Structura ciclică a benzenului a fost propusă pentru prima dată de F.A. Kekule în 1865

Friedrich August Kekule von Stradonitz a fost un chimist german remarcabil al secolului al XIX-lea. În 1854, a descoperit primul compus organic care conține sulf - acidul tioacetic (acidul tioetanoic). În plus, el a stabilit structura compușilor diazo. Cu toate acestea, cea mai faimoasă contribuție a sa la dezvoltarea chimiei este stabilirea structurii benzenului (1866). Kekule a arătat că legăturile duble ale benzenului se alternează în jurul inelului (aceasta idee i-a apărut pentru prima dată într-un vis). Mai târziu, el a arătat că cele două posibile aranjamente duble legături sunt identice și că inelul benzenic este un hibrid între cele două structuri. Astfel, el a anticipat conceptul de rezonanță (mezomerism), care a apărut în teoria legăturii chimice la începutul anilor 1930.

Dacă benzenul ar avea într-adevăr o astfel de structură, atunci derivații săi 1,2-disubstituiți ar trebui să aibă câte doi izomeri fiecare. De exemplu,

Cu toate acestea, niciunul dintre benzenii 1,2-disubstituiți nu poate izola doi izomeri.

Prin urmare, Kekule a sugerat ulterior că molecula de benzen există ca două structuri care trec rapid una în alta:

Rețineți că astfel de reprezentări schematice ale moleculelor de benzen și derivaților lor, de obicei, nu indică atomii de hidrogen atașați la atomii de carbon ai inelului benzenic.

În chimia modernă, molecula de benzen este considerată un hibrid rezonant al acestor două forme rezonante limitative (vezi Secțiunea 2.1). O altă descriere a moleculei de benzen se bazează pe luarea în considerare a orbitalilor săi moleculari. În sec. 3.1, s-a indicat că electronii localizați în orbitalii de legătură sunt delocalizați între toți atomii de carbon ai inelului benzenic și formează un nor de electroni. În conformitate cu această reprezentare, molecula de benzen poate fi descrisă în mod convențional după cum urmează:

Datele experimentale confirmă prezența unei astfel de structuri în benzen. Dacă benzenul ar avea structura propusă inițial de Kekule, cu trei legături duble conjugate, atunci benzenul ar trebui să reacționeze ca alchene. Cu toate acestea, așa cum sa menționat mai sus, benzenul nu intră în reacții de adiție. În plus, benzenul este mai stabil decât dacă ar avea trei legături duble izolate. În sec. 5.3 s-a indicat că entalpia de hidrogenare a benzenului cu formarea de ciclohexan are un negativ mai mare.

Tabelul 18.3. Lungimea diferitelor legături carbon-carbon

Orez. 18.6. Structura geometrică a moleculei de benzen.

valoare de trei ori mai mare decât entalpia de hidrogenare a ciclohexenei. Diferența dintre aceste valori se numește de obicei entalpie de delocalizare, energie rezonantă sau energie de stabilizare a benzenului.

Toate legăturile carbon-carbon din inelul benzenic au aceeași lungime, care este mai mică decât lungimea legăturilor C-C în alcani, dar mai mare decât lungimea legăturilor C=C în alchene (Tabelul 18.3). Acest lucru confirmă faptul că legăturile carbon-carbon din benzen sunt un hibrid între legăturile simple și duble.

Molecula de benzen are o structură plată, care este prezentată în Fig. 18.6.

Proprietăți fizice

În condiții normale, benzenul este un lichid incolor care îngheață la 5,5°C și fierbe la 80°C. Are un miros plăcut caracteristic, dar, după cum am menționat mai sus, este foarte toxic. Benzenul este nemiscibil cu apa, iar în sistemul benzen, apa formează partea superioară a celor două straturi. Cu toate acestea, este solubil în solvenți organici nepolari și este el însuși un bun solvent pentru alți compuși organici.

Proprietăți chimice

Deși benzenul intră în anumite reacții de adiție (vezi mai jos), nu prezintă reactivitatea tipică alchenelor din ele. De exemplu, nu decolorează apa de brom sau soluțiile de ioni α. În plus, benzen

intră în reacții de adiție cu acizi tari, precum acidul clorhidric sau sulfuric.

În același timp, benzenul participă la o serie de reacții de substituție electrofilă. Compușii aromatici sunt produsele reacțiilor de acest tip, deoarece sistemul de electroni delocalizați al benzenului este păstrat în aceste reacții. Mecanismul general de substituție a unui atom de hidrogen pe un inel benzenic de către un electrofil este descris în Sec. 17.3. Exemple de substituție electrofilă a benzenului sunt reacțiile sale de nitrare, halogenare, sulfonare și Friedel-Crafts.

Nitrare. Benzenul poate fi nitrat (introducând un grup în el) prin tratarea acestuia cu un amestec de acizi azotic și sulfuric concentrați:

Nitrobenzen

Condițiile pentru această reacție și mecanismul ei sunt descrise în Sec. 17.3.

