके मिश्रण को रिफ्लक्स करके सल्फोनेट किया जा सकता है (हाइड्रोजन परमाणु को सल्फो समूह से प्रतिस्थापित किया जा सकता है)। इसके बजाय, बेंजीन को फ्यूमिंग सल्फ्यूरिक एसिड के मिश्रण में सावधानीपूर्वक गर्म किया जा सकता है। फ्यूमिंग सल्फ्यूरिक एसिड में सल्फर ट्राइऑक्साइड होता है। इस प्रतिक्रिया के तंत्र को आरेख द्वारा दर्शाया जा सकता है

फ़्रीडेल-शिल्प प्रतिक्रियाएँ। फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रियाओं को मूल रूप से निर्जल एल्यूमीनियम क्लोराइड उत्प्रेरक की उपस्थिति में सुगंधित यौगिकों और एल्काइल हेलाइड्स के बीच संक्षेपण प्रतिक्रियाएं कहा जाता था।

संघनन अभिक्रियाओं में, अभिकर्मकों के दो अणु (या एक अभिकर्मक) आपस में जुड़कर एक नए यौगिक का अणु बनाते हैं, जबकि कुछ सरल यौगिक, जैसे पानी या हाइड्रोजन क्लोराइड, का एक अणु उनसे अलग हो जाता है (समाप्त हो जाता है)।

वर्तमान में, फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रिया को किसी सुगंधित यौगिक के किसी भी इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन को कहा जाता है जिसमें इलेक्ट्रोफाइल की भूमिका कार्बोकेशन या सकारात्मक रूप से चार्ज कार्बन परमाणु के साथ अत्यधिक ध्रुवीकृत कॉम्प्लेक्स द्वारा निभाई जाती है। इलेक्ट्रोफिलिक एजेंट, एक नियम के रूप में, कुछ कार्बोक्जिलिक एसिड का एक एल्काइल हैलाइड या क्लोराइड होता है, हालांकि यह, उदाहरण के लिए, एक एल्केन या अल्कोहल भी हो सकता है। निर्जल एल्यूमीनियम क्लोराइड आमतौर पर इन प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है। फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रियाओं को आमतौर पर दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: एल्केलाइज़ेशन और एसाइलेशन।

क्षारीकरण। इस प्रकार की फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रिया में, बेंजीन रिंग पर एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को एल्काइल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। उदाहरण के लिए, जब बेंजीन और क्लोरोमेथेन के मिश्रण को निर्जल एल्यूमीनियम क्लोराइड की उपस्थिति में धीरे से गर्म किया जाता है, तो मिथाइलबेनज़ीन बनता है। इस प्रतिक्रिया में क्लोरोमेथेन एक इलेक्ट्रोफिलिक एजेंट की भूमिका निभाता है। यह हैलोजन अणुओं की तरह ही एल्यूमीनियम क्लोराइड द्वारा ध्रुवीकृत होता है:

विचाराधीन प्रतिक्रिया का तंत्र निम्नानुसार प्रस्तुत किया जा सकता है:

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बेंजीन और क्लोरोमेथेन के बीच इस संघनन प्रतिक्रिया में, एक हाइड्रोजन क्लोराइड अणु समाप्त हो जाता है। यह भी ध्यान दें कि मुक्त आयन के रूप में धातु कार्बोकेशन का वास्तविक अस्तित्व संदिग्ध है।

उत्प्रेरक - निर्जल एल्यूमीनियम क्लोराइड की उपस्थिति में क्लोरोमेथेन के साथ बेंजीन के क्षारीकरण के परिणामस्वरूप मिथाइलबेन्जीन का निर्माण नहीं होता है। इस प्रतिक्रिया में, बेंजीन रिंग का आगे क्षारीकरण होता है, जिससे 1,2-डाइमिथाइलबेन्जीन का निर्माण होता है:

एसाइलेशन। इस प्रकार की फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रिया में, बेंजीन रिंग पर एक हाइड्रोजन परमाणु को एक एसाइल समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सुगंधित कीटोन बनता है।

