Struktur siklik benzena pertama kali diusulkan oleh F.A. Kekule pada tahun 1865

Friedrich August Kekule von Stradonitz adalah seorang ahli kimia Jerman yang luar biasa pada abad ke-19. Pada tahun 1854, ia menemukan senyawa organik pertama yang mengandung belerang - asam tioasetat (thioethanoic acid). Selain itu, ia menetapkan struktur senyawa diazo. Namun, kontribusinya yang paling terkenal untuk perkembangan kimia adalah pembentukan struktur benzena (1866). Kekule menunjukkan bahwa ikatan rangkap benzena bergantian di sekitar cincin (ide ini pertama kali muncul dalam mimpinya). Dia kemudian menunjukkan bahwa dua kemungkinan susunan ikatan rangkap adalah identik dan bahwa cincin benzena adalah hibrida antara dua struktur. Dengan demikian, ia mengantisipasi konsep resonansi (mesomerisme), yang muncul dalam teori ikatan kimia pada awal 1930-an.

Jika benzena benar-benar memiliki struktur seperti itu, maka turunan 1,2-disubstitusinya masing-masing harus memiliki dua isomer. Sebagai contoh,

Namun, tidak satu pun dari benzena tersubstitusi 1,2 yang dapat mengisolasi dua isomer.

Oleh karena itu, Kekule kemudian menyarankan bahwa molekul benzena ada sebagai dua struktur yang saling berpapasan dengan cepat:

Perhatikan bahwa representasi skematis dari molekul benzena dan turunannya biasanya tidak menunjukkan atom hidrogen yang terikat pada atom karbon dari cincin benzena.

Dalam kimia modern, molekul benzena dianggap sebagai hibrida resonansi dari dua bentuk resonansi pembatas ini (lihat Bagian 2.1). Deskripsi lain dari molekul benzena didasarkan pada pertimbangan orbital molekulnya. Dalam detik. 3.1, ditunjukkan bahwa -elektron yang terletak di orbital -ikatan terdelokalisasi di antara semua atom karbon dari cincin benzena dan membentuk awan -elektron. Sesuai dengan representasi ini, molekul benzena secara konvensional dapat digambarkan sebagai berikut:

Data eksperimental mengkonfirmasi keberadaan struktur seperti itu dalam benzena. Jika benzena memiliki struktur yang awalnya diusulkan Kekule, dengan tiga ikatan rangkap terkonjugasi, maka benzena harus bereaksi seperti alkena. Namun, seperti disebutkan di atas, benzena tidak masuk ke dalam reaksi adisi. Selain itu, benzena lebih stabil daripada jika memiliki tiga ikatan rangkap yang terisolasi. Dalam detik. 5.3 menunjukkan bahwa entalpi hidrogenasi benzena dengan pembentukan sikloheksana memiliki negatif yang lebih besar

Tabel 18.3. Panjang berbagai ikatan karbon-karbon

Beras. 18.6. Struktur geometris molekul benzena.

nilai dari tiga kali entalpi hidrogenasi sikloheksena. Selisih antara nilai tersebut biasanya disebut dengan entalpi delokalisasi, energi resonansi, atau energi stabilisasi benzena.

Semua ikatan karbon-karbon pada cincin benzena memiliki panjang yang sama, yaitu kurang dari panjang ikatan C-C pada alkana, tetapi lebih panjang dari panjang ikatan C=C pada alkena (Tabel 18.3). Ini menegaskan bahwa ikatan karbon-karbon dalam benzena adalah hibrida antara ikatan tunggal dan ganda.

Molekul benzena memiliki struktur datar, yang ditunjukkan pada Gambar. 18.6.

Properti fisik

Dalam kondisi normal, benzena adalah cairan tidak berwarna yang membeku pada 5,5 °C dan mendidih pada 80 °C. Ini memiliki bau khas yang menyenangkan, tetapi, seperti yang disebutkan di atas, sangat beracun. Benzena tidak dapat bercampur dengan air, dan dalam sistem benzena, air membentuk bagian atas dari dua lapisan. Namun, itu larut dalam pelarut organik non-polar dan itu sendiri merupakan pelarut yang baik untuk senyawa organik lainnya.

Sifat kimia

Meskipun benzena masuk ke dalam reaksi adisi tertentu (lihat di bawah), itu tidak menunjukkan reaktivitas khas alkena di dalamnya. Misalnya, tidak menghilangkan warna air brom atau larutan -ion. Selain itu, benzena

masuk ke dalam reaksi adisi dengan asam kuat, seperti asam klorida atau asam sulfat.

Pada saat yang sama, benzena mengambil bagian dalam sejumlah reaksi substitusi elektrofilik. Senyawa aromatik adalah produk dari reaksi jenis ini, karena sistem elektron terdelokalisasi dari benzena dipertahankan dalam reaksi ini. Mekanisme umum substitusi atom hidrogen pada cincin benzena oleh beberapa elektrofil dijelaskan dalam Sec. 17.3. Contoh substitusi elektrofilik benzena adalah reaksi nitrasi, halogenasi, sulfonasi, dan Friedel-Crafts.

Nitrasi Benzena dapat dinitrasi (memperkenalkan suatu gugus ke dalamnya) dengan mengolahnya dengan campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat:

nitrobenzena

Kondisi untuk reaksi ini dan mekanismenya dijelaskan dalam Sec. 17.3.