Nitrobenzenul este un lichid galben pal cu un miros caracteristic de migdale. În timpul nitrarii benzenului, pe lângă nitrobenzen, se formează și cristale de 1,3-dinitrobenzen, care este produsul următoarei reacții:

Halogenare. Dacă amestecați benzen în întuneric cu clor sau brom, nu va apărea niciun cancer. Cu toate acestea, în prezența catalizatorilor cu proprietățile acizilor Lewis, în astfel de amestecuri apar reacții de substituție electrofilă. Catalizatorii tipici pentru aceste reacții sunt bromura de fier (III) și clorura de aluminiu. Acțiunea acestor catalizatori este aceea că creează polarizare în moleculele de halogen, care apoi formează un complex cu catalizatorul:

deși nu există dovezi directe că în acest caz se formează ioni liberi. Mecanismul bromării benzenului folosind bromură de fier (III) ca purtător de ioni poate fi reprezentat după cum urmează:

Sulfonare. Benzenul poate fi sulfonat (înlocuind un atom de hidrogen din el cu o grupare sulfo) prin refluxarea amestecului său cu acid sulfuric concentrat timp de câteva ore. În schimb, benzenul poate fi încălzit ușor amestecat cu acid sulfuric fumos. Acidul sulfuric fumos conține trioxid de sulf. Mecanismul acestei reacții poate fi reprezentat de schemă

Reacții Friedel-Crafts. Reacțiile Friedel-Crafts au fost inițial numite reacții de condensare între compuși aromatici și halogenuri de alchil în prezența unui catalizator anhidru de clorură de aluminiu.

În reacțiile de condensare, două molecule de reactanți (sau un reactant) sunt combinate între ele, formând o moleculă a unui nou compus, în timp ce o moleculă a unui compus simplu, cum ar fi apa sau clorura de hidrogen, este separată (elimină) din ei. .

În prezent, reacția Friedel-Crafts este orice substituție electrofilă a unui compus aromatic în care un carbocation sau un complex extrem de polarizat cu un atom de carbon încărcat pozitiv joacă rolul unui electrofil. Agentul electrofil este de obicei o halogenură de alchil sau o clorură a unui acid carboxilic, deși poate fi, de asemenea, de exemplu, o alchenă sau un alcool. Clorura de aluminiu anhidru este de obicei utilizată ca catalizator pentru aceste reacții. Reacțiile Friedel-Crafts sunt de obicei împărțite în două tipuri: alchilare și acilare.

Alchilare. În reacțiile Friedel-Crafts de acest tip, unul sau mai mulți atomi de hidrogen din ciclul benzenic sunt înlocuiți cu grupări alchil. De exemplu, când un amestec de benzen și clormetan este încălzit cu grijă în prezența clorurii de aluminiu anhidru, se formează metilbenzen. Clormetanul joacă rolul unui agent electrofil în această reacție. Este polarizat de clorura de aluminiu în același mod ca și cu moleculele de halogen:

Mecanismul reacției luate în considerare poate fi reprezentat după cum urmează:

Trebuie remarcat faptul că în această reacție de condensare între benzen și clormetan, o moleculă de clorură de hidrogen este desprinsă. De asemenea, observăm că existența reală a unui carbocation metalic sub forma unui ion liber este îndoielnică.

Alchilarea benzenului cu clormetan în prezența unui catalizator - clorură de aluminiu anhidru nu se termină cu formarea de metilbenzen. În această reacție, are loc o alchilare suplimentară a inelului benzenic, conducând la formarea 1,2-dimetilbenzenului:

Acilare. În reacțiile Friedel-Crafts de acest tip, atomul de hidrogen din inelul benzenic este înlocuit cu o grupare acil, rezultând formarea unei cetone aromatice.

Gruparea acil are formula generală

Denumirea sistematică a unui compus acil se formează prin înlocuirea sufixului și terminației -ova în numele acidului carboxilic corespunzător, din care compusul acil dat este un derivat, cu sufixul -(o)il. de exemplu

Acilarea benzenului se realizează folosind o clorură sau o anhidridă a unui acid carboxilic în prezența unui catalizator de clorură de aluminiu anhidru. de exemplu

Această reacție este o condensare în care are loc eliminarea unei molecule de clorură de hidrogen. Rețineți, de asemenea, că numele "fenil" este adesea folosit pentru a desemna inelul benzenic în compușii în care benzenul nu este grupul principal:

Reacții de adaos. Deși benzenul este cel mai caracteristic reacțiilor de substituție electrofilă, el intră și în unele reacții de adiție. Ne-am întâlnit deja pe unul dintre ei. Vorbim despre hidrogenarea benzenului (vezi Secțiunea 5.3). Când un amestec de benzen și hidrogen este trecut pe suprafața unui catalizator de nichel fin măcinat la o temperatură de 150–160 °C, are loc o întreagă secvență de reacții, care se termină cu formarea ciclohexanului. Ecuația stoechiometrică generală pentru această reacție poate fi reprezentată după cum urmează:

Sub influența radiațiilor ultraviolete sau a razelor directe ale soarelui, benzenul reacționează și cu clorul. Această reacție este efectuată printr-un mecanism radical complex. Produsul său final este 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexan:

O reacție similară are loc între benzen și brom sub acțiunea radiațiilor ultraviolete sau a luminii solare.