एसाइल समूह का सामान्य सूत्र है

एक एसाइल यौगिक का व्यवस्थित नाम संबंधित कार्बोक्जिलिक एसिड के नाम में प्रत्यय और अंत -ओवा को प्रतिस्थापित करके बनाया जाता है, जिसमें से यह एसाइल यौगिक एक व्युत्पन्न है, प्रत्यय - (ओ) वाईएल के साथ। उदाहरण के लिए

उत्प्रेरक, निर्जल एल्यूमीनियम क्लोराइड की उपस्थिति में किसी भी कार्बोक्जिलिक एसिड के क्लोराइड या एनहाइड्राइड का उपयोग करके बेंजीन का एसाइलेशन किया जाता है। उदाहरण के लिए

यह प्रतिक्रिया एक संघनन है जिसमें हाइड्रोजन क्लोराइड अणु समाप्त हो जाता है। यह भी ध्यान दें कि "फिनाइल" नाम का प्रयोग अक्सर उन यौगिकों में बेंजीन रिंग को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जहां बेंजीन मुख्य समूह नहीं है:

अतिरिक्त प्रतिक्रियाएँ. यद्यपि बेंजीन को इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की सबसे अधिक विशेषता है, यह कुछ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं से भी गुजरता है। हम उनमें से एक से पहले ही मिल चुके हैं। हम बेंजीन के हाइड्रोजनीकरण के बारे में बात कर रहे हैं (धारा 5.3 देखें)। जब बेंजीन और हाइड्रोजन के मिश्रण को 150-160 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बारीक पिसे हुए निकल उत्प्रेरक की सतह पर पारित किया जाता है, तो प्रतिक्रियाओं का एक पूरा क्रम उत्पन्न होता है, जो साइक्लोहेक्सेन के निर्माण के साथ समाप्त होता है। इस प्रतिक्रिया के लिए समग्र स्टोइकोमेट्रिक समीकरण को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

पराबैंगनी विकिरण या सीधी धूप के संपर्क में आने पर, बेंजीन क्लोरीन के साथ भी प्रतिक्रिया करता है। यह प्रतिक्रिया एक जटिल कट्टरपंथी तंत्र के माध्यम से होती है। इसका अंतिम उत्पाद 1,2,3,4,5,6-हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन है:

पराबैंगनी विकिरण या सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में बेंजीन और ब्रोमीन के बीच एक समान प्रतिक्रिया होती है।

ऑक्सीकरण. अन्य सुगंधित यौगिकों में बेंजीन और बेंजीन रिंग, आम तौर पर, पोटेशियम परमैंगनेट के अम्लीय या क्षारीय समाधान जैसे मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों द्वारा भी ऑक्सीकरण के प्रतिरोधी होते हैं। हालाँकि, बेंजीन और अन्य सुगंधित यौगिक हवा या ऑक्सीजन में जलकर बहुत धुँआदार लौ उत्पन्न करते हैं, जो उच्च सापेक्ष कार्बन सामग्री वाले हाइड्रोकार्बन के लिए विशिष्ट है।

प्रतिक्रियाओं का पहला समूह प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएँ हैं। हमने कहा कि एरेन्स के अणु की संरचना में कई बंधन नहीं होते हैं, लेकिन इसमें छह इलेक्ट्रॉनों की एक संयुग्मित प्रणाली होती है, जो बहुत स्थिर होती है और बेंजीन रिंग को अतिरिक्त ताकत देती है। इसलिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, हाइड्रोजन परमाणुओं का प्रतिस्थापन पहले होता है, न कि बेंजीन रिंग का विनाश।

अल्केन्स के बारे में बात करते समय हम पहले से ही प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं का सामना कर चुके हैं, लेकिन उनके लिए ये प्रतिक्रियाएं एक कट्टरपंथी तंत्र का पालन करती हैं, जबकि एरेन्स को प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के एक आयनिक तंत्र की विशेषता होती है।

