Kami mempersembahkan kepada Anda pelajaran video tentang topik "Sifat kimia benzena". Dengan menggunakan video ini, Anda dapat memperoleh gambaran tentang sifat kimia benzena, serta kondisi keras yang diperlukan agar benzena bereaksi dengan zat lain.
Tema:hidrokarbon aromatik
Pelajaran:Sifat kimia benzena
Beras. 1. Molekul benzena
Memecah awan p-elektron dalam molekul benzena itu sulit. Oleh karena itu, benzena masuk ke dalam reaksi kimia jauh lebih aktif daripada senyawa tak jenuh.
Agar benzena masuk ke dalam reaksi kimia, diperlukan kondisi yang agak keras: suhu tinggi, dan dalam banyak kasus katalis. Dalam kebanyakan reaksi, cincin benzena yang stabil dipertahankan.
1. Brominasi.
Katalis (besi(III) atau aluminium bromida) diperlukan dan bahkan sejumlah kecil air tidak boleh masuk. Peran katalis adalah bahwa molekul bromin ditarik oleh salah satu atom bromin ke atom besi. Akibatnya, ia terpolarisasi - sepasang elektron ikatan berpindah ke atom bromin yang terkait dengan besi:
br+…. Br - FeBr 3 .
Br+ merupakan elektrofil kuat. Ia tertarik ke awan enam elektron dari cincin benzena dan memutuskannya, membentuk ikatan kovalen dengan atom karbon:
Anion bromin dapat bergabung dengan kation yang dihasilkan. Tetapi reduksi sistem aromatik dari cincin benzena secara energetik lebih menguntungkan daripada penambahan anion bromin. Oleh karena itu, molekul masuk ke keadaan stabil dengan membuang ion hidrogen:
Semua reaksi substitusi elektrofilik dalam cincin benzena berlangsung menurut mekanisme yang sama.
2. Nitrasi
Benzena dan homolognya bereaksi dengan campuran asam sulfat pekat dan asam nitrat (campuran nitrat). Dalam campuran nitrasi, dalam kesetimbangan, ada ion nitronium NO 2 +, yang merupakan elektrofil:
3. Sulfonasi.
Benzena dan arena lainnya, ketika dipanaskan, bereaksi dengan asam sulfat pekat atau oleum - larutan SO 3 dalam asam sulfat:
4 . Alkilasi Friedel-Crafts
5. Alkilasi dengan alkena
Reaksi-reaksi ini secara energetik tidak menguntungkan, oleh karena itu, mereka hanya berlangsung ketika dipanaskan atau disinari.
1. Hidrogenasi.
Ketika dipanaskan, pada tekanan tinggi, dan dengan adanya katalis Ni, Pt, atau Pd, benzena dan arena lainnya menambahkan hidrogen untuk membentuk sikloheksana:
2. Klorinasi benzena.
Di bawah aksi radiasi ultraviolet, benzena menambahkan klorin. Jika labu kuarsa yang berisi larutan klor dalam benzena terkena sinar matahari, larutan akan cepat berubah warna, klor akan bergabung dengan benzena membentuk 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane, yang dikenal sebagai heksakloran(sebelumnya digunakan sebagai insektisida):
3. pembakaran benzena.
Tidak seperti alkana, nyala benzena dan hidrokarbon aromatik lainnya cerah dan berasap.
Menyimpulkan pelajaran
Dalam pelajaran ini, Anda mempelajari topik "Sifat Kimia Benzena". Dengan menggunakan bahan ini, Anda dapat memperoleh gambaran tentang sifat kimia benzena, serta kondisi keras yang diperlukan agar benzena bereaksi dengan zat lain.
Bibliografi
1. Rudzitis G.E. Kimia. Dasar-dasar Kimia Umum. Kelas 10: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.
2. Kimia. Kelas 10. Tingkat profil: buku teks. untuk pendidikan umum institusi / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin dan lain-lain - M.: Drofa, 2008. - 463 hal.