Oxidare. Benzenul și inelul benzenic din alți compuși aromatici sunt în general rezistente la oxidare chiar și prin agenți oxidanți puternici precum o soluție acidă sau alcalină de permanganat de potasiu. Cu toate acestea, benzenul și alte substanțe aromatice ard în aer sau oxigen pentru a forma o flacără foarte fumoasă, care este caracteristică hidrocarburilor cu un conținut relativ ridicat de carbon.

Primul grup de reacții este reacțiile de substituție. Am spus că arenele nu au legături multiple în structura moleculară, dar conțin un sistem conjugat de șase electroni, care este foarte stabil și oferă o rezistență suplimentară inelului benzenic. Prin urmare, în reacțiile chimice, în primul rând, are loc înlocuirea atomilor de hidrogen, și nu distrugerea inelului benzenic.

Am întâlnit deja reacții de substituție când vorbim despre alcani, dar pentru ei aceste reacții au decurs după un mecanism radical, în timp ce arenele se caracterizează printr-un mecanism ionic de reacții de substituție.

Primul proprietate chimică – halogenare. Înlocuirea unui atom de hidrogen cu un atom de halogen - clor sau brom.

Reacția are loc atunci când este încălzită și întotdeauna cu participarea unui catalizator. În cazul clorului, poate fi clorură de aluminiu sau clorură de fier trei. Catalizatorul polarizează molecula de halogen, rezultând ruperea legăturii heterolitice și se obțin ioni.

Ionul de clorură încărcat pozitiv reacționează cu benzenul.

Dacă reacția are loc cu brom, atunci tribromura de fier sau bromura de aluminiu acționează ca catalizator.

Este important de menționat că reacția are loc cu bromul molecular și nu cu apa cu brom. Benzenul nu reacționează cu apa cu brom.

Halogenarea omologilor benzenului are propriile sale caracteristici. În molecula de toluen, gruparea metil facilitează substituția în inel, reactivitatea crește, iar reacția se desfășoară în condiții mai blânde, adică deja la temperatura camerei.

Este important de menționat că substituția are loc întotdeauna în pozițiile orto și para, astfel încât se obține un amestec de izomeri.

Al doilea proprietate - nitrarea benzenului, introducerea unei grupări nitro în inelul benzenic.

Se formează un lichid greu gălbui cu miros de migdale amare - nitrobenzen, astfel încât reacția poate fi calitativă pentru benzen. Pentru nitrare se folosește un amestec de nitrare de acizi azotic și sulfuric concentrați. Reacția se realizează prin încălzire.

Permiteți-mi să vă reamintesc că pentru nitrarea alcanilor în reacția Konovalov a fost folosit acid azotic diluat fără adăugarea de acid sulfuric.

În nitrarea toluenului, precum și în halogenare, se formează un amestec de orto- și para-izomeri.

Al treilea proprietate - alchilarea benzenului cu haloalcani.

Această reacție permite introducerea unui radical de hidrocarbură în ciclul benzenic și poate fi considerată o metodă de obținere a omologilor benzenului. Clorura de aluminiu este folosită ca catalizator, care favorizează descompunerea moleculei de haloalcan în ioni. Are nevoie si de incalzire.

Al patrulea proprietate - alchilarea benzenului cu alchene.

În acest fel, de exemplu, se poate obţine cumen sau etilbenzen. Catalizatorul este clorură de aluminiu.

2. Reacții de adiție la benzen

Al doilea grup de reacții este reacțiile de adiție. Am spus că aceste reacții nu sunt caracteristice, dar sunt posibile în condiții destul de dure cu distrugerea norului de electroni pi și formarea de legături șase sigma.

a cincea proprietate în lista generală - hidrogenare, adăugare de hidrogen.

Temperatura, presiunea, catalizatorul nichel sau platina. Toluenul este capabil să reacționeze în același mod.

şaselea proprietate - clorinare. Vă rugăm să rețineți că vorbim în mod specific despre interacțiunea cu clorul, deoarece bromul nu intră în această reacție.

Reacția are loc sub iradiere ultravioletă dură. Se formează hexaclorociclohexan, un alt nume pentru hexacloran, un solid.

Este important să ne amintim că pentru benzen nu este posibil reacții de adiție de halogenuri de hidrogen (hidrohalogenare) și adăugare de apă (hidratare).

3. Înlocuirea în lanțul lateral a omologilor benzenului

Al treilea grup de reacții se referă numai la omologii benzenului - aceasta este o substituție în lanțul lateral.

al șaptelea o proprietate din lista generală este halogenarea la atomul de carbon alfa din lanțul lateral.

Reacția are loc atunci când este încălzită sau iradiată și întotdeauna numai la carbonul alfa. Pe măsură ce halogenarea continuă, al doilea atom de halogen va reveni la poziția alfa.

4. Oxidarea omologilor benzenului

Al patrulea grup de reacții este oxidarea.

Inelul de benzen este prea puternic, deci benzen nu se oxideaza permanganat de potasiu - nu își decolorează soluția. Acest lucru este foarte important de reținut.

Pe de altă parte, omologii benzenului sunt oxidați cu o soluție acidificată de permanganat de potasiu atunci când sunt încălziți. Și aceasta este a opta proprietate chimică.