पहलारासायनिक गुण हैलोजनीकरण। हाइड्रोजन परमाणु का प्रतिस्थापन हैलोजन परमाणु, क्लोरीन या ब्रोमीन से करना।

प्रतिक्रिया गर्म होने पर और हमेशा उत्प्रेरक की भागीदारी के साथ होती है। क्लोरीन के मामले में, यह एल्यूमीनियम क्लोराइड या फेरिक क्लोराइड तीन हो सकता है। उत्प्रेरक हैलोजन अणु को ध्रुवीकृत करता है, जिससे हेटेरोलिटिक बंधन विखंडन होता है और आयन उत्पन्न होते हैं।

क्लोरीन एक धनावेशित आयन है और बेंजीन के साथ प्रतिक्रिया करता है।

यदि प्रतिक्रिया ब्रोमीन के साथ होती है, तो उत्प्रेरक आयरन ब्रोमाइड या एल्यूमीनियम ब्रोमाइड है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रतिक्रिया आणविक ब्रोमीन के साथ होती है, ब्रोमीन पानी के साथ नहीं। बेंजीन ब्रोमीन जल के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है।

बेंजीन होमोलॉग के हैलोजनीकरण की अपनी विशेषताएं हैं। टोल्यूनि अणु में, मिथाइल समूह रिंग में प्रतिस्थापन की सुविधा देता है, प्रतिक्रियाशीलता बढ़ जाती है, और प्रतिक्रिया हल्की परिस्थितियों में होती है, यानी कमरे के तापमान पर।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रतिस्थापन हमेशा ऑर्थो और पैरा स्थितियों में होता है, इसलिए आइसोमर्स का मिश्रण प्राप्त होता है।

दूसराबेंजीन की संपत्ति नाइट्रेशन, बेंजीन रिंग में नाइट्रो समूह का परिचय।

कड़वे बादाम की गंध वाला एक भारी पीला तरल नाइट्रोबेंजीन बनाता है, इसलिए प्रतिक्रिया बेंजीन के लिए गुणात्मक हो सकती है। नाइट्रेशन के लिए सांद्र नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड के नाइट्रेटिंग मिश्रण का उपयोग किया जाता है। अभिक्रिया गर्म करके की जाती है।

मैं आपको याद दिला दूं कि कोनोवलोव प्रतिक्रिया में अल्केन्स के नाइट्रेशन के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड को शामिल किए बिना पतला नाइट्रिक एसिड का उपयोग किया गया था।

टोल्यूनि के नाइट्रेशन के साथ-साथ हैलोजनेशन के दौरान, ऑर्थो- और पैरा-आइसोमर्स का मिश्रण बनता है।

तीसराहैलोऐल्केन के साथ बेंजीन का ऐल्किलीकरण गुण।

यह प्रतिक्रिया बेंजीन रिंग में एक हाइड्रोकार्बन रेडिकल की शुरूआत की अनुमति देती है और इसे बेंजीन होमोलॉग के उत्पादन की एक विधि माना जा सकता है। एल्युमीनियम क्लोराइड का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, जो हैलोऐल्केन अणु के आयनों में अपघटन को बढ़ावा देता है। गर्म करना भी जरूरी है.

चौथीएल्कीनों के साथ बेंजीन का गुण एल्केलीकरण।

इस तरह से आप प्राप्त कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, क्यूमीन या एथिलबेन्जीन। उत्प्रेरक एल्यूमीनियम क्लोराइड.

