Vă prezentăm atenției o lecție video pe tema „Proprietățile chimice ale benzenului”. Folosind acest videoclip, vă puteți face o idee despre proprietățile chimice ale benzenului, precum și despre condițiile dure care sunt necesare pentru ca benzenul să reacționeze cu alte substanțe.
Subiect:hidrocarburi aromatice
Lecţie:Proprietățile chimice ale benzenului
Orez. 1. Moleculă de benzen
Ruperea norului de electroni p din molecula de benzen este dificilă. Prin urmare, benzenul intră în reacții chimice mult mai puțin activ decât compușii nesaturați.
Pentru ca benzenul să intre în reacții chimice, sunt necesare condiții destul de dure: o temperatură ridicată și, în multe cazuri, un catalizator. În majoritatea reacțiilor, inelul benzenic stabil este reținut.
1. Bromurare.
Este necesar un catalizator (fier(III) sau bromură de aluminiu) și nici măcar cantități mici de apă nu trebuie lăsate să intre. Rolul catalizatorului este că molecula de brom este atrasă de unul dintre atomii de brom către atomul de fier. Ca rezultat, se polarizează - o pereche de electroni de legătură trece la atomul de brom asociat cu fierul:
Br+…. Br - FeBr 3 .
Br+ este un electrofil puternic. Este atras de norul de șase electroni al inelului benzenic și îl rupe, formând o legătură covalentă cu atomul de carbon:
Anionul brom s-ar putea alătura cationului rezultat. Dar reducerea sistemului aromatic al inelului benzenic este energetic mai favorabilă decât adăugarea anionului brom. Prin urmare, molecula intră într-o stare stabilă prin aruncarea unui ion de hidrogen:
Toate reacțiile de substituție electrofilă din inelul benzenic se desfășoară conform unui mecanism similar.
2. Nitrare
Benzenul și omologii săi reacționează cu un amestec de acizi sulfuric și azotic concentrat (amestec de nitrare). În amestecul de nitrare, în echilibru, există un ion de nitroniu NO 2 +, care este un electrofil:
3. Sulfonare.
Benzenul și alte arene, atunci când sunt încălzite, reacţionează cu acid sulfuric concentrat sau oleum - o soluţie de SO 3 în acid sulfuric:
4 . Alchilare Friedel-Crafts
5. Alchilare cu alchene
Aceste reacții sunt nefavorabile din punct de vedere energetic, prin urmare, ele au loc numai atunci când sunt încălzite sau iradiate.
1. Hidrogenarea.
Când sunt încălzite, la presiune ridicată și în prezența unui catalizator Ni, Pt sau Pd, benzenul și alte arene adaugă hidrogen pentru a forma ciclohexan:
2. Clorarea benzenului.
Sub acțiunea radiațiilor ultraviolete, benzenul adaugă clor. Dacă un balon de sticlă de cuarț cu o soluție de clor în benzen este expus la lumina soarelui, soluția se va decolora rapid, clorul se va combina cu benzenul pentru a forma 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexan, care este cunoscut sub numele de hexacloran(folosit anterior ca insecticid):
3. arderea benzenului.
Spre deosebire de alcani, flacăra benzenului și a altor hidrocarburi aromatice este strălucitoare și fumurie.
Rezumând lecția
În această lecție, ați studiat subiectul „Proprietățile chimice ale benzenului”. Folosind acest material, ați putut să vă faceți o idee despre proprietățile chimice ale benzenului, precum și despre condițiile dure care sunt necesare pentru ca benzenul să reacționeze cu alte substanțe.
Bibliografie
1. Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele Chimiei Generale. Clasa a 10-a: manual pentru instituţiile de învăţământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Chimie. Clasa 10. Nivel de profil: manual. pentru învăţământul general instituții / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin şi alţii - M.: Drofa, 2008. - 463 p.
3. Chimie. Clasa a 11a. Nivel de profil: manual. pentru învăţământul general instituții / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin și alții - M.: Drofa, 2010. - 462 p.
4. Hhomcenko G.P., Hhomcenko I.G. Culegere de probleme de chimie pentru cei care intră în universități. - a 4-a ed. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2012. - 278 p.
Teme pentru acasă
1. Nr. 13, 14 (p. 62) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie: Chimie organică. Clasa a 10-a: manual pentru instituţiile de învăţământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. De ce compușii aromatici diferă ca proprietăți chimice atât față de hidrocarburile saturate, cât și de cele nesaturate?
3. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile de ardere ale etilbenzenului și xilenului.
HC aromatice (arene) sunt hidrocarburi ale căror molecule conțin unul sau mai multe inele benzenice.
Exemple de hidrocarburi aromatice:
Arene de rând cu benzen (arene monociclice)
Formula generala:CnH2n-6, n≥6
Cel mai simplu reprezentant al hidrocarburilor aromatice este benzenul, formula sa empirică este C 6 H 6 .
Structura electronică a moleculei de benzen
Formula generală a arenelor monociclice C n H 2 n -6 arată că acestea sunt compuși nesaturați.
În 1856, chimistul german A.F. Kekule a propus o formulă ciclică pentru benzen cu legături conjugate (legături simple și duble alternative) - ciclohexatrien-1,3,5: 
Această structură a moleculei de benzen nu a explicat multe dintre proprietățile benzenului:
- pentru benzen, reacțiile de substituție sunt caracteristice, și nu reacțiile de adiție caracteristice compușilor nesaturați. Reacțiile de adaos sunt posibile, dar sunt mai dificile decât pentru;
- benzenul nu intră în reacții care sunt reacții calitative la hidrocarburi nesaturate (cu apă cu brom și o soluție de KMnO 4).
Studiile ulterioare de difracție a electronilor au arătat că toate legăturile dintre atomii de carbon dintr-o moleculă de benzen au aceeași lungime de 0,140 nm (valoarea medie dintre lungimea unei legături simple C-C de 0,154 nm și a unei legături duble C=C de 0,134 nm). Unghiul dintre legăturile la fiecare atom de carbon este de 120°. Molecula este un hexagon plat obișnuit.
Teoria modernă pentru a explica structura moleculei C 6 H 6 folosește conceptul de hibridizare a orbitalilor atomici.
Atomii de carbon din benzen sunt într-o stare de hibridizare sp 2. Fiecare atom „C” formează trei legături σ (două cu atomi de carbon și una cu un atom de hidrogen). Toate legăturile σ sunt în același plan:
Fiecare atom de carbon are un electron p, care nu participă la hibridizare. Orbitalii p nehibridați ai atomilor de carbon se află într-un plan perpendicular pe planul legăturilor σ. Fiecare p-nor se suprapune cu doi p-nori învecinați și, ca urmare, se formează un singur sistem π conjugat (rețineți efectul conjugării electronilor p în molecula de 1,3-butadienă, discutat în subiectul „Hidrocarburi diene ”):
Se numește combinația de șase legături σ cu un singur sistem π legătură aromatică.
Se numește un inel de șase atomi de carbon legați printr-o legătură aromatică inel de benzen, sau nucleul benzenic.
În conformitate cu ideile moderne despre structura electronică a benzenului, molecula C 6 H 6 este descrisă după cum urmează:
Proprietățile fizice ale benzenului
Benzenul în condiții normale este un lichid incolor; t o pl = 5,5 o C; t o kip. = 80 aproximativ C; are un miros caracteristic; nemiscibil cu apa, solvent bun, foarte toxic.
Proprietățile chimice ale benzenului
Legătura aromatică determină proprietățile chimice ale benzenului și ale altor hidrocarburi aromatice.
Sistemul de electroni 6π este mai stabil decât legăturile π convenționale cu doi electroni. Prin urmare, reacțiile de adiție sunt mai puțin tipice pentru hidrocarburile aromatice decât pentru hidrocarburile nesaturate. Cele mai tipice pentru arene sunt reacțiile de substituție.
eu. Reacții de substituție
1.Halogenare
2. Nitrare
Reacția se efectuează cu un amestec de și acizi (amestec de nitrare): 
3. Sulfonare
4. Alchilare (înlocuirea atomului "H" cu o grupare alchil) - Reacții Friedel-Crafts, se formează omologi ai benzenului:
În loc de haloalcani, pot fi utilizate alchene (în prezența unui catalizator - AlCl 3 sau acid anorganic):
II. Reacții de adaos
1. Hidrogenarea
2. Adaos de clor
III.Reacții de oxidare
1. Arderea
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O
2. Oxidare incompletă (KMnO 4 sau K 2 Cr 2 O 7 în mediu acid). Inelul benzenic este rezistent la agenții oxidanți. Reacția nu are loc.