Se dovedește acid benzoic. Se observă decolorarea soluției. În acest caz, indiferent cât de lungă este lanțul de carbon al substituentului, acesta se rupe întotdeauna după primul atom de carbon și atomul alfa este oxidat la o grupare carboxil cu formarea acidului benzoic. Restul moleculei este oxidat la acidul corespunzător sau, dacă este doar un atom de carbon, la dioxid de carbon.

Dacă omologul benzenului are mai mult de un substituent de hidrocarbură pe inelul aromatic, atunci oxidarea are loc după aceleași reguli - carbonul în poziția alfa este oxidat.

În acest exemplu, se obține un acid aromatic dibazic, care se numește acid ftalic.

In mod deosebit remarc oxidarea cumenului, izopropilbenzenului, cu oxigenul atmosferic in prezenta acidului sulfuric.

Aceasta este așa-numita metodă cumenă pentru producerea fenolului. De regulă, trebuie să se ocupe de această reacție în chestiuni legate de producerea de fenol. Aceasta este calea industrială.

nouălea proprietate - ardere, oxidare completă cu oxigen. Benzenul și omologii săi arde până la dioxid de carbon și apă.

Să scriem ecuația pentru arderea benzenului într-o formă generală.

Conform legii conservării masei, în stânga ar trebui să existe tot atâtea atomi câte atomi în dreapta. Pentru că, până la urmă, în reacțiile chimice, atomii nu merg nicăieri, dar ordinea legăturilor dintre ei pur și simplu se schimbă. Deci vor exista tot atâtea molecule de dioxid de carbon câte atomi de carbon există într-o moleculă de arenă, deoarece molecula conține un atom de carbon. Adică n molecule de CO2. Vor fi jumătate din câte molecule de apă decât atomii de hidrogen, adică (2n-6) / 2, ceea ce înseamnă n-3.

Există același număr de atomi de oxigen în stânga și în dreapta. În dreapta, sunt 2n din dioxid de carbon, deoarece sunt doi atomi de oxigen în fiecare moleculă, plus n-3 din apă, pentru un total de 3n-3. În stânga, există același număr de atomi de oxigen - 3n-3, ceea ce înseamnă că există jumătate din câte molecule, deoarece molecula conține doi atomi. Adică (3n-3)/2 molecule de oxigen.

Astfel, am compilat ecuația pentru arderea omologilor benzenului într-o formă generală.

Omologii benzenului sunt capabili să reacționeze în două direcții cu participarea unui nucleu aromatic și a unei catene laterale (grupe alchil), în funcție de natura reactivului.

1. Reacții asupra nucleului aromatic

Datorită efectului donor al grupării alchil, reacțiile S E ArH se duc orto- și pereche- poziţiile nucleului aromatic, în timp ce condiţiile sunt mai blânde decât la benzen.

a) halogenare

b) nitrare

Observați cum, odată cu creșterea numărului de grupări acceptoare (-NO2), temperatura reacțiilor de nitrare crește.

c) sulfonare

Reacția produce predominant P-izomer.

d) alchilare

e) acilare

2. Reacții laterale în lanț

Fragmentul alchil al moleculei de benzen intră în reacții S R cu participarea unui atom de carbon în α -pozitia (pozitia benzilica).

Oxidarea tuturor omologilor benzenului KMnO 4 /100°C duce la formarea acidului benzoic.

arene condensate

Arene condensate sunt sisteme aromatice (n=2 și 3). Gradul de aromaticitate al arenelor condensate este mai mic decât al benzenului. Se caracterizează prin reacții de substituție electrofilă, reacții de adiție și oxidare care au loc în condiții mai blânde decât pentru benzen.

Reactivitatea naftalinei

Reacţiile S E ArH pentru naftalină se desfăşoară în principal conform α -poziție, cu excepția sulfonării. Adăugarea electrofilă de Ad E are loc în pozițiile 1,4, în timp ce naftalina prezintă proprietățile dienelor conjugate.

1. Reacții de substituție electrofilă,S E ArH

2. Reacții de adiție, reducere și oxidare electrofilă.

Reactivitatea antracenului și a fenantrenului

Reacțiile de substituție electrofilă, S E ArH și adiție electrofilă, Ad E pentru antracen au loc predominant la pozițiile 9 și 10 (vezi schema de mai jos).

Reacțiile de substituție electrofilă, S E ArH și adiție electrofilă, Ad E pentru fenantren se desfășoară predominant în pozițiile 9 și 10, ca și pentru antracen (vezi diagrama de mai jos).

Reacții de oxidare și reducere pentru antracen și fenantren.

Structuri ale unor medicamente pe bază de naftalină, antracen și fenantren

naftizină(nafazolin, sanorin)

acţiune vasoconstrictoare(tratamentul rinitei, sinuzitei)

(structura părinte este subliniată în titlu, atenție la numerotare)

Naftifin

antifungic acțiune (tratamentul dermatitei)

Nabumeton

actiune antiinflamatoare, antipiretica, analgezica(tratamentul osteoartritei, al artritei reumatoide).