Nitrobenzene adalah cairan kuning pucat dengan bau almond yang khas. Selama nitrasi benzena, selain nitrobenzena, kristal 1,3-dinitrobenzena juga terbentuk, yang merupakan produk dari reaksi berikut:

halogenasi. Jika Anda mencampur benzena dalam gelap dengan klorin atau bromin, kanker tidak akan terjadi. Namun, dengan adanya katalis dengan sifat asam Lewis, reaksi substitusi elektrofilik terjadi dalam campuran tersebut. Katalis khas untuk reaksi ini adalah besi(III) bromida dan aluminium klorida. Kerja katalis ini adalah menciptakan polarisasi dalam molekul halogen, yang kemudian membentuk kompleks dengan katalis:

meskipun tidak ada bukti langsung bahwa ion bebas terbentuk dalam kasus ini. Mekanisme brominasi benzena dengan menggunakan besi (III) bromida sebagai pembawa ion dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Sulfonasi. Benzena dapat disulfonasi (mengganti atom hidrogen di dalamnya dengan gugus sulfo) dengan merefluks campurannya dengan asam sulfat pekat selama beberapa jam. Sebagai gantinya, benzena dapat dipanaskan dengan lembut dicampur dengan asam sulfat yang berasap. Asam sulfat berasap mengandung sulfur trioksida. Mekanisme reaksi ini dapat diwakili oleh skema

Reaksi Friedel-Crafts. Reaksi Friedel-Crafts awalnya disebut reaksi kondensasi antara senyawa aromatik dan alkil halida dengan adanya katalis aluminium klorida anhidrat.

Dalam reaksi kondensasi, dua molekul reaktan (atau satu reaktan) digabungkan satu sama lain, membentuk molekul senyawa baru, sementara molekul beberapa senyawa sederhana, seperti air atau hidrogen klorida, dipisahkan (dieliminasi) dari mereka. .

Saat ini, reaksi Friedel-Crafts adalah setiap substitusi elektrofilik dari senyawa aromatik di mana karbokation atau kompleks yang sangat terpolarisasi dengan atom karbon bermuatan positif memainkan peran sebagai elektrofil. Zat elektrofilik biasanya merupakan alkil halida atau klorida dari asam karboksilat, meskipun dapat juga, misalnya, alkena atau alkohol. Aluminium klorida anhidrat biasanya digunakan sebagai katalis untuk reaksi ini. Reaksi Friedel-Crafts biasanya dibagi menjadi dua jenis: alkilasi dan asilasi.

Alkilasi. Dalam reaksi Friedel-Crafts jenis ini, satu atau lebih atom hidrogen pada cincin benzena digantikan oleh gugus alkil. Misalnya, ketika campuran benzena dan klorometana dipanaskan dengan hati-hati dengan adanya aluminium klorida anhidrat, metilbenzena terbentuk. Klorometana memainkan peran sebagai agen elektrofilik dalam reaksi ini. Ini dipolarisasi oleh aluminium klorida dengan cara yang sama seperti yang terjadi dengan molekul halogen:

Mekanisme reaksi yang sedang dipertimbangkan dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Perlu dicatat bahwa dalam reaksi kondensasi antara benzena dan klorometana ini, molekul hidrogen klorida dipisahkan. Kami juga mencatat bahwa keberadaan nyata dari karbokation logam dalam bentuk ion bebas diragukan.

Alkilasi benzena dengan klorometana dengan adanya katalis - aluminium klorida anhidrat tidak berakhir dengan pembentukan metilbenzena. Dalam reaksi ini, alkilasi lebih lanjut dari cincin benzena terjadi, yang mengarah pada pembentukan 1,2-dimetilbenzena:

Asilasi. Dalam reaksi Friedel-Crafts jenis ini, atom hidrogen pada cincin benzena digantikan oleh gugus asil, menghasilkan pembentukan keton aromatik.

Gugus asil memiliki rumus umum

Nama sistematis senyawa asil dibentuk dengan mengganti akhiran dan akhiran -ova pada nama asam karboksilat yang sesuai, yang turunan senyawa asilnya, dengan akhiran -(o)yl. Misalnya

Asilasi benzena dilakukan dengan menggunakan klorida atau anhidrida asam karboksilat dengan adanya katalis aluminium klorida anhidrat. Misalnya

Reaksi ini adalah kondensasi di mana eliminasi molekul hidrogen klorida terjadi. Perhatikan juga bahwa nama "fenil" sering digunakan untuk menunjukkan cincin benzena dalam senyawa di mana benzena bukan kelompok utama:

Reaksi adisi. Meskipun benzena adalah yang paling khas dari reaksi substitusi elektrofilik, benzena juga masuk ke dalam beberapa reaksi adisi. Kami sudah bertemu salah satu dari mereka. Kita berbicara tentang hidrogenasi benzena (lihat Bagian 5.3). Ketika campuran benzena dan hidrogen dilewatkan di atas permukaan katalis nikel yang ditumbuk halus pada suhu 150–160 °C, seluruh rangkaian reaksi terjadi, yang berakhir dengan pembentukan sikloheksana. Persamaan stoikiometri keseluruhan untuk reaksi ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet atau sinar matahari langsung, benzena juga bereaksi dengan klorin. Reaksi ini dilakukan oleh mekanisme radikal yang kompleks. Produk akhirnya adalah 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane:

Reaksi serupa terjadi antara benzena dan bromin di bawah aksi radiasi ultraviolet atau sinar matahari.