3. Kimia. Kelas 11. Tingkat profil: buku teks. untuk pendidikan umum institusi / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin dan lain-lain - M.: Drofa, 2010. - 462 hal.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kumpulan soal-soal kimia bagi mereka yang memasuki universitas. - edisi ke-4. - M.: RIA "Gelombang Baru": Penerbit Umerenkov, 2012. - 278 hal.
Pekerjaan rumah
1. No. 13, 14 (hal. 62) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kimia: Kimia Organik. Kelas 10: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.
2. Mengapa senyawa aromatik berbeda sifat kimianya dari hidrokarbon jenuh dan tak jenuh?
3. Tuliskan persamaan reaksi pembakaran etilbenzena dan xilena.
HC aromatik (arena) adalah hidrokarbon yang molekulnya mengandung satu atau lebih cincin benzena.
Contoh hidrokarbon aromatik:
Arena baris benzena (arena monosiklik)
Rumus umum:C n H 2n-6 , n≥6
Perwakilan paling sederhana dari hidrokarbon aromatik adalah benzena, rumus empirisnya adalah C 6 H 6 .
Struktur elektronik molekul benzena
Rumus umum C n H 2 n -6 monosiklik arena menunjukkan bahwa mereka adalah senyawa tak jenuh.
Pada tahun 1856, ahli kimia Jerman A.F. Kekule mengusulkan formula siklik untuk benzena dengan ikatan terkonjugasi (ikatan tunggal dan ganda bergantian) - siklohexatriena-1,3,5: 
Struktur molekul benzena ini tidak menjelaskan banyak sifat benzena:
- untuk benzena, reaksi substitusi adalah karakteristik, dan bukan karakteristik reaksi adisi dari senyawa tak jenuh. Reaksi adisi dimungkinkan, tetapi lebih sulit daripada untuk;
- benzena tidak masuk ke dalam reaksi yang merupakan reaksi kualitatif terhadap hidrokarbon tak jenuh (dengan air brom dan larutan KMnO 4).
Studi difraksi elektron selanjutnya menunjukkan bahwa semua ikatan antara atom karbon dalam molekul benzena memiliki panjang yang sama yaitu 0,140 nm (nilai rata-rata antara panjang ikatan tunggal C-C sebesar 0,154 nm dan ikatan rangkap C=C sebesar 0,134 nm). Sudut antara ikatan pada setiap atom karbon adalah 120°. Molekulnya adalah segi enam datar biasa.
Teori modern untuk menjelaskan struktur molekul C 6 H 6 menggunakan konsep hibridisasi orbital atom.
Atom karbon dalam benzena berada dalam keadaan hibridisasi sp2. Setiap atom "C" membentuk tiga ikatan (dua dengan atom karbon dan satu dengan atom hidrogen). Semua ikatan berada pada bidang yang sama:
Setiap atom karbon memiliki satu elektron p, yang tidak berpartisipasi dalam hibridisasi. Orbital p yang tidak terhibridisasi dari atom karbon berada pada bidang yang tegak lurus terhadap bidang ikatan . Setiap p-cloud tumpang tindih dengan dua p-cloud yang berdekatan, dan sebagai hasilnya terbentuk sistem terkonjugasi tunggal (ingat efek konjugasi elektron-p dalam molekul 1,3-butadiena, yang dibahas dalam topik “Hidrokarbon diena ”):
Kombinasi enam ikatan dengan sistem tunggal disebut ikatan aromatik.
Cincin yang terdiri dari enam atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan aromatik disebut cincin benzena, atau inti benzena.
Sesuai dengan gagasan modern tentang struktur elektronik benzena, molekul C 6 H 6 digambarkan sebagai berikut:
Sifat fisik benzena
Benzena dalam kondisi normal adalah cairan tidak berwarna; t o pl = 5,5 o C; t o kip. = 80 tentang C; memiliki bau yang khas; larut dengan air, pelarut yang baik, sangat beracun.
Sifat kimia benzena
Ikatan aromatik menentukan sifat kimia benzena dan hidrokarbon aromatik lainnya.