Nadolol

(termenul cis, în acest caz, denotă aranjarea reciprocă a grupărilor hidroxil)

hipotensiv(scade tensiunea arterială) și actiune antiaritmica

Morfina, codeina

Întrebări de securitate pentru capitolul „ARENA”

1. Ce proprietăți ale benzenului îl deosebesc de alți compuși nesaturați - alchene, alchine? Ce înseamnă termenul „compus aromatic”?

2. Scrieţi formulele structurale ale compuşilor: a) etilbenzen; b) 1,3-dimetilbenzen ( m -xilen); c) 1,3,5-trimetilbenzen (mesitylen); d) izopropilbenzen (cumen); e) 3-fenilpentan; f) vinilbenzen (stiren); g) fenilacetilenă; h) transă -difeniletilena ( transă -stilben).

3. Descrieți caracteristicile structurale ale compușilor care prezintă aromaticitate. Stabiliți regula lui Hückel. Care dintre următorii compuși sunt aromatici?

4. Comparați raportul dintre ciclohexenă și benzen cu următorii reactivi în condițiile indicate : a) Br 2 (H 2 O.20 C); b) KMnO 4 (H 2 O, 0 C); c) H 2 ASA DE 4 (conc.), 20 C; d) H 2 (Pd, 30 C); inainte de 3 , apoi H 2 O(Zn); e) HBr.

5. Scrieți formulele structurale ale benzenului monosubstituit format în reacțiile benzenului cu următorii reactivi: a) H 2 ASA DE 4 (conc.); b) HNO 3 ; H 2 ASA DE 4 (conc.); c) Br 2 /fe; d) Cl 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlCl 3 . Numiți reacțiile și produsele lor. Indicați cu ce benzen electrofil reacționează în fiecare caz specific.

6. Dați o schemă generală pentru interacțiunea benzenului cu un reactiv electrofil ( E + ). Numiți complexe intermediare. Care pas determină de obicei viteza unei reacții? Dați un grafic al modificării energiei potențiale a reacției luate în considerare.

7. Definiţi următoarele concepte: a) stare de tranziţie; b) racord intermediar; c) -complex; d) -complex. Care dintre ele sunt identice? Ilustrați aceste concepte folosind exemplul de bromurare a benzenului în prezența unui catalizator. feBr 3 .

8. Folosind exemplul reacțiilor etenei și benzenului cu brom, se compară mecanismul de adiție electrofilă în alchene cu mecanismul de substituție electrofilă din seria aromatică. În ce stadiu se observă diferența și de ce?

9. Folosind efecte inductive și mezorice, descrieți interacțiunea substituentului cu inelul benzenic din compușii indicați:

Rețineți substituenții care donează electroni (ED) și care atrag electroni (EA).

10. Scrieţi schemele de mononitrare pentru următorii compuşi: a) fenol; b) acizi benzensulfonici; c) izopropilbenzen; d) clorbenzen. Pentru ce compus ar trebui rata relativă de substituție să fie cea mai mare și de ce?

11. Formarea a ce produse ar trebui să fie de așteptat în timpul monosulfonării compușilor: a) toluen; b) nitrobenzen; c) acid benzoic; d) bromobenzen? Care compus ar trebui sulfonat cel mai ușor? De ce?

12. Aranjați pe rând următorii compuși în funcție de creșterea reactivității atunci când sunt bromurați într-un inel benzenic: a) benzen; b) fenol; c) benzaldehidă; d) etilbenzen. Da explicatii.

13. Numiți următoarele hidrocarburi:

14. Scrieți reacțiile benzenului cu următorii reactivi : a) Cl 2 (Fe); b) 3Cl 2 (ușoară); c) HNO 3 (H 2 ASA DE 4 ); d) Oh 2 (aer) (V 2 O 5 , 450  C); e) 3O 3 , apoi H 2 O(Zn); f) H 2 ASA DE 4 (oleum); g) 3H 2 (Ni, 200 c,p ). Care este particularitatea reacțiilor de adiție în benzen?

15. Scrieți reacțiile toluenului cu reactivii indicați : a) 3H 2 (Ni, 200 C, 9806,7 kPa); b) KMnO 4 în H 2 O; c*) Сl 2 , ușoară; d*) Cl 2 (Fe); e*) CH 3 CI (AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl (AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 ASA DE 4 ). Pentru reacțiile marcate cu un asterisc, indicați mecanismele.

16. Scrieți reacțiile de nitrare a etilbenzenului în condițiile indicate: a) 65% HNO 3 + H 2 ASA DE 4 (conc.); b) 10% HNO 3 , încălzire, presiune. Aduceți mecanisme.

17. Comparați raportul dintre izopropilbenzen și brom: a) în prezența de AlBr 3 ; b) când este iluminat și încălzit. Prezentați reacțiile și mecanismele acestora.

18. Ce compuși se formează din etilbenzen și P -xilen sub actiunea agentilor oxidanti indicati: a) Oh 3 , apoi H 2 O(Zn); b) KMnO 4 în H 2 O,t ; VK 2 Cr 2 O 7 în H 2 ASA DE 4 , t ?

19. Cu ajutorul ce reacții se pot distinge următoarele perechi de compuși: a) etilbenzen și m -xilen; b) etilbenzen şi stiren; c) stiren şi fenilacetilenă; G) despre - și P -xilene?