Oksidasi. Benzena dan cincin benzena dalam senyawa aromatik lainnya umumnya tahan terhadap oksidasi bahkan oleh zat pengoksidasi kuat seperti larutan asam atau basa kalium permanganat. Namun, benzena dan senyawa aromatik lainnya terbakar di udara atau oksigen untuk membentuk nyala api yang sangat berasap, yang khas untuk hidrokarbon dengan kandungan karbon relatif tinggi.

Kelompok reaksi pertama adalah reaksi substitusi. Kami mengatakan bahwa arena tidak memiliki ikatan rangkap dalam struktur molekul, tetapi mengandung sistem terkonjugasi enam elektron, yang sangat stabil dan memberikan kekuatan tambahan pada cincin benzena. Oleh karena itu, dalam reaksi kimia, pertama-tama, substitusi atom hidrogen terjadi, dan bukan penghancuran cincin benzena.

Kami telah menemukan reaksi substitusi ketika berbicara tentang alkana, tetapi bagi mereka reaksi ini berlangsung menurut mekanisme radikal, sedangkan arena dicirikan oleh mekanisme ionik dari reaksi substitusi.

Pertama sifat kimia - halogenasi. Substitusi atom hidrogen untuk atom halogen - klorin atau bromin.

Reaksi berlangsung ketika dipanaskan dan selalu dengan partisipasi katalis. Dalam kasus klorin, itu bisa berupa aluminium klorida atau besi klorida tiga. Katalis mempolarisasi molekul halogen, menghasilkan pemutusan ikatan heterolitik dan ion diperoleh.

Ion klorida yang bermuatan positif bereaksi dengan benzena.

Jika reaksi terjadi dengan brom, maka tribromida besi atau aluminium bromida bertindak sebagai katalis.

Penting untuk dicatat bahwa reaksi terjadi dengan brom molekuler dan bukan dengan air brom. Benzena tidak bereaksi dengan air brom.

Halogenasi homolog benzena memiliki karakteristiknya sendiri. Dalam molekul toluena, gugus metil memfasilitasi substitusi dalam cincin, reaktivitas meningkat, dan reaksi berlangsung dalam kondisi yang lebih ringan, yaitu pada suhu kamar.

Penting untuk dicatat bahwa substitusi selalu terjadi pada posisi orto dan para, sehingga diperoleh campuran isomer.

Kedua properti - nitrasi benzena, pengenalan gugus nitro ke dalam cincin benzena.

Cairan kekuningan kental dengan bau almond pahit terbentuk - nitrobenzena, sehingga reaksinya bisa kualitatif untuk benzena. Untuk nitrasi, digunakan campuran nitrat dan asam sulfat pekat. Reaksi dilakukan dengan pemanasan.

Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa untuk nitrasi alkana dalam reaksi Konovalov, asam nitrat encer digunakan tanpa penambahan asam sulfat.

Dalam nitrasi toluena, serta dalam halogenasi, campuran orto- dan para-isomer terbentuk.

Ketiga properti - alkilasi benzena dengan haloalkana.

Reaksi ini memungkinkan masuknya radikal hidrokarbon ke dalam cincin benzena dan dapat dianggap sebagai metode untuk mendapatkan homolog benzena. Aluminium klorida digunakan sebagai katalis, yang mendorong dekomposisi molekul haloalkana menjadi ion. Itu juga membutuhkan pemanasan.

Keempat properti - alkilasi benzena dengan alkena.

Dengan cara ini, misalnya, kumena atau etilbenzena dapat diperoleh. Katalisnya adalah aluminium klorida.

2. Reaksi adisi benzena

Kelompok reaksi kedua adalah reaksi adisi. Kami mengatakan bahwa reaksi ini tidak khas, tetapi mereka mungkin dalam kondisi yang agak keras dengan penghancuran awan pi-elektron dan pembentukan ikatan enam sigma.

Kelima properti dalam daftar umum - hidrogenasi, penambahan hidrogen.

Suhu, tekanan, katalis nikel atau platinum. Toluena dapat bereaksi dengan cara yang sama.

keenam properti - klorinasi. Harap dicatat bahwa kita berbicara secara khusus tentang interaksi dengan klorin, karena bromin tidak masuk ke dalam reaksi ini.

Reaksi berlangsung di bawah penyinaran ultraviolet yang keras. Hexachlorocyclohexane, nama lain untuk hexachlorane, terbentuk, padatan.

Penting untuk diingat bahwa untuk benzena tidak memungkinkan reaksi adisi hidrogen halida (hidrohalogenasi) dan adisi air (hidrasi).

3. Substitusi pada rantai samping homolog benzena

Kelompok reaksi ketiga hanya menyangkut homolog benzena - ini adalah substitusi di rantai samping.

ketujuh properti dalam daftar umum adalah halogenasi pada atom karbon alfa di rantai samping.

Reaksi terjadi bila dipanaskan atau disinari, dan selalu hanya pada karbon alfa. Saat halogenasi berlanjut, atom halogen kedua akan kembali ke posisi alfa.

4. Oksidasi homolog benzena

Kelompok reaksi keempat adalah oksidasi.

Cincin benzena terlalu kuat, jadi benzena tidak mengoksidasi kalium permanganat - tidak menghitamkan larutannya. Ini sangat penting untuk diingat.

Di sisi lain, homolog benzena dioksidasi dengan larutan asam kalium permanganat saat dipanaskan. Dan ini adalah sifat kimia kedelapan.