Obținerea de benzen
În industrie:
1) prelucrarea petrolului și a cărbunelui;
2) dehidrogenarea ciclohexanului:
3) dehidrociclizarea (aromatizarea) hexanului:
In laborator:
Fuziunea sărurilor acidului benzoic cu:
Izomeria și nomenclatura omologilor benzenului
Orice omolog de benzen are o catenă laterală, de exemplu. radicali alchil atașați la ciclul benzenic. Primul omolog al benzenului este un nucleu benzen legat de un radical metil: 
Toluenul nu are izomeri, deoarece toate pozițiile din inelul benzenic sunt echivalente.
Pentru omologii ulterioare ai benzenului, este posibil un tip de izomerie - izomeria lanțului lateral, care poate fi de două tipuri:
1) izomeria numărului și structurii substituenților;
2) izomeria poziţiei substituenţilor.
Proprietățile fizice ale toluenului
Toluen- un lichid incolor cu miros caracteristic, insolubil în apă, solubil în solvenți organici. Toluenul este mai puțin toxic decât benzenul.
Proprietățile chimice ale toluenului
eu. Reacții de substituție
1. Reacții care implică inelul benzenic
Metilbenzenul intră în toate reacțiile de substituție în care este implicat benzenul și, în același timp, prezintă o reactivitate mai mare, reacțiile decurg cu o viteză mai rapidă.
Radicalul metil conținut în molecula de toluen este un substituent al genului, prin urmare, în urma reacțiilor de substituție în nucleul benzenic, se obțin orto- și para-derivați ai toluenului sau, cu un exces de reactiv, tri-derivați. a formulei generale:
a) halogenare
Cu o clorurare suplimentară, se pot obține diclorometilbenzen și triclorometilbenzen:
II. Reacții de adaos
hidrogenare
III.Reacții de oxidare
1. Arderea
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
2. Oxidare incompletă
Spre deosebire de benzen, omologii săi sunt oxidați de unii agenți oxidanți; în acest caz, catena laterală suferă oxidare, în cazul toluenului, gruparea metil. Agenții de oxidare ușoară, cum ar fi MnO 2, îl oxidează la o grupare aldehidă, agenții de oxidare mai puternici (KMnO 4) provoacă oxidarea ulterioară la un acid: 
Orice omolog al benzenului cu o catenă laterală este oxidat de un agent oxidant puternic, cum ar fi KMnO4, la acid benzoic, de exemplu. există o rupere în lanțul lateral cu oxidarea părții sale scindate la CO2; de exemplu: 
În prezența mai multor lanțuri laterale, fiecare dintre ele este oxidat la o grupare carboxil și, ca rezultat, se formează acizi polibazici, de exemplu:
Obținerea de toluen:
În industrie:
1) prelucrarea petrolului și a cărbunelui;
2) dehidrogenarea metilciclohexanului:
3) dehidrociclizarea heptanului:
In laborator:
1) alchilare Friedel-Crafts;
2) Reacția Wurtz-Fittig(reacția sodiului cu un amestec de halobenzen și haloalcan).
PRTSVSH (F) FGBOU VPO
Departamentul „Securitate la incendiu”
Test
la disciplina „Teoria arderii și exploziilor”
Sarcina numărul 1
Determinați cantitățile teoretice specifice și volumul de aer necesar pentru arderea completă a vaporilor de benzen. Conditiile in care se afla aerul se caracterizeaza prin temperatura Tv si presiunea Pv, iar vaporii de benzen - temperatura Tg si presiunea Pg. Exprimați rezultatele calculului în următoarele unități: ; ;;;
Date inițiale (N - numărul grupului, n - numărul conform listei de elevi:
TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0,2*n= 277,6 K
Pv \u003d?10 3 \u003d 95900 Pa;
Тg=300a(a1) N52aNj(a1) n50,2n= 321,6 K;
Pr \u003d? 10 3 \u003d 79400 Pa.