Sistem 6π-elektron lebih stabil daripada ikatan dua elektron konvensional. Oleh karena itu, reaksi adisi kurang khas untuk hidrokarbon aromatik daripada untuk hidrokarbon tak jenuh. Yang paling khas untuk arena adalah reaksi substitusi.
Saya. Reaksi substitusi
1.Halogenasi
2. Nitrasi
Reaksi dilakukan dengan campuran dan asam (campuran nitrat): 
3. Sulfonasi
4. Alkilasi (penggantian atom "H" dengan gugus alkil) - Reaksi Friedel-Crafts, homolog benzena terbentuk:
Alih-alih haloalkana, alkena dapat digunakan (dengan adanya katalis - AlCl 3 atau asam anorganik):
II. Reaksi penambahan
1. Hidrogenasi
2. Penambahan klorin
AKU AKU AKU.Reaksi oksidasi
1. Pembakaran
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O
2. Oksidasi tidak sempurna (KMnO 4 atau K 2 Cr 2 O 7 dalam lingkungan asam). Cincin benzena tahan terhadap zat pengoksidasi. Reaksi tidak terjadi.
Mendapatkan benzena
Dalam industri:
1) pengolahan minyak dan batubara;
2) dehidrogenasi sikloheksana:
3) dehidrosiklisasi (aromatisasi) heksana:
Di laboratorium:
Fusi garam asam benzoat dengan:
Isomerisme dan nomenklatur homolog benzena
Setiap homolog benzena memiliki rantai samping, mis. radikal alkil yang terikat pada cincin benzena. Homolog pertama benzena adalah nukleus benzena yang terikat dengan radikal metil: 
Toluena tidak memiliki isomer, karena semua posisi dalam cincin benzena adalah setara.
Untuk homolog benzena berikutnya, satu jenis isomerisme dimungkinkan - isomerisme rantai samping, yang dapat terdiri dari dua jenis:
1) isomerisme jumlah dan struktur substituen;
2) isomerisme posisi substituen.
Sifat fisik toluena
Toluena- cairan tidak berwarna dengan bau khas, tidak larut dalam air, larut dalam pelarut organik. Toluena kurang beracun daripada benzena.
Sifat kimia toluena
Saya. Reaksi substitusi
1. Reaksi yang melibatkan cincin benzena
Metilbenzena masuk ke semua reaksi substitusi di mana benzena terlibat, dan pada saat yang sama menunjukkan reaktivitas yang lebih tinggi, reaksi berlangsung lebih cepat.
Radikal metil yang terkandung dalam molekul toluena adalah substituen dari genus, oleh karena itu, sebagai hasil dari reaksi substitusi dalam inti benzena, diperoleh turunan orto dan para dari toluena atau, dengan pereaksi berlebih, turunan tri dari rumus umum:
a.halogenasi
Dengan klorinasi lebih lanjut, diklorometilbenzena dan triklorometilbenzena dapat diperoleh:
II. Reaksi penambahan
hidrogenasi
AKU AKU AKU.Reaksi oksidasi
1. Pembakaran
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
2. Oksidasi tidak sempurna
Tidak seperti benzena, homolognya dioksidasi oleh beberapa zat pengoksidasi; dalam hal ini, rantai samping mengalami oksidasi, dalam kasus toluena, gugus metil. Zat pengoksidasi ringan seperti MnO 2 mengoksidasinya menjadi gugus aldehida, zat pengoksidasi yang lebih kuat (KMnO 4) menyebabkan oksidasi lebih lanjut menjadi asam: 
Setiap homolog benzena dengan satu rantai samping dioksidasi oleh oksidator kuat seperti KMnO4 menjadi asam benzoat, mis. ada pemutusan rantai samping dengan oksidasi bagian yang terputus menjadi CO 2; Misalnya: 
Dengan adanya beberapa rantai samping, masing-masing dioksidasi menjadi gugus karboksil dan sebagai akibatnya asam polibasa terbentuk, misalnya:
Mendapatkan toluena:
Dalam industri:
1) pengolahan minyak dan batubara;
2) dehidrogenasi metilsikloheksana:
3) dehidrosiklisasi heptana:
Di laboratorium:
1) alkilasi Friedel-Crafts;
2) Reaksi Wurtz-Fittig(reaksi natrium dengan campuran halobenzena dan haloalkana).