20. Ce compuși sunt produșii următoarelor reacții:

21. Pe baza de benzen și orice alți reactivi, obțineți următorii compuși: a) P -tert -butiltoluen; b) etil- P - tolil cetonă; c) alilbenzen; G) P - acid bromobenzoic.

22. Numiți principalii compuși formați în următoarele reacții:

Un astfel de compus precum benzenul, doamna Chimie din gospodăria ei a dobândit în cele din urmă și irevocabil abia în 1833. Benzenul este un compus care are un caracter rapid, s-ar putea spune, chiar exploziv. Cum ai aflat?

Poveste

Johann Glauber în 1649 și-a îndreptat atenția către un compus care a fost format cu succes în timp ce chimistul lucra la gudron de cărbune. Dar dorea să rămână incognito.

Aproximativ 170 de ani mai târziu, sau pentru a fi mult mai precis, la mijlocul anilor douăzeci ai secolului al XIX-lea, din întâmplare, din gazul de iluminat a fost extras benzenul, și anume din condensatul eliberat. Omenirea îi datorează astfel de eforturi lui Michael Faraday, un om de știință din Anglia.

Ştafeta pentru achiziţia de benzen a fost interceptată de germanul Eilgard Mitscherlich. Acest lucru s-a întâmplat în timpul procesării sărurilor de calciu anhidru ale acidului benzoic. Poate de aceea compusului i s-a dat un astfel de nume - benzen. Totuși, ca opțiune, omul de știință a numit-o benzină. Tămâie, dacă este tradus din arabă.

Benzenul arde frumos și strălucitor, în legătură cu aceste observații, Auguste Laurent a sfătuit să-l numească „fen” sau „benzen”. Strălucitor, strălucitor - dacă este tradus din greacă.

Pe baza opiniei conceptului despre natura legăturii electronice, calitățile benzenului, omul de știință a furnizat molecula compusului sub forma următoarei imagini. Acesta este un hexagon. În el este înscris un cerc. Cele de mai sus sugerează că benzenul are un nor de electroni integral, care conține în siguranță șase (fără excepție) atomi de carbon ai ciclului. Nu există legături binare fixe.

Benzenul a fost tratat anterior ca solvent. Dar practic, după cum se spune, el nu a fost membru, nu a participat, nu a fost implicat. Dar asta se întâmplă în secolul al XIX-lea. Schimbări semnificative au avut loc în secolul XX. Proprietățile benzenului exprimă cele mai valoroase calități care l-au ajutat să devină mai popular. Cifra octanică, care s-a dovedit a fi mare, a făcut posibilă utilizarea acestuia ca element de combustibil pentru realimentarea mașinilor. Această acțiune a fost impulsul pentru retragerea pe scară largă a benzenului, a cărui extracție este efectuată ca produs secundar al cocsării producției de oțel.

Prin anii patruzeci, în domeniul chimic, benzenul a început să fie consumat la fabricarea unor substanțe care explodează rapid. Secolul al XX-lea s-a încununat cu faptul că industria de rafinare a petrolului producea atât de mult benzen încât a început să furnizeze industria chimică.

Caracterizarea benzenului

Hidrocarburile nesaturate sunt foarte asemănătoare cu benzenul. De exemplu, seria de hidrocarburi a etilenei se caracterizează ca o hidrocarbură nesaturată. Are o reacție de adiție. Benzenul intră de bunăvoie în Toate acestea datorită atomilor care se află în același plan. Și ca fapt - norul de electroni conjugați.

Dacă în formulă există un inel de benzen, atunci putem ajunge la concluzia elementară că acesta este benzen, a cărui formulă structurală arată exact așa.

Proprietăți fizice

Benzenul este un lichid incolor, dar are un miros nefericit. Benzenul se topește când temperatura ajunge la 5,52 grade Celsius. Fierbe la 80,1. Densitatea este de 0,879 g / cm 3, masa molară este de 78,11 g / mol. Când arde, fumează puternic. Formează compuși explozivi la intrarea aerului. rocile (benzină, eter și altele) sunt combinate cu substanța descrisă fără probleme. Un compus azeotrop se creează cu apă. Încălzirea înainte de începerea vaporizării are loc la 69,25 grade (91% benzen). La 25 de grade Celsius, 1,79 g/l pot fi dizolvate în apă.

Proprietăți chimice

Benzenul reacționează cu acidul sulfuric și cu acidul azotic. Și, de asemenea, cu alchene, halogeni, cloroalcani. Reacția de substituție este ceea ce îi este caracteristică. Temperatura presiunii afectează străpungerea inelului benzenic, care are loc în condiții destul de dure.

Putem lua în considerare fiecare ecuație a reacției benzenului mai detaliat.

1. Substituție electrofilă. Bromul, în prezența unui catalizator, interacționează cu clorul. Rezultatul este clorobenzen:

С6H6+3Cl2 → C6H5Cl + HCI

2. Reacția Friedel-Crafts sau alchilarea benzenului. Apariția alchilbenzenilor are loc datorită combinării cu alcanii, care sunt derivați de halogen:

C6H6 + C2H5Br → C6H5C2H5 + HBr

3. Substituţie electrofilă. Iată reacția de nitrare și sulfonare. Ecuația benzenului va arăta astfel:

C6H6 + H2SO4 → C6H5SO3H + H2O

C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O

4. Benzen la ardere:

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O

În anumite condiții, prezintă o caracteristică caracteristică hidrocarburilor saturate. Norul de electroni p, care se află în structura substanței luate în considerare, explică aceste reacții.