Ternyata asam benzoat. Perubahan warna larutan diamati. Dalam hal ini, tidak peduli berapa lama rantai karbon substituen, selalu putus setelah atom karbon pertama dan atom alfa teroksidasi menjadi gugus karboksil dengan pembentukan asam benzoat. Sisa molekul dioksidasi menjadi asam yang sesuai atau, jika hanya satu atom karbon, menjadi karbon dioksida.

Jika homolog benzena memiliki lebih dari satu substituen hidrokarbon pada cincin aromatik, maka oksidasi terjadi sesuai dengan aturan yang sama - karbon dalam posisi alfa teroksidasi.

Dalam contoh ini, asam aromatik dibasa diperoleh, yang disebut asam ftalat.

Secara khusus, saya mencatat oksidasi kumena, isopropilbenzena, dengan oksigen atmosfer dengan adanya asam sulfat.

Inilah yang disebut metode cumene untuk memproduksi fenol. Sebagai aturan, kita harus berurusan dengan reaksi ini dalam hal-hal yang berkaitan dengan produksi fenol. Ini adalah cara industri.

kesembilan properti - pembakaran, oksidasi lengkap dengan oksigen. Benzena dan homolognya terbakar menjadi karbon dioksida dan air.

Mari kita tulis persamaan pembakaran benzena dalam bentuk umum.

Menurut hukum kekekalan massa, jumlah atom di sebelah kiri harus sebanyak jumlah atom di sebelah kanan. Karena, bagaimanapun, dalam reaksi kimia, atom tidak pergi ke mana pun, tetapi urutan ikatan di antara mereka hanya berubah. Jadi, jumlah molekul karbon dioksida sebanyak jumlah atom karbon dalam molekul arena, karena molekul tersebut mengandung satu atom karbon. Itu adalah n CO 2 molekul. Jumlah molekul air akan menjadi setengah dari jumlah atom hidrogen, yaitu (2n-6) / 2, yang berarti n-3.

Ada jumlah atom oksigen yang sama di kiri dan di kanan. Di sebelah kanan, ada 2n dari karbon dioksida, karena ada dua atom oksigen di setiap molekul, ditambah n-3 dari air, dengan total 3n-3. Di sebelah kiri, ada jumlah atom oksigen yang sama - 3n-3, yang berarti ada setengah jumlah molekul, karena molekul mengandung dua atom. Itu adalah (3n-3)/2 molekul oksigen.

Jadi, kami telah menyusun persamaan untuk pembakaran homolog benzena dalam bentuk umum.

Homolog benzena mampu bereaksi dalam dua arah dengan partisipasi inti aromatik dan rantai samping (gugus alkil), tergantung pada sifat reagen.

1. Reaksi pada inti aromatik

Karena efek donor gugus alkil, reaksi S E ArH menjadi orto- dan pasangan- posisi inti aromatik, sedangkan kondisinya lebih ringan daripada benzena.

a.halogenasi

b) nitrasi

Perhatikan bagaimana, ketika jumlah kelompok akseptor (-NO 2) meningkat, suhu reaksi nitrasi meningkat.

c) sulfonasi

Reaksi tersebut terutama menghasilkan P-isomer.

d) alkilasi

e) asilasi

2. Reaksi berantai samping

Fragmen alkil dari molekul benzena masuk ke dalam reaksi S R dengan partisipasi atom karbon di α -posisi (posisi benzil).

Oksidasi semua homolog benzena KMnO 4 /100 °C mengarah pada pembentukan asam benzoat.

arena kental

Arena kental adalah sistem aromatik (n=2 dan 3). Tingkat aromatisitas arena kental lebih rendah daripada benzena. Mereka dicirikan oleh reaksi substitusi elektrofilik, reaksi adisi dan oksidasi yang terjadi di bawah kondisi yang lebih ringan daripada benzena.

Reaktivitas naftalena

Reaksi S E ArH untuk naftalena berlangsung terutama menurut α -posisi, kecuali untuk sulfonasi. Adisi elektrofilik dari Ad E berlangsung pada posisi 1,4, sedangkan naftalena menunjukkan sifat-sifat diena terkonjugasi.

1. Reaksi substitusi elektrofilik,S E ArH

2. Reaksi adisi elektrofilik, reduksi dan oksidasi.

Reaktivitas antrasena dan fenantrena

Reaksi substitusi elektrofilik, S E ArH dan adisi elektrofilik, Ad E untuk antrasena berlangsung terutama pada posisi 9 dan 10 (lihat skema di bawah).

Reaksi substitusi elektrofilik, S E ArH dan adisi elektrofilik, Ad E untuk fenantrena berlangsung terutama pada posisi 9 dan 10, seperti untuk antrasena (lihat diagram di bawah).

Reaksi oksidasi dan reduksi untuk antrasena dan fenantrena.

Struktur beberapa obat berdasarkan naftalena, antrasena dan fenantrena

Naftizin(nafazolin, sanorin)

aksi vasokonstriktor(pengobatan rinitis, sinusitis)

(struktur induk digarisbawahi pada judul, perhatikan penomorannya)

Naftifin

antijamur tindakan (pengobatan dermatitis)

Nabumeton

anti-inflamasi, antipiretik, tindakan analgesik(pengobatan osteoarthritis, rheumatoid arthritis).

Nadolol

(istilah cis, dalam hal ini, menunjukkan pengaturan timbal balik dari gugus hidroksil)

hipotensi(menurunkan tekanan darah) dan aksi antiaritmia

Morfin, kodein

Pertanyaan keamanan untuk bab "ARENA"

1. Apa sifat benzena yang membedakannya dari senyawa tak jenuh lainnya - alkena, alkuna? Apa arti istilah "senyawa aromatik"?