PRTSVSH (P) FGBOU VPO
Departemen "Keselamatan Kebakaran"
Uji
dalam disiplin "Teori pembakaran dan ledakan"
Tugas nomor 1
Tentukan jumlah teoritis spesifik dan volume udara yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna uap benzena. Kondisi di mana udara berada dicirikan oleh suhu Tv dan tekanan Pv, dan uap benzena - suhu Tg dan tekanan Pg. Nyatakan hasil perhitungan dalam satuan berikut: ; ;;;
Data awal (N - nomor kelompok, n - nomor sesuai daftar siswa:
TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0.2*n= 277,6 K
Pv \u003d? 10 3 \u003d 95900 Pa;
g=300?(?1) N?2?N?(?1) n?0.2?n= 321,6 K;
Pr \u003d? 10 3 \u003d 79400 Pa.
6Н6+7.5О2+7.5?3.76N2=6CO2+3pO+7.5?3.76N2+Qp (1),
di mana Qp adalah panas reaksi kimia. Dari persamaan ini, dimungkinkan untuk menentukan koefisien stoikiometri benzena dan molekul oksigen: Vg = 1, V0 = 7,5
2. Jumlah teoritis spesifik udara - jumlah kilomol udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna satu kilomol benzena dihitung dengan rumus:
di mana 4,76 adalah jumlah udara yang mengandung satu unit oksigen, \u003d adalah rasio koefisien stoikiometri molekul oksigen (Vo) dan benzena (Vg)
Dengan mensubstitusi (d) nilai Vo dan Vg, kita peroleh:
3. Volume udara yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna satu kilomol benzena ditentukan sebagai berikut:
di mana volume satu kilomol udara pada suhu Tv dan tekanan Pv. Nilai dihitung menggunakan rumus
dimana 22,4 adalah volume molar gas dalam kondisi normal, Po = 101325 Pa adalah tekanan normal, To = 273 K adalah suhu normal.
Substitusikan Tv, To, Pv, Po ke (5), diperoleh
Volume udara teoritis spesifik dihitung dengan rumus (4):
4. Volume udara yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna dari satu unit volume bahan bakar gas ditentukan sebagai berikut:
di mana adalah volume satu kilomol bahan bakar - uap benzena pada suhu Tg dan tekanan Pg. Mengingat bahwa
dan dengan mensubstitusi (8) dan (5) menjadi (7), kita memperoleh ekspresi berikut untuk volume udara teoretis spesifik:
Kami menghitung nilai parameter proses pembakaran ini:
Volume udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna satu kilogram benzena ditentukan sebagai berikut:
di mana - massa molar bahan bakar adalah massa satu kilomol benzena, dinyatakan dalam kilogram. Massa molar benzena secara numerik sama dengan berat molekulnya ditemukan dengan rumus:
Ac?nc + An?nn, UiAi?ni (11)
di mana Ac dan An adalah berat atom karbon dan hidrogen, nc dan nn adalah jumlah atom karbon dalam molekul benzena. Mengganti nilai Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6, kita mendapatkan:
Kami menemukan volume teoritis spesifik udara dengan mengganti nilai n ke dalam dan ke dalam rumus (10):
Hasil perhitungan:
Tugas nomor 2
Tentukan kuantitas teoritis spesifik, volume dan komposisi produk pembakaran benzena, jika koefisien udara berlebih c, suhu Tp dan tekanan Pp produk pembakaran, suhu Tg dan tekanan Pg uap benzena diketahui. Nyatakan hasil perhitungan dalam fraksi mol (dalam persen) dan dalam satuan berikut: ; ;;
Data awal:
c=1.5+(?1) N?0.1?N?(?1) n?0.01?n = 0.2;
Rp \u003d? 10 3 \u003d 68400 Pa;
Tp=1600?(?1) N?20?N?(?1) n?2?n = 1816 K;
g=273?(?1) N?2?N+(?1) n?0.2?n = 295,4 K;
Rg \u003d? 10 3 \u003d 111600 Pa;
solusi (N=11, n=2).