С6Н6+7.5О2+7.5?3.76N2=6CO2+3pO+7.5?3.76N2+Qp (1),
unde Qp este căldura unei reacții chimice. Din această ecuație, este posibil să se determine coeficienții stoichiometrici ai benzenului și oxigenului molecular: Vg = 1, V0 = 7,5
2. Cantitatea teoretică specifică de aer - numărul de kilomoli de aer care sunt necesari pentru arderea completă a unui kilomol de benzen este calculat prin formula:
unde 4,76 este cantitatea de aer care conține o unitate de oxigen, \u003d este raportul dintre coeficienții stoichiometrici ai oxigenului molecular (Vo) și benzenului (Vg)
Înlocuind în (d) valorile lui Vo și Vg, obținem:
3. Volumul de aer necesar pentru arderea completă a unui kilomol de benzen se determină după cum urmează:
unde este volumul unui kilomol de aer la temperatura Tv și presiunea Pv. Valoarea se calculează folosind formula
unde 22,4 este volumul molar al gazului în condiții normale, Po = 101325 Pa este presiunea normală, To = 273 K este temperatura normală.
Înlocuind Tv, To, Pv, Po în (5), obținem
Volumul de aer teoretic specific se calculează prin formula (4):
4. Volumul de aer necesar pentru arderea completă a unui volum unitar de combustibil gazos se determină după cum urmează:
unde este volumul unui kilomol de combustibil - vapori de benzen la temperatura Tg si presiunea Pg. Dat fiind
și înlocuind (8) și (5) în (7), obținem următoarea expresie pentru volumul de aer teoretic specific:
Calculăm valoarea acestui parametru al procesului de ardere:
Volumul de aer necesar pentru arderea completă a unui kilogram de benzen se determină după cum urmează:
unde - masa molară a combustibilului este masa unui kilomol de benzen, exprimată în kilograme. Masa molară a benzenului este numeric egală cu greutatea sa moleculară se găsește prin formula:
Ac?nc + An?nn, UiAi?ni (11)
unde Ac și An sunt greutățile atomice ale carbonului și hidrogenului, nc și nn sunt numărul de atomi de carbon din molecula de benzen. Înlocuind valorile Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6, obținem:
Găsim volumul teoretic specific al aerului prin înlocuirea valorilor lui n în și în formula (10):
Rezultatul calculului:
Sarcina numărul 2
Determinați cantitatea teoretică specifică, volumul și compoziția produselor de ardere a benzenului, dacă se cunosc coeficientul de exces de aer c, temperatura Tp și presiunea Pp a produselor de ardere, temperatura Tg și presiunea Pg a vaporilor de benzen. Exprimați rezultatele calculului în fracții molare (în procente) și în următoarele unități: ; ;;
Date inițiale:
c=1,5+(a1) N-0,1-N-(a1) n-0,01?n = 0,2;
Rp \u003d? 10 3 \u003d 68400 Pa;
Tp = 1600a(a1) N520aN5(a1) n52an = 1816 K;
Тg=273a(a1) N52aN+(a1) n50,2n = 295,4 K;
Rg \u003d? 10 3 \u003d 111600 Pa;
soluție (N=11, n=2).
1. Scriem ecuația stoechiometrică pentru reacția arderii benzenului în aer:
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)
unde Qp este căldura unei reacții chimice. Din această ecuație, determinăm următorii coeficienți stoichiometrici:
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. Determinați cantitatea estimată de produse de ardere a unui kilomol de combustibil:
Înlocuind în (2) valorile coeficienților stoichiometrici ai produselor de ardere și combustibilului, se obține:
3. Cantitatea teoretică specifică de aer - numărul de kilomoli de aer necesar pentru arderea completă a unui kilomol de combustibil, determinăm folosind formula:
Unde 4,76 este cantitatea de aer care conține o unitate de oxigen,
Raportul coeficienților stoichiometrici ai oxigenului molecular și benzenului.
Înlocuind în (4) valorile V O2 =7,5 și V C6H6 =1 , obținem:
4. Excesul de aer care cade pe 1 Kmol de combustibil este determinat de expresia:
aer de ardere cu abur de benzen
Înlocuind în această expresie valorile
37,7(0,2-1)=30,16(7)
5. Cantitatea totală de produse de ardere pe unitatea de cantitate de substanță combustibilă este determinată de suma:
După înlocuirea valorilor și obținem:
6. Fracțiile molare ale produselor de ardere, exprimate în procente, se determină după cum urmează:
În formulele (9) pentru fracțiile molare de azot și oxigen din produsele de ardere, 0,79 și 0,21 sunt fracțiile molare ale acestor substanțe din aer, al căror exces duce la creșterea proporției de azot și la apariția oxigenului. în produsele de ardere.