2. Tuliskan rumus struktur senyawa: a) etilbenzena; b) 1,3-dimetilbenzena ( m -xilena); c) 1,3,5-trimetilbenzena (mesitylene); d) isopropilbenzena (kumena); e) 3-fenilpentana; f) vinilbenzena (stirena); g) fenilasetilen; h) kesurupan -difeniletilen ( kesurupan -stilben).

3. Jelaskan ciri-ciri struktur senyawa yang menunjukkan aromatisitas. Aturan Negara Huckel. Manakah dari senyawa berikut yang bersifat aromatik?

4. Bandingkan rasio sikloheksena dan benzena dengan reagen berikut di bawah kondisi yang ditunjukkan: : a) Br 2 (H 2 O.20 C); b) KMnO 4 (H 2 Oh, 0 C); c) H 2 JADI 4 (conc.), 20 C; d) H 2 (Hal, 30 C); sebelum 3 , maka H 2 O(Zn); e) HBR.

5. Tuliskan rumus struktur benzena tersubstitusi tunggal yang terbentuk dari reaksi benzena dengan pereaksi berikut: ah 2 JADI 4 (konk.); b) HNO 3 ; H 2 JADI 4 (konk.); c) Br 2 /fe; d) Cl 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlCl 3 . Sebutkan reaksi dan produknya! Tunjukkan dengan mana elektrofil benzena bereaksi dalam setiap kasus tertentu.

6. Berikan skema umum untuk interaksi benzena dengan reagen elektrofilik ( E + ). Namakan kompleks intermediet. Langkah manakah yang biasanya menentukan laju reaksi? Berikan grafik perubahan energi potensial reaksi yang ditinjau.

7. Definisikan konsep berikut: a) keadaan transisi; b) sambungan perantara; c) -kompleks; d) -kompleks. Manakah dari mereka yang identik? Ilustrasikan konsep-konsep ini menggunakan contoh brominasi benzena dengan adanya katalis. feBr 3 .

8. Dengan menggunakan contoh reaksi etena dan benzena dengan bromin, bandingkan mekanisme adisi elektrofilik pada alkena dengan mekanisme substitusi elektrofilik pada deret aromatik. Pada tahap apa perbedaan diamati dan mengapa?

9. Dengan menggunakan efek induktif dan mesomerik, jelaskan interaksi substituen dengan cincin benzena dalam senyawa yang ditunjukkan:

Perhatikan substituen pendonor elektron (ED) dan penarik elektron (EA).

10. Tuliskan skema mononitrasi untuk senyawa berikut: a) fenol; b) asam benzenasulfonat; c) isopropilbenzena; d.klorobenzena. Untuk senyawa manakah tingkat substitusi relatif yang paling tinggi dan mengapa?

11. Pembentukan produk apa yang diharapkan selama monosulfonasi senyawa: a) toluena; b) nitrobenzena; c) asam benzoat; d.bromobenzena? Senyawa mana yang paling mudah disulfonasi? Mengapa?

12. Susunlah senyawa-senyawa berikut ini menurut kenaikan reaktivitasnya bila dibrominasi menjadi cincin benzena: a) benzena; b) fenol; c) benzaldehida; d) etilbenzena. Berikan penjelasan.

13. Beri nama hidrokarbon berikut:

14. Tuliskan reaksi benzena dengan pereaksi berikut: : a) Cl 2 (Fe); b) 3Cl 2 (lampu); c) HNO 3 (H 2 JADI 4 ); d) Oh 2 (udara) (V 2 HAI 5 , 450  C); e) 3O 3 , maka H 2 O(Zn); f) H 2 JADI 4 (oleum); g) 3H 2 (N, 200 c,p ). Apa kekhasan reaksi adisi dalam benzena?

15. Tuliskan reaksi toluena dengan pereaksi yang ditunjukkan : a) 3H 2 (N, 200 C, 9806,7 kPa); b) KMnO 4 di H 2 HAI; c*) l 2 , lampu; d*) Cl 2 (Fe); e*) CH 3 Cl (AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl(AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 JADI 4 ). Untuk reaksi yang ditandai dengan tanda bintang, nyatakan mekanismenya.

16. Tuliskan reaksi nitrasi etilbenzena pada kondisi yang ditunjukkan: a) 65% HNO 3 + H 2 JADI 4 (konk.); b) 10% HNO 3 , pemanasan, tekanan. Membawa mekanisme.

17. Bandingkan rasio isopropilbenzena dengan brom: a) dengan adanya AlBr 3 ; b) ketika diterangi dan dipanaskan. Berikan reaksi dan mekanismenya.

18. Senyawa apa yang terbentuk dari etilbenzena dan? P -xylene di bawah aksi zat pengoksidasi yang ditunjukkan: a) Oh 3 , maka H 2 O(Zn); b) KMnO 4 di H 2 HAI,t ; VK 2 Cr 2 HAI 7 di H 2 JADI 4 , t ?

19. Dengan bantuan reaksi apa pasangan senyawa berikut dapat dibedakan: a) etilbenzena dan m -xilena; b) etilbenzena dan stirena; c) stirena dan fenilacetylene; G) tentang - dan P -xilena?