1. Kami menulis persamaan stoikiometri untuk reaksi pembakaran benzena di udara:
C 6 H 6 +7,5O 2 +7,5? 3,76N 2 \u003d 6CO 2 + 3H 2 O + 7,5? 3,76N 2 + Qp, (1)
di mana Qp adalah panas reaksi kimia. Dari persamaan ini, kami menentukan koefisien stoikiometri berikut:
V CO2 \u003d 6, V pO \u003d 3, V C6H6 \u003d 1, V O2 \u003d 7,5, V N2 \u003d 7,5? 3.76
2. Tentukan perkiraan jumlah produk pembakaran dari satu kilomol bahan bakar:
Mengganti dalam (2) nilai koefisien stoikiometrik produk pembakaran dan bahan bakar, kami memperoleh:
3. Jumlah udara teoritis spesifik - jumlah kilomol udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna satu kilomol bahan bakar, kami menentukan menggunakan rumus:
Dimana 4,76 adalah jumlah udara yang mengandung satu unit oksigen,
Rasio koefisien stoikiometri molekul oksigen dan benzena.
Substitusikan pada (4) nilai V O2 =7.5 dan V C6H6 =1 , kita peroleh:
4. Jumlah udara berlebih yang jatuh pada 1 Kmol bahan bakar ditentukan oleh persamaan:
udara pembakaran uap benzena
Mengganti dalam ekspresi ini nilai-nilai
37,7(0,2-1)=30,16(7)
5. Jumlah total produk pembakaran per satuan jumlah bahan bakar ditentukan oleh jumlah:
Setelah mengganti nilai dan kami mendapatkan:
6. Fraksi mol produk pembakaran, dinyatakan sebagai persentase, ditentukan sebagai berikut:
Dalam rumus (9) untuk fraksi mol nitrogen dan oksigen dalam produk pembakaran, 0,79 dan 0,21 adalah fraksi mol zat-zat ini di udara, kelebihannya menyebabkan peningkatan proporsi nitrogen dan munculnya oksigen dalam produk pembakaran.
7. Untuk menentukan volume spesifik dan produk pembakaran, perlu untuk menghitung volume molarnya - volume satu kilomol gas dalam kondisi di mana produk berada:
di mana 22,4 adalah volume satu kilomol gas dalam kondisi normal, T 0 \u003d 273K - suhu normal, Po \u003d 101325 Pa - tekanan normal.
Mengganti (10) nilai-nilai, Po, To, kita mendapatkan:
Volume produk yang terbentuk selama pembakaran satu kilogram bahan bakar, tidak termasuk udara berlebih, dihitung sebagai berikut:
di mana - massa molar bahan bakar adalah massa satu kilomol benzena, dinyatakan dalam kilogram. Massa molar benzena ditemukan dengan rumus:
di mana Ac dan An adalah berat atom karbon (12) dan hidrogen (1), n c dan n n adalah jumlah atom karbon (6) dan hidrogen (6) dalam molekul benzena (C 6 H 6).
Mengganti nilai, dan dalam (12) kita peroleh
Kelebihan volume udara per 1 kilogram bahan bakar ditentukan sebagai berikut:
di mana adalah volume satu kilomol udara berlebih, yang merupakan bagian dari produk pembakaran. Karena suhu dan tekanan udara berlebih sesuai dengan suhu dan tekanan produk pembakaran, maka \u003d \u003d 220,7.