7. Pentru a determina volumele specifice și produsele de ardere, este necesar să se calculeze volumul lor molar - volumul unui kilomol de gaz în condițiile în care se află produsele:
unde 22,4 este volumul unui kilomol de gaz în condiții normale, T 0 \u003d 273K - temperatura normală, Po \u003d 101325 Pa - presiune normală.
Înlocuind în (10) valorile, Po, To, obținem:
Volumul de produse care se formează în timpul arderii unui kilogram de combustibil, excluzând excesul de aer, se calculează după cum urmează:
unde - masa molară a combustibilului este masa unui kilomol de benzen, exprimată în kilograme. Masa molară a benzenului se găsește după formula:
unde Ac și An sunt greutățile atomice ale carbonului (12) și hidrogenului (1), n c și n n sunt numerele de atomi de carbon (6) și hidrogen (6) din moleculele de benzen (C 6 H 6).
Înlocuind valorile, și în (12) obținem
Volumul în exces de aer per 1 kilogram de combustibil se determină după cum urmează:
unde este volumul unui kilomol de aer în exces, care face parte din produsele de ardere. Deoarece temperatura și presiunea aerului în exces corespund temperaturii și presiunii produselor de ardere, atunci \u003d \u003d 220,7.
Înlocuind această valoare, precum și în (14), obținem:
Pentru a calcula volumul specific al produselor de ardere completă a combustibilului, presupunem că vaporii de benzen au o temperatură Tg la presiune:
unde este volumul unui kilomol de vapori de benzen la temperatura Tg și presiunea Pg. Volumul molar de combustibil se calculează cu formula:
Înlocuind valoarea obținută și astfel de valori în (17), obținem:
Volumul în exces de aer pe metru cub de vapori de benzen se determină după cum urmează:
Înlocuirea în (20) valori \u003d 30,16 , \u003d și
dă următorul rezultat:
Volumul specific total al produselor de ardere, ținând cont de excesul de aer, este determinat de sumă
Rezultatul calculului:
X CO2 \u003d%; X H2O \u003d 4,4%; X N2 =%; X O2 \u003d 11,7%
Documente similare
Calculul coeficientului de combustibilitate al nitrobenzenului C6H5NO2 și al disulfurei de carbon CS2. Ecuația pentru reacția de ardere a acetatului de propil în aer. Calculul volumului de aer și produse de ardere în timpul arderii gazelor combustibile. Determinarea punctului de aprindere al toluenului după formula lui V. Blinov.
test, adaugat 04.08.2017
Calculul volumului de aer și al produselor de ardere formate în timpul arderii unei substanțe. Ecuația pentru reacția de ardere a etilenglicolului în aer. Arderea unui amestec de gaze combustibile. Calculul temperaturii de ardere adiabatică pentru un amestec stoichiometric. arderea propanolului.
test, adaugat 17.10.2012
Tipul de ardere și principalii săi parametri. Conversia chimică a combustibilului și a oxidantului în produse de ardere. Ecuații de material și echilibru termic al reacției de ardere. Influența coeficientului de aer în exces asupra compoziției produselor de ardere și a temperaturii de ardere.
test, adaugat 17.01.2013
Determinarea volumului de aer necesar pentru arderea completă a unei unități de masă a unei substanțe combustibile. Compoziția produselor de ardere a unei unități de masă a unei substanțe combustibile. Limitele de propagare a flăcării a amestecurilor de gaz, abur, praf-aer. Presiune de descompunere explozivă.
lucrare de termen, adăugată 23.12.2013
Elaborarea măsurilor de prevenire a apariției incendiilor și exploziilor, evaluarea condițiilor de desfășurare și stingere a acestora. Conceptul de burnout rate, metoda definirii sale. Procedura de compilare a ecuației reacției de ardere. Calculul volumului de aer necesar pentru aprindere.
lucrare de termen, adăugată 07.10.2014
Determinarea compoziției produselor de ardere completă a gazului. Calculul temperaturii de ardere adiabatică a unui amestec de gaze la volum constant și presiune constantă. Constantele de reacție cinetică de autoaprindere a gazelor naturale. Limita de aprindere a amestecului de gaze.
lucrare de termen, adăugată 19.02.2014
Caracterizarea metodelor industriale de alchilare a benzenului cu propilenă. Principii de alchilare a benzenului cu olefine în tehnologia chimică. Probleme de proiectare a instalaţiilor tehnologice pentru alchilarea benzenului. Descrierea tehnologiei procesului de producție.