20. Senyawa manakah yang merupakan produk dari reaksi berikut:

21. Berdasarkan benzena dan reagen lainnya, dapatkan senyawa berikut: a) P -tert -butiltoluena; b) etil- P - tolil keton; c) alilbenzena; G) P - asam bromobenzoat

22. Sebutkan senyawa utama yang terbentuk pada reaksi berikut:

Senyawa seperti benzena, Nyonya Kimia di rumahnya akhirnya dan tidak dapat ditarik kembali hanya diperoleh pada tahun 1833. Benzena adalah senyawa yang memiliki sifat cepat marah, bahkan bisa dikatakan eksplosif. Bagaimana Anda mengetahuinya?

Cerita

Johann Glauber pada tahun 1649 mengalihkan perhatiannya ke senyawa yang telah berhasil dibentuk saat ahli kimia sedang mengerjakan tar batubara. Tapi itu ingin tetap penyamaran.

Sekitar 170 tahun kemudian, atau lebih tepatnya, pada pertengahan abad ke-19, secara kebetulan, benzena diekstraksi dari gas penerangan, yaitu dari kondensat yang dilepaskan. Umat ​​manusia berutang upaya tersebut kepada Michael Faraday, seorang ilmuwan dari Inggris.

Tongkat untuk akuisisi benzena dicegat oleh Eilgard Mitscherlich Jerman. Hal ini terjadi selama pengolahan garam kalsium anhidrat dari asam benzoat. Mungkin itu sebabnya senyawa itu diberi nama seperti itu - benzena. Namun, sebagai pilihan, ilmuwan menyebutnya bensin. Dupa, jika diterjemahkan dari bahasa Arab.

Benzena terbakar dengan indah dan cerah, sehubungan dengan pengamatan ini, Auguste Laurent menyarankan untuk menyebutnya "fen" atau "benzena". Cerah, bersinar - jika diterjemahkan dari bahasa Yunani.

Berdasarkan pendapat konsep sifat ikatan elektronik, kualitas benzena, ilmuwan memberikan molekul senyawa dalam bentuk gambar berikut. Ini adalah segi enam. Sebuah lingkaran tertulis di dalamnya. Hal tersebut di atas menunjukkan bahwa benzena memiliki awan elektron integral, yang dengan aman mengandung enam (tanpa pengecualian) atom karbon dari siklus. Tidak ada ikatan biner tetap.

Benzena sebelumnya diperlakukan sebagai pelarut. Tapi pada dasarnya, seperti yang mereka katakan, dia bukan anggota, tidak berpartisipasi, tidak terlibat. Tapi ini di abad ke-19. Perubahan signifikan terjadi di XX. Sifat-sifat benzena mengungkapkan kualitas paling berharga yang membantunya menjadi lebih populer. Angka oktan, yang ternyata tinggi, memungkinkan untuk digunakan sebagai elemen bahan bakar untuk pengisian bahan bakar mobil. Tindakan ini merupakan dorongan untuk penarikan benzena secara ekstensif, yang ekstraksinya dilakukan sebagai produk sampingan dari kokas produksi baja.

Pada tahun empat puluhan, di bidang kimia, benzena mulai dikonsumsi dalam pembuatan zat yang meledak dengan cepat. Abad ke-20 menobatkan dirinya dengan fakta bahwa industri penyulingan minyak menghasilkan begitu banyak benzena sehingga mulai memasok industri kimia.

Karakterisasi benzena

Hidrokarbon tak jenuh sangat mirip dengan benzena. Misalnya, rangkaian hidrokarbon etilena mencirikan dirinya sebagai hidrokarbon tak jenuh. Ini memiliki reaksi adisi. Benzena rela masuk ke Semua ini berkat atom yang berada di bidang yang sama. Dan sebagai fakta - awan elektron terkonjugasi.

Jika ada cincin benzena dalam rumusnya, maka kita dapat sampai pada kesimpulan dasar bahwa ini adalah benzena, rumus strukturnya persis seperti ini.

Properti fisik

Benzena adalah cairan tidak berwarna, tetapi memiliki bau yang tidak menyenangkan. Benzena meleleh ketika suhu mencapai 5,52 derajat Celcius. Mendidih pada 80,1. Kepadatannya adalah 0,879 g / cm 3, massa molarnya adalah 78,11 g / mol. Saat terbakar, asapnya sangat banyak. Membentuk senyawa eksplosif ketika udara masuk. batu (bensin, eter, dan lainnya) digabungkan dengan zat yang dijelaskan tanpa masalah. Senyawa azeotropik dibuat dengan air. Pemanasan sebelum dimulainya penguapan terjadi pada 69,25 derajat (91% benzena). Pada 25 derajat Celcius, 1,79 g / l dapat dilarutkan dalam air.

Sifat kimia

Benzena bereaksi dengan asam sulfat dan asam nitrat. Dan juga dengan alkena, halogen, kloroalkana. Reaksi substitusi itulah yang menjadi ciri khasnya. Suhu tekanan mempengaruhi terobosan cincin benzena, yang terjadi di bawah kondisi yang agak keras.

Kita dapat mempertimbangkan setiap persamaan reaksi benzena secara lebih rinci.

1. Substitusi elektrofilik. Brom, dengan adanya katalis, berinteraksi dengan klorin. Hasilnya adalah klorobenzena:

6H6+3Cl2 → C6H5Cl + HCl

2. Reaksi Friedel-Crafts, atau alkilasi benzena. Munculnya alkilbenzena terjadi karena kombinasi dengan alkana, yang merupakan turunan halogen:

C6H6 + C2H5Br → C6H5C2H5 + HBr

3. Substitusi elektrofilik. Berikut adalah reaksi nitrasi dan sulfonasi. Persamaan benzena akan terlihat seperti ini:

C6H6 + H2SO4 → C6H5SO3H + H2O

C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O

4. Benzena saat terbakar:

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O

Dalam kondisi tertentu, ia menunjukkan karakteristik karakter hidrokarbon jenuh. Awan p-elektron, yang berada dalam struktur zat yang dipertimbangkan, menjelaskan reaksi ini.