Mengganti nilai ini, serta dalam (14), kami memperoleh:
Untuk menghitung volume spesifik produk pembakaran sempurna bahan bakar, kita asumsikan bahwa uap benzena memiliki suhu Tg pada tekanan:
di mana adalah volume satu kilomol uap benzena pada suhu Tg dan tekanan Pg. Volume molar bahan bakar dihitung dengan rumus:
Mengganti nilai yang diperoleh, dan nilai-nilai tersebut dalam (17), kami memperoleh:
Kelebihan volume udara per meter kubik uap benzena ditentukan sebagai berikut:
Substitusi dalam (20) nilai \u003d 30.16 , \u003d dan
memberikan hasil sebagai berikut:
Total volume spesifik produk pembakaran, dengan mempertimbangkan udara berlebih, ditentukan oleh jumlah
Hasil perhitungan:
X CO2 \u003d%; X H2O \u003d 4,4%; X N2 =%; X O2 \u003d 11,7%
Dokumen serupa
Perhitungan koefisien pembakaran nitrobenzena C6H5NO2 dan karbon disulfida CS2. Persamaan reaksi pembakaran propil asetat di udara. Perhitungan volume udara dan produk pembakaran selama pembakaran gas yang mudah terbakar. Penentuan titik nyala toluena menurut rumus V. Blinov.
tes, ditambahkan 04/08/2017
Perhitungan volume udara dan produk pembakaran yang terbentuk selama pembakaran suatu zat. Persamaan reaksi pembakaran etilen glikol di udara. Pembakaran campuran gas yang mudah terbakar. Perhitungan suhu pembakaran adiabatik untuk campuran stoikiometri. pembakaran propanol.
tes, ditambahkan 17/10/2012
Jenis pembakaran dan parameter utamanya. Konversi kimia bahan bakar dan oksidan menjadi produk pembakaran. Persamaan bahan dan keseimbangan termal dari reaksi pembakaran. Pengaruh koefisien udara berlebih pada komposisi produk pembakaran dan suhu pembakaran.
tes, ditambahkan 17/01/2013
Penentuan volume udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna dari satu satuan massa zat yang mudah terbakar. Komposisi produk pembakaran satu satuan massa zat yang mudah terbakar. Batas perambatan nyala campuran gas, uap, debu-udara. Tekanan dekomposisi eksplosif.
makalah, ditambahkan 23/12/2013
Pengembangan langkah-langkah untuk mencegah terjadinya kebakaran dan ledakan, penilaian kondisi untuk pengembangan dan penindasannya. Konsep tingkat kelelahan, metode definisinya. Prosedur untuk menyusun persamaan reaksi pembakaran. Perhitungan volume udara yang dibutuhkan untuk penyalaan.
makalah, ditambahkan 10/07/2014
Penentuan komposisi produk pembakaran sempurna gas. Perhitungan suhu pembakaran adiabatik campuran gas pada volume konstan dan tekanan konstan. Konstanta reaksi kinetik dari penyalaan sendiri gas alam. Batas penyalaan campuran gas.
makalah, ditambahkan 19/02/2014
Karakterisasi metode industri untuk alkilasi benzena dengan propilena. Prinsip alkilasi benzena dengan olefin dalam teknologi kimia. Masalah merancang instalasi teknologi untuk alkilasi benzena. Deskripsi teknologi proses produksi.
tesis, ditambahkan 15/11/2010
Pembakaran adalah proses oksidasi yang kuat. Jenis pembakaran: membara dan membakar dengan nyala api. Ledakan sebagai kasus khusus pembakaran. Sifat listrik nyala api. Ragam produk pembakaran sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna. Penyaringan asap melalui air.
karya ilmiah, ditambahkan 29/07/2009
Penentuan volume udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna sejumlah propana tertentu. Perhitungan perubahan entalpi, entropi dan energi Gibbs, menggunakan konsekuensi hukum Hess. Penentuan ekuivalen massa molar zat pengoksidasi dan zat pereduksi.
tes, ditambahkan 02/08/2012
Metode untuk menentukan konsumsi minyak penyerap, konsentrasi benzena dalam minyak penyerap yang meninggalkan penyerap. Perhitungan diameter dan tinggi absorber yang dikemas. Penentuan permukaan pemanas yang dibutuhkan dalam kubus kolom dan konsumsi uap pemanas.
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, dan untuk arena mekanisme ionik dari reaksi substitusi adalah karakteristik.
Pertama halogenasi sifat kimia. 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 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 bromin.