teză, adăugată 15.11.2010
Arderea este un proces puternic de oxidare. Tipuri de ardere: mocnit și ardere cu flacără. Explozia ca caz special de ardere. Proprietățile electrice ale flăcării. Varietate de produse de ardere ca urmare a arderii incomplete a combustibilului. Filtrarea fumului prin apă.
lucrare stiintifica, adaugata 29.07.2009
Determinarea volumului de aer necesar pentru arderea completă a unei cantități date de propan. Calculul modificării entalpiei, entropiei și energiei Gibbs, folosind consecințele legii lui Hess. Determinarea echivalenților de masă molară ai agentului oxidant și agentului reducător.
test, adaugat 02.08.2012
Metode de determinare a consumului de ulei absorbant, concentrația de benzen în uleiul absorbant care părăsește absorbantul. Calculul diametrului și înălțimii absorbantului ambalat. Determinarea suprafeței de încălzire necesare în cubul coloanei și a consumului de abur de încălzire.
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 putere 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, iar pentru arene mecanismul ionic al reacțiilor de substituție este caracteristic.
Primul proprietăți chimice 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 reacţionează 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 proprietăți 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 proprietatea de alchilare a 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 proprietatea de alchilare a benzenului cu alchene.
În acest fel, de exemplu, se poate obţine cumen sau etilbenzen. Catalizator 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 clorinare de proprietate. 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 rețineți 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 proprietate în lista generală halogenare 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 permanganatul de potasiu nu își decolorează soluția. Acest lucru este foarte important de reținut.
Pe de altă parte, omologii benzenului sunt oxidați cu o soluție acidulată 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 ardere de proprietate, 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, ar trebui să existe atâția atomi în stânga câte atomi sunt 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 sunt de două ori mai puține 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.
Arene (hidrocarburi aromatice) – acestea sunt hidrocarburi ciclice nesaturate (nesaturate) ale căror molecule conțin grupări ciclice stabile de atomi (nuclei de benzen) cu un sistem închis de legături conjugate.
Formula generală: C n H 2n–6pentru n ≥ 6.
Proprietățile chimice ale arenelor
Arene- hidrocarburi nesaturate, ale căror molecule conțin trei legături duble și un ciclu. Dar datorită efectului de conjugare, proprietățile arenelor diferă de cele ale altor hidrocarburi nesaturate.
Hidrocarburile aromatice se caracterizează prin reacții:
- aderare,
- substituţie,
- oxidare (pentru omologii benzenului).
Sistemul aromatic al benzenului este rezistent la agenții oxidanți. Cu toate acestea, omologii benzenului sunt oxidați prin acțiunea permanganatului de potasiu și a altor agenți oxidanți.
1. Reacții de adaos
Benzenul adaugă clor în lumină și hidrogen atunci când este încălzit în prezența unui catalizator.
1.1. hidrogenare
Benzenul adaugă hidrogen atunci când este încălzit și sub presiune în prezența catalizatorilor metalici (Ni, Pt etc.).
Hidrogenarea benzenului produce ciclohexan:
Hidrogenarea omologilor dă derivați de cicloalcani. Când toluenul este încălzit cu hidrogen sub presiune și în prezența unui catalizator, se formează metilciclohexan:
1.2. Clorarea arenelor
Adăugarea de clor la benzen continuă prin mecanism radical la temperatură ridicată, sub influența radiațiilor ultraviolete.
Clorarea benzenului în prezența luminii produce 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexan (hexacloran).
Hexacloranul este un pesticid folosit pentru combaterea insectelor dăunătoare. Utilizarea hexacloranului este interzisă în prezent.
Omologii benzenului nu adaugă clor. Dacă omologul benzenului reacţionează cu clorul sau bromul expus la lumină sau la temperaturi ridicate (300°C), atunci are loc o substituție a atomilor de hidrogen pe partea substituent alchil, nu pe ciclul aromatic.
2. Reacții de substituție
2.1. Halogenare
Benzenul și omologii săi intră în reacții de substituție cu halogeni (clor, brom) în prezența catalizatorilor (AlCl3, FeBr3) .
Când interacționează cu clorul pe catalizatorul AlCl 3, se formează clorobenzen:
Hidrocarburile aromatice interacționează cu bromul atunci când sunt încălzite și în prezența unui catalizator - FeBr 3 . Fierul metalic poate fi folosit și ca catalizator.