2. बेंजीन के प्रति अतिरिक्त प्रतिक्रियाएँ

प्रतिक्रियाओं का दूसरा समूह अतिरिक्त प्रतिक्रियाएँ हैं। हमने कहा कि ये प्रतिक्रियाएं विशिष्ट नहीं हैं, लेकिन वे पाई-इलेक्ट्रॉन बादल के विनाश और छह सिग्मा बांड के गठन के साथ काफी कठोर परिस्थितियों में संभव हैं।

पांचवांसामान्य सूची में संपत्ति हाइड्रोजनीकरण, हाइड्रोजन का योग।

तापमान, दबाव, उत्प्रेरक निकल या प्लैटिनम। टोल्यूनि उसी तरह से प्रतिक्रिया कर सकता है।

छठासंपत्ति क्लोरीनीकरण. कृपया ध्यान दें कि हम विशेष रूप से क्लोरीन के साथ बातचीत के बारे में बात कर रहे हैं, क्योंकि ब्रोमीन इस प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करता है।

प्रतिक्रिया कठोर पराबैंगनी विकिरण के तहत होती है। हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन, हेक्साक्लोरेन का दूसरा नाम, एक ठोस, बनता है।

बेंजीन के लिए यह याद रखना महत्वपूर्ण है संभव नहींहाइड्रोजन हैलाइडों की योगात्मक अभिक्रियाएँ (हाइड्रोहैलोजनीकरण) और जल का योगिकरण (हाइड्रेशन)।

3. बेंजीन होमोलॉग्स की साइड चेन में प्रतिस्थापन

प्रतिक्रियाओं का तीसरा समूह केवल बेंजीन होमोलॉग से संबंधित है - यह साइड चेन में एक प्रतिस्थापन है।

सातवींसाइड चेन में अल्फा कार्बन परमाणु पर सामान्य सूची में हैलोजन की संपत्ति।

प्रतिक्रिया गर्म या विकिरणित होने पर होती है और हमेशा केवल अल्फा कार्बन पर होती है। जैसे-जैसे हैलोजनीकरण जारी रहेगा, दूसरा हैलोजन परमाणु अल्फा स्थिति में वापस आ जाएगा।

4. बेंजीन होमोलॉग का ऑक्सीकरण

प्रतिक्रियाओं का चौथा समूह ऑक्सीकरण है।

बेंजीन रिंग बहुत मजबूत है, इसलिए बेंजीन ऑक्सीकरण नहीं होतापोटेशियम परमैंगनेट अपने घोल का रंग ख़राब नहीं करता है। ये याद रखना बहुत जरूरी है.

लेकिन बेंजीन होमोलॉग गर्म होने पर पोटेशियम परमैंगनेट के अम्लीय घोल से ऑक्सीकृत हो जाते हैं। और यह आठवां रासायनिक गुण है।

इससे बेन्जोइक अम्ल उत्पन्न होता है। घोल का मलिनकिरण देखा गया है। इस मामले में, प्रतिस्थापक की कार्बन श्रृंखला चाहे कितनी भी लंबी क्यों न हो, वह हमेशा पहले कार्बन परमाणु के बाद टूट जाती है और अल्फा परमाणु बेंजोइक एसिड के निर्माण के साथ कार्बोक्सिल समूह में ऑक्सीकृत हो जाता है। अणु का शेष भाग संबंधित एसिड में या, यदि यह केवल एक कार्बन परमाणु है, कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है।

यदि बेंजीन होमोलॉग में सुगंधित रिंग पर एक से अधिक हाइड्रोकार्बन प्रतिस्थापन होते हैं, तो ऑक्सीकरण उन्हीं नियमों के अनुसार होता है - अल्फा स्थिति में स्थित कार्बन ऑक्सीकरण होता है।

यह उदाहरण फ़ेथलिक एसिड नामक डिबासिक एरोमैटिक एसिड का उत्पादन करता है।

मैं विशेष रूप से सल्फ्यूरिक एसिड की उपस्थिति में वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा क्यूमीन, आइसोप्रोपिलबेंजीन के ऑक्सीकरण पर ध्यान देना चाहूंगा।

यह फिनोल के उत्पादन के लिए तथाकथित क्यूमीन विधि है। एक नियम के रूप में, किसी को फिनोल के उत्पादन से संबंधित मामलों में इस प्रतिक्रिया का सामना करना पड़ता है। यह एक औद्योगिक पद्धति है.