Halogenasi homolog benzena memiliki karakteristiknya sendiri. Dalam molekul toluena, gugus metil memfasilitasi substitusi di 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 nitrasi properti benzena, pengenalan gugus nitro ke dalam cincin benzena.
Cairan kekuningan kental dengan bau nitrobenzena almond pahit terbentuk, 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 alkilasi properti 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 alkilasi properti benzena dengan alkena.
Dengan cara ini, misalnya, kumena atau etilbenzena dapat diperoleh. Aluminium klorida katalis.
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 klorinasi properti. 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 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 halogenasi pada atom karbon alfa dalam rantai samping.
Reaksi terjadi ketika 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 pembakaran properti, 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 CO2 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 jumlah molekulnya dua kali lebih sedikit, karena molekul tersebut mengandung dua atom. Itu adalah (3n-3)/2 molekul oksigen.
Jadi, kami telah menyusun persamaan untuk pembakaran homolog benzena dalam bentuk umum.
Arenes (hidrokarbon aromatik) – ini adalah hidrokarbon siklik tak jenuh (tak jenuh) yang molekulnya mengandung gugus atom siklik yang stabil (inti benzena) dengan sistem ikatan terkonjugasi tertutup.
Rumus umum: C n H 2n–6untuk n 6.
Sifat kimia arena
Arena- hidrokarbon tak jenuh, molekul yang mengandung tiga ikatan rangkap dan satu siklus. Tetapi karena efek konjugasi, sifat-sifat arena berbeda dari hidrokarbon tak jenuh lainnya.
Hidrokarbon aromatik dicirikan oleh reaksi:
- pencapaian,
- pengganti,
- oksidasi (untuk homolog benzena).
Sistem aromatik benzena tahan terhadap zat pengoksidasi. Namun, homolog benzena dioksidasi oleh aksi kalium permanganat dan agen pengoksidasi lainnya.
1. Reaksi adisi
Benzena menambahkan klorin dalam cahaya dan hidrogen ketika dipanaskan dengan adanya katalis.
1.1. hidrogenasi
Benzena menambahkan hidrogen ketika dipanaskan dan di bawah tekanan dengan adanya katalis logam (Ni, Pt, dll.).
Hidrogenasi benzena menghasilkan sikloheksana:
Hidrogenasi homolog menghasilkan turunan sikloalkana. Ketika toluena dipanaskan dengan hidrogen di bawah tekanan dan dengan adanya katalis, metilsikloheksana terbentuk:
1.2. Klorinasi arena
Penambahan klorin ke hasil benzena oleh mekanisme radikal pada suhu tinggi, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet.
Klorinasi benzena dengan adanya cahaya menghasilkan 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane (hexachloran).
Hexachloran adalah pestisida yang digunakan untuk mengendalikan serangga berbahaya. Penggunaan heksakloran saat ini dilarang.
Homolog benzena tidak menambahkan klorin. Jika homolog benzena bereaksi dengan klorin atau bromin terkena cahaya atau suhu tinggi (300 ° C), maka ada substitusi atom hidrogen pada substituen alkil samping, bukan pada cincin aromatik.
2. Reaksi substitusi
2.1. Halogenasi
Benzena dan homolognya masuk ke dalam reaksi substitusi dengan halogen (klorin, bromin) dengan adanya katalis (AlCl 3 , FeBr 3) .
Ketika berinteraksi dengan klorin pada katalis AlCl 3, klorobenzena terbentuk:
Hidrokarbon aromatik berinteraksi dengan bromin ketika dipanaskan dan dengan adanya katalis - FeBr 3 . Besi logam juga dapat digunakan sebagai katalis.
Brom bereaksi dengan besi untuk membentuk besi(III) bromida, yang mengkatalisis brominasi benzena:
Meta-chlorotoluene terbentuk dalam jumlah kecil.
Dalam interaksi homolog benzena dengan halogen dalam cahaya atau pada suhu tinggi(300 o C), hidrogen diganti bukan di cincin benzena, tetapi di radikal samping hidrokarbon.
Misalnya, ketika klorinasi etilbenzena:
2.2. Nitrasi
Benzena bereaksi dengan asam nitrat pekat dengan adanya asam sulfat pekat (campuran nitrat).