Berbagai jenis benzena bergantung pada teknologi khusus. Di sinilah pelabelan petroleum benzena berasal. Misalnya, pemurnian dan pemurnian yang lebih tinggi, untuk sintesis. Saya ingin mencatat secara terpisah homolog benzena, dan lebih khusus lagi, sifat kimianya. Ini adalah alkilbenzena.

Homolog benzena jauh lebih mungkin untuk bereaksi. Tetapi reaksi benzena di atas, yaitu homolog, berlangsung dengan beberapa perbedaan.

Halogenasi alkilbenzena

Bentuk persamaannya adalah sebagai berikut:

6H5-CH3 + Br = C6H5-CH2Br + HBr.

Aspirasi bromin ke dalam cincin benzena tidak diamati. Itu masuk ke rantai di samping. Namun berkat katalis garam Al(+3), brom dengan berani memasuki cincin.

Nitrasi alkilbenzena

Berkat asam sulfat dan nitrat, benzena dan alkilbenzena dinitrasi. Alkilbenzena reaktif. Dua produk diperoleh dari tiga yang disajikan - ini adalah para- dan orto-isomer. Anda dapat menulis salah satu rumus:

C6H5 - CH3 + 3HNO3 → C6H2CH3 (NO2)3.

Oksidasi

Untuk benzena, ini tidak dapat diterima. Tapi alkilbenzena bereaksi dengan sukarela. Misalnya asam benzoat. Rumusnya di bawah ini:

C6H5CH3 + [O] → C6H5COOH.

Alkilbenzena dan benzena, hidrogenasinya

Dengan adanya penambah, hidrogen mulai bereaksi dengan benzena, menghasilkan pembentukan sikloheksana, seperti yang dibahas di atas. Demikian pula, alkilbenzena mudah diubah menjadi alkilsikloheksana. Untuk memperoleh alkilsikloheksana, diperlukan hidrogenasi alkilbenzena yang diinginkan. Pada dasarnya, ini adalah prosedur yang diperlukan untuk produksi produk murni. Dan ini tidak semua reaksi benzena dan alkilbenzena.

produksi benzena. Industri

Fondasi produksi tersebut didasarkan pada pemrosesan komponen: toluena, nafta, tar, yang dilepaskan selama perengkahan batubara, dan lainnya. Oleh karena itu, benzena diproduksi di petrokimia, perusahaan metalurgi. Penting untuk mengetahui cara mendapatkan benzena dengan berbagai tingkat pemurnian, karena merek zat ini secara langsung bergantung pada prinsip pembuatan dan tujuan.

Bagian terbesar dibuat dengan reformasi termokatalitik dari bagian caustobiolite, mendidih pada 65 derajat, memiliki efek ekstrak, distilasi dengan dimetilformamida.

Selama produksi etilen dan propilena, produk cair diperoleh, yang terbentuk selama dekomposisi senyawa anorganik dan organik di bawah pengaruh panas. Dari jumlah tersebut, benzena diisolasi. Namun, sayangnya, tidak banyak sumber bahan untuk opsi produksi benzena ini. Oleh karena itu, substansi yang menarik bagi kita dihasilkan oleh reformasi. Dengan metode ini, volume benzena ditingkatkan.

Dengan dealkilasi pada suhu 610-830 derajat dengan tanda plus, dengan adanya uap yang terbentuk selama perebusan air dan hidrogen, benzena diperoleh dari toluena. Ada pilihan lain - katalitik. Ketika kehadiran zeolit, atau, sebagai alternatif, katalis oksida, diamati, tunduk pada rezim suhu 227-627 derajat.

Ada cara lain yang lebih tua untuk mengembangkan benzena. Dengan bantuan penyerapan oleh penyerap organik, ia diisolasi dari hasil akhir kokas batubara. Produk ini uap-gas dan telah didinginkan sebelumnya. Misalnya minyak yang digunakan, yang sumbernya adalah minyak bumi atau batu bara. Ketika distilasi dilakukan dengan uap, pemulung dipisahkan. Hydrotreating membantu membebaskan benzena mentah dari zat berlebih.

Bahan baku batubara

Dalam metalurgi, ketika batubara digunakan, atau, lebih tepatnya, distilasi keringnya, diperoleh kokas. Selama prosedur ini, pasokan udara terbatas. Jangan lupa bahwa batu bara dipanaskan sampai suhu 1200-1500 Celcius.

Benzena batubara-kimia membutuhkan pemurnian menyeluruh. Hal ini diperlukan untuk menyingkirkan metil sikloheksana dan pendampingnya n-heptana tanpa gagal. juga harus dihilangkan. Benzena ini mengalami proses pemisahan, pemurnian, yang akan dilakukan lebih dari satu kali.

Metode yang dijelaskan di atas adalah yang tertua, tetapi setelah beberapa waktu kehilangan posisinya yang tinggi.

Fraksi minyak

0,3-1,2% - indikator komposisi pahlawan kita dalam minyak mentah. Indikator sedikit untuk menginvestasikan keuangan dan kekuatan. Cara terbaik adalah menggunakan prosedur industri untuk memproses fraksi minyak bumi. Itu adalah reformasi katalitik. Dengan adanya penguat aluminium-platinum-renium, persentase inklusi karbohidrat aromatik meningkat, dan indikator yang menentukan kemampuan bahan bakar untuk tidak menyala secara spontan selama kompresi meningkat.