नौवांसंपत्ति दहन, ऑक्सीजन के साथ पूर्ण ऑक्सीकरण। बेंजीन और उसके समजात कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में जल जाते हैं।

आइये बेंजीन के दहन समीकरण को सामान्य रूप में लिखें।

द्रव्यमान संरक्षण के नियम के अनुसार बाईं ओर उतने ही परमाणु होने चाहिए जितने दाईं ओर हैं। क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, परमाणु गायब नहीं होते हैं, बल्कि उनके बीच के बंधन का क्रम बस बदल जाता है। तो वहाँ उतने ही कार्बन डाइऑक्साइड अणु होंगे जितने एरेन अणु में कार्बन परमाणु हैं, क्योंकि अणु में एक कार्बन परमाणु होता है। अर्थात् n CO 2 अणु। हाइड्रोजन परमाणुओं की तुलना में पानी के अणु दो गुना कम होंगे, अर्थात (2n-6)/2, जिसका अर्थ है n-3।

बायीं और दायीं ओर ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या समान है। दाईं ओर कार्बन डाइऑक्साइड से 2n हैं, क्योंकि प्रत्येक अणु में दो ऑक्सीजन परमाणु होते हैं, साथ ही पानी से n-3, कुल मिलाकर 3n-3 होता है। बाईं ओर समान संख्या में ऑक्सीजन परमाणु 3n-3 हैं, जिसका अर्थ है कि दो गुना कम अणु हैं, क्योंकि अणु में दो परमाणु होते हैं। अर्थात (3n-3)/2 ऑक्सीजन अणु।

इस प्रकार, हमने सामान्य रूप में बेंजीन होमोलॉग के दहन के लिए एक समीकरण संकलित किया है।

परिभाषा

बेंजीन- यह एक विशिष्ट गंध वाला रंगहीन तरल है; क्वथनांक 80.1 o C, गलनांक 5.5 o C. पानी में अघुलनशील, विषैला।

बेंजीन के सुगंधित गुण, इसकी संरचना की ख़ासियत से निर्धारित होते हैं, बेंजीन की असंतृप्त संरचना के बावजूद, बेंजीन रिंग की सापेक्ष स्थिरता में व्यक्त किए जाते हैं। इस प्रकार, एथिलीन दोहरे बंधन वाले असंतृप्त यौगिकों के विपरीत, बेंजीन ऑक्सीकरण एजेंटों के लिए प्रतिरोधी है।

चावल। 1. केकुल के अनुसार बेंजीन अणु की संरचना।

बेंजीन प्राप्त करना

बेंजीन प्राप्त करने की मुख्य विधियों में शामिल हैं:

— हेक्सेन का डीहाइड्रोसाइक्लाइजेशन (उत्प्रेरक - पीटी, सीआर 3 ओ 2)

सीएच 3 - (सीएच 2) 4 -सीएच 3 → सी 6 एच 6 + 4 एच 2 (टी ओ सी, पी, कैट = सीआर 2 ओ 3);

- साइक्लोहेक्सेन का डिहाइड्रोजनीकरण

सी 6 एच 12 → सी 6 एच 6 + 3एच 2 (टी ओ सी, कैट = पीटी, नी);

- एसिटिलीन का ट्रिमराइजेशन (प्रतिक्रिया तब होती है जब 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, उत्प्रेरक सक्रिय कार्बन होता है)

3HC≡CH → C 6 H 6 (t = 600 o C, kat = C सक्रिय)।

बेंजीन के रासायनिक गुण

बेंजीन को इलेक्ट्रोफिलिक तंत्र के माध्यम से होने वाली प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की विशेषता है:

हैलोजनीकरण (बेंजीन उत्प्रेरक की उपस्थिति में क्लोरीन और ब्रोमीन के साथ प्रतिक्रिया करता है - निर्जल AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

सी 6 एच 6 + सीएल 2 = सी 6 एच 5 -सीएल + एचसीएल;

- नाइट्रेशन (बेंजीन आसानी से नाइट्रेटिंग मिश्रण के साथ प्रतिक्रिया करता है - केंद्रित नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड का मिश्रण)