Diferite tipuri de benzen depind de o tehnologie specială. De aici provine etichetarea benzenului din petrol. De exemplu, purificare și purificare superioară, pentru sinteză. Aș dori să notez separat omologii benzenului și, mai precis, proprietățile lor chimice. Aceștia sunt alchilbenzeni.

Omologii benzenului sunt mult mai probabil să reacționeze. Dar reacțiile de mai sus ale benzenului, și anume omologii, au loc cu o oarecare diferență.

Halogenarea alchilbenzenilor

Forma ecuației este următoarea:

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

Aspirația bromului în inelul benzenic nu este observată. Intră în lanțul lateral. Dar datorită catalizatorului de sare Al(+3), bromul intră cu îndrăzneală în inel.

Nitrarea alchilbenzenilor

Datorită acizilor sulfuric și azotic, benzenii și alchilbenzenii sunt nitrați. Alchilbenzeni reactivi. Din cele trei prezentate se obțin două produse - aceștia sunt para- și orto-izomeri. Puteți scrie una dintre formulele:

C6H5 - CH3 + 3HNO3 → C6H2CH3 (NO2)3.

Oxidare

Pentru benzen, acest lucru este inacceptabil. Dar alchilbenzenii reacţionează de bunăvoie. De exemplu, acidul benzoic. Formula este mai jos:

C6H5CH3 + [O] → C6H5COOH.

Alchilbenzenul și benzenul, hidrogenarea lor

În prezența unui amplificator, hidrogenul începe să reacționeze cu benzenul, ducând la formarea ciclohexanului, așa cum s-a discutat mai sus. În mod similar, alchilbenzenii sunt ușor transformați în alchilciclohexani. Pentru a obține alchilciclohexan, este necesar să se supună alchilbenzenul dorit la hidrogenare. Practic, este o procedură necesară pentru producerea unui produs pur. Și acestea nu sunt toate reacțiile benzenului și alchilbenzenului.

Producția de benzen. Industrie

Fundamentul unei astfel de producții se bazează pe prelucrarea componentelor: toluen, nafta, gudron, care este eliberat în timpul cracării cărbunelui și altele. Prin urmare, benzenul este produs la întreprinderi petrochimice, metalurgice. Este important să știți cum să obțineți benzen cu diferite grade de purificare, deoarece marca acestei substanțe depinde direct de principiul fabricației și scopului.

Cota leului se face prin reformarea termocatalitică a părții caustobiolit, prin fierbere la 65 de grade, având efectul unui extract, distilare cu dimetilformamidă.

În timpul producției de etilenă și propilenă, se obțin produse lichide, care se formează în timpul descompunerii compușilor anorganici și organici sub influența căldurii. Dintre acestea, benzenul este izolat. Dar, din păcate, nu există atât de mult material sursă pentru această opțiune de producție de benzen. Prin urmare, substanța care ne interesează este produsă prin reformare. Prin această metodă, volumul de benzen este crescut.

Prin dezalchilare la o temperatură de 610-830 de grade cu semn plus, în prezența aburului format în timpul fierberii apei și hidrogenului, din toluen se obține benzen. Există o altă opțiune - catalitic. Când se observă prezența zeoliților sau, alternativ, a catalizatorilor oxidici, supuși unui regim de temperatură de 227-627 grade.

Există o altă modalitate, mai veche, de a dezvolta benzenul. Cu ajutorul absorbției de către absorbanții organici, acesta este izolat de rezultatul final al cocsării cărbunelui. Produsul este abur-gaz și a fost pre-răcit. De exemplu, se folosește petrol, a cărui sursă este petrolul sau cărbunele. Când distilarea este efectuată cu abur, captatorul este separat. Hidrotratarea ajută la eliberarea benzenului brut de excesul de substanțe.

Materii prime de cărbune

În metalurgie, când se folosește cărbunele sau, mai precis, distilarea lui uscată, se obține cocs. În timpul acestei proceduri, alimentarea cu aer este limitată. Nu uitați că cărbunele este încălzit la o temperatură de 1200-1500 Celsius.

Benzenul chimic de cărbune necesită o purificare minuțioasă. Este necesar să scăpați fără greș de metil ciclohexan și de însoțitorul său n-heptan. ar trebui de asemenea eliminate. Benzenul urmează să fie supus unui proces de separare, purificare, care va fi efectuat de mai multe ori.

Metoda descrisă mai sus este cea mai veche, dar după un timp își pierde poziția înaltă.

Fracții de petrol

0,3-1,2% - astfel de indicatori ai compoziției eroului nostru în țiței. Indicatori puțini pentru a investi finanțe și forțe. Cel mai bine este să utilizați o procedură industrială pentru prelucrarea fracțiilor petroliere. Aceasta este reformarea catalitică. În prezența unui amplificator aluminiu-platină-ren, procentul de includere a carbohidraților aromatici crește, iar indicatorul care determină capacitatea combustibilului de a nu se aprinde spontan în timpul compresiei sale crește.