Dalam hal ini, nitrobenzena terbentuk:
Toluena bereaksi dengan asam nitrat pekat dengan adanya asam sulfat pekat.
Dalam produk reaksi, kami menunjukkan baik tentang-nitrotoluena:
atau P-nitrotoluena:
Nitrasi toluena juga dapat dilanjutkan dengan substitusi tiga atom hidrogen. Dalam hal ini, 2,4,6-trinitrotoluena (trotil, tol) terbentuk:
2.3. Alkilasi hidrokarbon aromatik
- Arena berinteraksi dengan haloalkana dengan adanya katalis (AlCl 3, FeBr 3, dll.) untuk membentuk homolog benzena.
- Hidrokarbon aromatik berinteraksi dengan alkena dengan adanya aluminium klorida, besi (III) bromida, asam fosfat, dll.
- Alkilasi dengan alkohol berlangsung dengan adanya asam sulfat pekat.
2.4. Sulfonasi hidrokarbon aromatik
Benzena bereaksi bila dipanaskan dengan asam sulfat pekat atau larutan SO3 dalam asam sulfat (oleum) membentuk asam benzenasulfonat:
3. Oksidasi arena
Benzena tahan terhadap zat pengoksidasi kuat sekalipun. Tetapi homolog benzena dioksidasi di bawah aksi agen pengoksidasi kuat. Benzena dan homolognya terbakar.
3.1. Oksidasi lengkap - pembakaran
Pembakaran benzena dan homolognya menghasilkan karbon dioksida dan air. Reaksi pembakaran arena disertai dengan pelepasan sejumlah besar panas.
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O + Q
Persamaan pembakaran umum untuk arena adalah:
C n H 2n–6 + (3n – 3)/2 O 2 → nCO 2 + (n – 3)H 2 O + Q
Ketika hidrokarbon aromatik terbakar dalam kekurangan oksigen, karbon monoksida CO atau jelaga C dapat terbentuk.
Benzena dan homolognya terbakar di udara dengan nyala berasap. Benzena dan homolognya membentuk campuran eksplosif dengan udara dan oksigen.
3.2. HAIoksidasi homolog benzena
Homolog benzena mudah dioksidasi oleh permanganat dan kalium dikromat dalam media asam atau netral ketika dipanaskan.
Pada saat yang sama, itu terjadi oksidasi semua ikatan pada atom karbon berdekatan dengan cincin benzena, kecuali untuk ikatan atom karbon ini dengan cincin benzena.
Toluena teroksidasi kalium permanganat dalam asam sulfat dengan pendidikan asam benzoat:
Jika toluena teroksidasi dalam larutan netral ketika dipanaskan, maka terbentuk garam asam benzoat - kalium benzoat:
Jadi toluena menghilangkan warna larutan kalium permanganat yang diasamkan ketika dipanaskan.
Radikal yang lebih panjang dioksidasi menjadi asam benzoat dan asam karboksilat:
Ketika propilbenzena dioksidasi, asam benzoat dan asam asetat terbentuk:
Isopropilbenzena dioksidasi oleh kalium permanganat dalam lingkungan asam menjadi asam benzoat dan karbon dioksida:
4. Tindakan orientasi substituen dalam cincin benzena
Jika ada substituen dalam cincin benzena, tidak hanya alkil, tetapi juga mengandung atom lain (hidroksil, gugus amino, gugus nitro, dll.), maka reaksi substitusi atom hidrogen dalam sistem aromatik berlangsung dengan cara yang ditentukan secara ketat, di sesuai dengan sifatnya pengaruh substituen pada sistem aromatik.
Jenis substituen pada cincin benzena
| Substituen jenis pertama | Substituen jenis kedua |
| orto- dan pasangan-posisi | Substitusi lebih lanjut terjadi terutama di meta-posisi |
| Donor elektron, tingkatkan kerapatan elektron di cincin benzena | Penarikan elektron, mengurangi kerapatan elektron dalam sistem terkonjugasi. |
|
|