- ऐल्कीनों के साथ ऐल्किलीकरण

सी 6 एच 6 + सीएच 2 =सीएच-सीएच 3 → सी 6 एच 5 -सीएच(सीएच 3) 2

बेंजीन की अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं से सुगंधित प्रणाली नष्ट हो जाती है और यह केवल कठोर परिस्थितियों में होती है:

- हाइड्रोजनीकरण (प्रतिक्रिया उत्पाद - साइक्लोहेक्सेन)

सी 6 एच 6 + 3एच 2 → सी 6 एच 12 (टी ओ सी, कैट = पीटी);

- क्लोरीन जोड़ना (एक ठोस उत्पाद के निर्माण के साथ यूवी विकिरण के प्रभाव में होता है - हेक्साक्लोरोसायक्लोहेक्सेन (हेक्साक्लोरेन) - सी 6 एच 6 सीएल 6)

सी 6 एच 6 + 6सीएल 2 → सी 6 एच 6 सीएल 6।

बेंजीन के अनुप्रयोग

औद्योगिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में बेंजीन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। बेंजीन रिंग वाले लगभग सभी यौगिक बेंजीन से प्राप्त होते हैं, उदाहरण के लिए, स्टाइरीन, फिनोल, एनिलिन, हैलोजेनेटेड एरेन्स। बेंजीन का उपयोग रंगों, सर्फेक्टेंट और फार्मास्यूटिकल्स के संश्लेषण के लिए किया जाता है।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम

पदार्थ का वाष्प घनत्व 3.482 ग्राम/लीटर है। इसके पायरोलिसिस से 6 ग्राम कालिख और 5.6 लीटर हाइड्रोजन प्राप्त हुआ। इस पदार्थ का सूत्र ज्ञात कीजिए।

समाधान

कालिख कार्बन है. आइए समस्या की स्थितियों के आधार पर कालिख पदार्थ की मात्रा ज्ञात करें (कार्बन का दाढ़ द्रव्यमान 12 ग्राम/मोल है):

एन(सी) = एम(सी) / एम(सी);

एन(सी) = 6/12 = 0.5 मोल।

आइए हाइड्रोजन पदार्थ की मात्रा की गणना करें:

एन(एच 2) = वी(एच 2) / वी एम;

n(H2) = 5.6 / 22.4 = 0.25 मोल।

इसका मतलब है कि एक हाइड्रोजन परमाणु के पदार्थ की मात्रा बराबर होगी:

n(H) = 2 × 0.25 = 0.5 मोल।

आइए एक हाइड्रोकार्बन अणु में कार्बन परमाणुओं की संख्या को "x" और हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या को "y" के रूप में निरूपित करें, तो अणु में इन परमाणुओं का अनुपात है:

एक्स: वाई = 0.5: 0.5 = 1:1.

तब सबसे सरल हाइड्रोकार्बन सूत्र को संरचना सीएच द्वारा व्यक्त किया जाएगा। CH संघटन के एक अणु का आणविक भार बराबर होता है:

एम(सीएच) = 13 ग्राम/मोल

आइए समस्या की स्थितियों के आधार पर हाइड्रोकार्बन का आणविक भार ज्ञात करें:

एम (सी एक्स एच वाई) = ρ×वी एम;

एम (सी एक्स एच वाई) = 3.482 x 22.4 = 78 ग्राम/मोल।

आइए हाइड्रोकार्बन का सही सूत्र निर्धारित करें:

के= एम(सी एक्स एच वाई)/ एम(सीएच)= 78/13 =6,

इसलिए, गुणांक "x" और "y" को 6 से गुणा करने की आवश्यकता है और फिर हाइड्रोकार्बन सूत्र C 6 H 6 का रूप लेगा। यह बेंजीन है.

उत्तर

वांछित हाइड्रोकार्बन की संरचना C 6 H 6 है। यह बेंजीन है.

उदाहरण 2