Rășini de piroliză

Dacă produsul nostru petrolier este extras din materii prime nesolide, și anume prin piroliza propilenei și etilenei apărute în fabricație, atunci această abordare va fi cea mai acceptabilă. Pentru a fi precis, benzenul este eliberat din pirocondens. Descompunerea anumitor fracții necesită hidrotratare. Sulful și amestecurile nesaturate sunt îndepărtate în timpul curățării. În rezultatul inițial, s-a notat conținutul de xilen, toluen, benzen. Cu ajutorul unei distilări, care este extractivă, se separă grupa BTX și se obține benzen.

Hidrodealchilarea toluenului

Protagoniștii procesului, un cocktail de flux de hidrogen și toluen, sunt alimentați încălziți în reactor. Toluenul trece prin patul de catalizator. În timpul acestui proces, gruparea metil este separată pentru a forma benzen. Există un anumit mod de purificare aici. Rezultatul este o substanță extrem de pură (pentru nitrare).

Disproporționarea toluenului

Ca urmare a respingerii clasei metil, are loc crearea de benzen, xilenul este oxidat. În acest proces, a fost observată transalchilarea. Acțiunea catalitică se datorează paladiului, platinei și neodimului, care se află pe oxidul de aluminiu.

Toluenul și hidrogenul sunt furnizate în reactor cu un pat stabil de catalizator. Scopul său este de a împiedica depunerea hidrocarburilor pe planul catalizatorului. Fluxul care iese din reactor este răcit, iar hidrogenul este recuperat în siguranță pentru reciclare. Ce a mai rămas este distilat de trei ori. În stadiul inițial, compușii care sunt nearomatici sunt retrași. Benzenul este extras al doilea, iar ultima etapă este extracția xilenilor.

Trimerizarea acetilenei

Datorită muncii chimistului fizician francez Marcelin Berthelot, benzenul a început să fie produs din acetilenă. Dar, în același timp, un cocktail greu a ieșit în evidență față de multe alte elemente. Întrebarea a fost cum să scadă temperatura de reacție. Răspunsul a fost primit abia la sfârșitul anilor patruzeci ai secolului XX. V. Reppe a găsit un catalizator potrivit, s-a dovedit a fi nichel. Trimerizarea este singura modalitate de a obține benzen din acetilenă.

Formarea benzenului are loc cu ajutorul cărbunelui activ. La viteze mari de căldură, acetilena trece peste cărbune. Benzenul este eliberat dacă temperatura este de cel puțin 410 de grade. În același timp, se nasc încă o varietate de hidrocarburi aromatice. Prin urmare, este nevoie de un echipament bun care să fie capabil să purifice acetilena într-o manieră calitativă. Cu o metodă atât de laborioasă precum trimerizarea, se consumă multă acetilenă. Pentru a obține 15 ml de benzen, se iau 20 de litri de acetilenă. Puteți vedea cum arată în reacția nu va dura mult.

3C2H2 → C6H6 (ecuația Zelinsky).

3CH → CH = (t, kat) = C6H6.

Unde se folosește benzenul

Benzenul este o creație destul de populară a chimiei. Mai ales des s-a observat cum a fost folosit benzenul la fabricarea cumenului, ciclohexanului, etilbenzenului. Pentru a crea stiren, etilbenzenul este indispensabil. Materialul de pornire pentru producerea caprolactamei este ciclohexanul. Când se face o rășină termoplastică, se folosește caprolactama. Substanța descrisă este indispensabilă în fabricarea diferitelor vopsele și lacuri.

Cât de periculos este benzenul

Benzenul este o substanță toxică. Manifestarea unei senzații de rău, care este însoțită de greață și amețeli severe, este un semn de otrăvire. Nici măcar moartea nu este exclusă. Sentimentul de încântare de nedescris nu este un clopote mai puțin tulburător în caz de otrăvire cu benzen.

Benzenul lichid provoacă iritații ale pielii. Vaporii de benzen pătrund ușor chiar și prin pielea intactă. Cu cel mai scurt contact cu o substanță într-o doză mică, dar în mod regulat, consecințele neplăcute nu vor întârzia să apară. Aceasta poate fi o leziune a măduvei osoase și leucemie acută de diferite tipuri.

În plus, substanța creează dependență la oameni. Benzenul acționează ca un drog. Fumul de tutun produce un produs asemănător gudronului. Când l-au studiat, au ajuns la concluzia că conținutul acestuia din urmă nu este sigur pentru oameni. Pe lângă prezența nicotinei, s-a constatat și prezența carbohidraților aromatici de tip benzpiren. O caracteristică distinctivă a benzpirenului sunt agenții cancerigeni. Au un efect foarte nociv. De exemplu, ele provoacă cancer.

În ciuda celor de mai sus, benzenul este o materie primă pentru producerea diferitelor medicamente, materiale plastice, cauciuc sintetic și, desigur, coloranți. Aceasta este cea mai comună creație a chimiei și a compusului aromatic.