Resin pirolisis

Jika produk minyak kami diekstraksi dari bahan baku non-padat, yaitu dengan pirolisis propilen dan etilen yang timbul dalam pembuatan, maka pendekatan ini akan menjadi yang paling dapat diterima. Tepatnya, benzena dilepaskan dari pirokondensat. Penguraian fraksi tertentu membutuhkan hydrotreatment. Campuran belerang dan tak jenuh dihilangkan selama pembersihan. Pada hasil awal, kandungan xilena, toluena, benzena dicatat. Dengan bantuan distilasi yang bersifat ekstraktif, gugus BTX dipisahkan dan diperoleh benzena.

Hidrodealkilasi toluena

Protagonis dari proses, koktail aliran hidrogen dan toluena, dimasukkan dipanaskan ke dalam reaktor. Toluena melewati unggun katalis. Selama proses ini, gugus metil dipisahkan untuk membentuk benzena. Ada cara pemurnian tertentu di sini. Hasilnya adalah zat yang sangat murni (untuk nitrasi).

Disproporsi toluena

Sebagai hasil dari penolakan kelas metil, pembentukan benzena terjadi, xilena dioksidasi. Dalam proses ini, transalkilasi telah diamati. Tindakan katalitik disebabkan oleh paladium, platinum dan neodymium, yang berada di aluminium oksida.

Toluena dan hidrogen dipasok ke reaktor dengan unggun katalis yang stabil. Tujuannya adalah untuk menjaga agar hidrokarbon tidak mengendap di bidang katalis. Aliran yang keluar dari reaktor didinginkan, dan hidrogen diperoleh kembali dengan aman untuk didaur ulang. Yang tersisa disuling tiga kali. Pada tahap awal, senyawa yang non-aromatik ditarik. Benzena diekstraksi kedua, dan langkah terakhir adalah ekstraksi xilena.

Trimerisasi asetilena

Berkat karya ahli kimia fisik Prancis Marcelin Berthelot, benzena mulai diproduksi dari asetilena. Tetapi pada saat yang sama, koktail yang berat menonjol dari banyak elemen lainnya. Pertanyaannya adalah bagaimana menurunkan suhu reaksi. Jawabannya diterima hanya pada akhir empat puluhan abad XX. V. Reppe menemukan katalis yang cocok, ternyata nikel. Trimerisasi adalah satu-satunya cara untuk mendapatkan benzena dari asetilena.

Pembentukan benzena terjadi dengan bantuan karbon aktif. Pada tingkat panas yang tinggi, asetilena melewati batubara. Benzena dilepaskan jika suhu setidaknya 410 derajat. Pada saat yang sama, berbagai hidrokarbon aromatik masih lahir. Oleh karena itu, diperlukan peralatan yang baik yang mampu memurnikan asetilena secara kualitatif. Dengan metode yang melelahkan seperti trimerisasi, banyak asetilena yang dikonsumsi. Untuk mendapatkan 15 ml benzena, diambil 20 liter asetilen. Anda bisa melihat bagaimana tampilannya dalam reaksi yang tidak akan memakan waktu lama.

3C2H2 → C6H6 (persamaan Zelinsky).

3CH → CH = (t, kat) = C6H6.

Di mana benzena digunakan?

Benzene adalah gagasan kimia yang cukup populer. Terutama sering diperhatikan bagaimana benzena digunakan dalam pembuatan kumena, sikloheksana, etilbenzena. Untuk membuat stirena, etilbenzena sangat diperlukan. Bahan awal untuk produksi kaprolaktam adalah sikloheksana. Saat membuat resin termoplastik, kaprolaktam yang digunakan. Zat yang dijelaskan sangat diperlukan dalam pembuatan berbagai cat dan pernis.

Betapa berbahayanya benzena

Benzena adalah zat beracun. Manifestasi perasaan tidak enak badan, yang disertai mual dan pusing parah, adalah tanda keracunan. Bahkan kematian tidak dikesampingkan. Perasaan senang yang tak terlukiskan adalah lonceng yang tidak kalah mengganggu jika terjadi keracunan benzena.

Benzena cair menyebabkan iritasi kulit. Uap benzena dengan mudah menembus bahkan melalui kulit yang utuh. Dengan kontak jangka pendek dengan suatu zat dalam dosis kecil, tetapi secara teratur, konsekuensi yang tidak menyenangkan tidak akan lama datang. Ini mungkin lesi sumsum tulang dan leukemia akut dari berbagai jenis.

Selain itu, zat tersebut bersifat adiktif pada manusia. Benzena bertindak seperti obat bius. Asap tembakau menghasilkan produk seperti tar. Ketika mereka mempelajarinya, mereka sampai pada kesimpulan bahwa kandungan yang terakhir tidak aman untuk manusia. Selain adanya nikotin, juga ditemukan adanya karbohidrat aromatik jenis benzpiren. Sebuah fitur khas dari benzpyrene adalah karsinogen. Mereka memiliki efek yang sangat berbahaya. Misalnya, mereka menyebabkan kanker.

Meskipun demikian, benzena adalah bahan awal untuk produksi berbagai obat, plastik, karet sintetis dan, tentu saja, pewarna. Ini adalah gagasan yang paling umum dari kimia dan senyawa aromatik.