Bromul reacționează cu fierul pentru a forma bromură de fier (III), care catalizează bromurarea benzenului:
Meta-se formeaza clorotoluen in cantitati mici.
În interacțiunea omologilor benzenului cu halogeni la lumină sau la temperatură ridicată(300 o C), hidrogenul este înlocuit nu în inelul benzenic, ci în radicalul hidrocarburic lateral.
De exemplu, la clorurarea etilbenzenului:
2.2. Nitrare
Benzenul reacţionează cu acidul azotic concentrat în prezenţa acidului sulfuric concentrat (amestec de nitrare).
În acest caz, se formează nitrobenzen:
Toluenul reacţionează cu acidul azotic concentrat în prezenţa acidului sulfuric concentrat.
În produsele de reacție, indicăm fie despre-nitrotoluen:
sau P-nitrotoluen:
Nitrarea toluenului poate continua și cu înlocuirea a trei atomi de hidrogen. În acest caz, se formează 2,4,6-trinitrotoluen (trotil, tol):
2.3. Alchilarea hidrocarburilor aromatice
- Arenele interacționează cu haloalcanii în prezența catalizatorilor (AlCl 3, FeBr 3 etc.) pentru a forma omologi de benzen.
- Hidrocarburile aromatice interacționează cu alchenele în prezența clorurii de aluminiu, a bromurii de fier (III), a acidului fosforic etc.
- Alchilarea cu alcooli are loc în prezența acidului sulfuric concentrat.
2.4. Sulfonarea hidrocarburilor aromatice
Benzenul reacționează atunci când este încălzit cu acid sulfuric concentrat sau cu o soluție de SO 3 în acid sulfuric (oleum) pentru a forma acid benzensulfonic:
3. Oxidarea arenelor
Benzenul este rezistent chiar și la agenții oxidanți puternici. Dar omologii benzenului sunt oxidați sub acțiunea agenților oxidanți puternici. Benzenul și omologii săi ard.
3.1. Oxidare completă - ardere
Arderea benzenului și a omologilor săi produce dioxid de carbon și apă. Reacția de ardere a arenelor este însoțită de eliberarea unei cantități mari de căldură.
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O + Q
Ecuația generală de ardere pentru arene este:
C n H 2n–6 + (3n – 3)/2 O 2 → nCO 2 + (n – 3)H 2 O + Q
Când hidrocarburile aromatice ard în lipsă de oxigen, se poate forma monoxid de carbon CO sau funingine C.
Benzenul și omologii săi ard în aer cu o flacără fumurie. Benzenul și omologii săi formează amestecuri explozive cu aerul și oxigenul.
3.2. Ooxidarea omologilor benzenului
Omologii benzenului sunt ușor oxidați de permanganat și dicromat de potasiu într-un mediu acid sau neutru atunci când sunt încălziți.
În același timp, se întâmplă oxidarea tuturor legăturilor la atomul de carbon adiacent inelului benzenic, cu excepția legăturii acestui atom de carbon la inelul benzenic.
Toluenul se oxidează permanganat de potasiu în acid sulfuric cu educația acid benzoic:
Dacă toluenul este oxidat într-o soluție neutră când este încălzită, apoi se formează sare de acid benzoic - benzoat de potasiu:
Deci toluen decolorează soluția acidificată de permanganat de potasiu când este încălzită.
Radicalii mai lungi sunt oxidați în acid benzoic și acid carboxilic:
Când propilbenzenul este oxidat, se formează acizi benzoic și acetic:
Izopropilbenzenul este oxidat de permanganatul de potasiu într-un mediu acid la acid benzoic și dioxid de carbon:
4. Acțiunea de orientare a substituenților din ciclul benzenic
Dacă în ciclul benzenic există substituenți, nu numai alchil, ci și care conțin alți atomi (hidroxil, grupare amino, grupare nitro etc.), atunci reacțiile de substituție a atomilor de hidrogen din sistemul aromatic decurg într-un mod strict definit, în conform cu natura influența substituentului asupra sistemului π aromatic.
Tipuri de substituenți pe ciclul benzenic
| Substituenți de primul fel | Substituenți de al doilea fel |
| orto- și pereche-poziţie | Înlocuirea ulterioară are loc în principal în meta-poziţie |
| Donator de electroni, crește densitatea de electroni în inelul benzenic | Retragerea de electroni, reduce densitatea de electroni în sistemul conjugat. |
|
|
