Predstavujeme vám video lekciu na tému "Chemické vlastnosti benzénu". Pomocou tohto videa môžete získať predstavu o chemických vlastnostiach benzénu, ako aj o drsných podmienkach, ktoré sú potrebné na to, aby benzén reagoval s inými látkami.

téma:aromatické uhľovodíky

lekcia:Chemické vlastnosti benzénu

Ryža. 1. Molekula benzénu

Rozbiť p-elektrónový oblak v molekule benzénu je ťažké. Preto benzén vstupuje do chemických reakcií oveľa menej aktívne ako nenasýtené zlúčeniny.

Aby benzén vstúpil do chemických reakcií, sú potrebné pomerne drsné podmienky: zvýšená teplota a v mnohých prípadoch katalyzátor. Vo väčšine reakcií je stabilný benzénový kruh zachovaný.

1. Bromácia.

Vyžaduje sa katalyzátor (železo(III) alebo bromid hlinitý) a nesmie sa do neho dostať ani malé množstvo vody. Úlohou katalyzátora je, že molekula brómu je priťahovaná jedným z atómov brómu k atómu železa. V dôsledku toho sa polarizuje - pár väzbových elektrónov prechádza na atóm brómu spojený so železom:

Br+…. Br - FeBr3.

Br+ je silný elektrofil. Je priťahovaný k šesťelektrónovému oblaku benzénového kruhu a rozbíja ho, čím vytvára kovalentnú väzbu s atómom uhlíka:

Brómový anión sa môže pripojiť k výslednému katiónu. Ale redukcia aromatického systému benzénového kruhu je energeticky výhodnejšia ako pridanie brómového aniónu. Preto molekula prechádza do stabilného stavu vyhodením vodíkového iónu:

Všetky elektrofilné substitučné reakcie v benzénovom kruhu prebiehajú podľa podobného mechanizmu.

2. Nitrácia

Benzén a jeho homológy reagujú so zmesou koncentrovaných kyselín sírovej a dusičnej (nitračná zmes). V nitračnej zmesi je v rovnováhe nitróniový ión NO 2 +, čo je elektrofil:

3. Sulfonácia.

Benzén a iné arény pri zahrievaní reagujú s koncentrovanou kyselinou sírovou alebo oleom - roztok SO 3 v kyseline sírovej:

4 . Friedel-Craftsova alkylácia

5. Alkylácia alkénmi

Tieto reakcie sú energeticky nepriaznivé, preto prebiehajú len pri zahrievaní alebo ožiarení.

1. Hydrogenácia.

Pri zahrievaní, pri zvýšenom tlaku a v prítomnosti katalyzátora Ni, Pt alebo Pd, benzén a iné arény pridávajú vodík za vzniku cyklohexánu:

2. Chlorácia benzénu.

Pod pôsobením ultrafialového žiarenia pridáva benzén chlór. Ak je banka z kremenného skla s roztokom chlóru v benzéne vystavená slnečnému žiareniu, roztok sa rýchlo zafarbí, chlór sa spojí s benzénom za vzniku 1,2,3,4,5,6-hexachlórcyklohexánu, ktorý je známy ako hexachlóran(predtým používané ako insekticíd):

3. horiaci benzén.

Na rozdiel od alkánov je plameň benzénu a iných aromatických uhľovodíkov jasný a dymový.

Zhrnutie lekcie

V tejto lekcii ste študovali tému „Chemické vlastnosti benzénu“. Použitím tohto materiálu ste mohli získať predstavu o chemických vlastnostiach benzénu, ako aj o drsných podmienkach, ktoré sú potrebné na to, aby benzén reagoval s inými látkami.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecnej chémie. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.

2. Chémia. 10. ročník Úroveň profilu: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2008. - 463 s.

3. Chémia. 11. ročník Úroveň profilu: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbierka úloh z chémie pre tých, ktorí vstupujú na univerzity. - 4. vyd. - M.: RIA "Nová vlna": Vydavateľstvo Umerenkov, 2012. - 278 s.

Domáca úloha

1. č. 13, 14 (s. 62) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chémia: Organická chémia. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.

2. Prečo sa aromatické zlúčeniny líšia chemickými vlastnosťami od nasýtených aj nenasýtených uhľovodíkov?

3. Napíšte rovnice pre spaľovacie reakcie etylbenzénu a xylénu.

Aromatické HC (arény) sú uhľovodíky, ktorých molekuly obsahujú jeden alebo viac benzénových kruhov.

Príklady aromatických uhľovodíkov:

Benzénové arény (monocyklické arény)

Všeobecný vzorec:CnH2n-6, n>6

Najjednoduchším predstaviteľom aromatických uhľovodíkov je benzén, jeho empirický vzorec je C 6 H 6 .

Elektrónová štruktúra molekuly benzénu

Všeobecný vzorec CnH2n-6 monocyklických arénov ukazuje, že ide o nenasýtené zlúčeniny.

V roku 1856 nemecký chemik A.F. Kekule navrhol cyklický vzorec pre benzén s konjugovanými väzbami (striedajú sa jednoduché a dvojité väzby) - cyklohexatrién-1,3,5:

Táto štruktúra molekuly benzénu nevysvetľuje mnohé vlastnosti benzénu:

• pre benzén sú charakteristické substitučné reakcie a nie adičné reakcie charakteristické pre nenasýtené zlúčeniny. Adičné reakcie sú možné, ale sú ťažšie ako pre;
• benzén nevstupuje do reakcií, ktoré sú kvalitatívnymi reakciami na nenasýtené uhľovodíky (s brómovou vodou a roztokom KMnO 4).

Neskoršie štúdie elektrónovej difrakcie ukázali, že všetky väzby medzi atómami uhlíka v molekule benzénu majú rovnakú dĺžku 0,140 nm (priemerná hodnota medzi dĺžkou jednoduchej väzby C-C 0,154 nm a dvojitej väzby C=C 0,134 nm). Uhol medzi väzbami na každom atóme uhlíka je 120°. Molekula je pravidelný plochý šesťuholník.

Moderná teória na vysvetlenie štruktúry molekuly C 6 H 6 využíva koncept hybridizácie atómových orbitálov.

Atómy uhlíka v benzéne sú v stave sp2 hybridizácie. Každý atóm "C" tvorí tri σ-väzby (dve s atómami uhlíka a jedna s atómom vodíka). Všetky σ-väzby sú v rovnakej rovine:

Každý atóm uhlíka má jeden p-elektrón, ktorý sa nezúčastňuje hybridizácie. Nehybridizované p-orbitály atómov uhlíka sú v rovine kolmej na rovinu σ-väzieb. Každý p-oblak sa prekrýva s dvoma susednými p-oblakmi a výsledkom je vytvorenie jediného konjugovaného π-systému (pamätajte na efekt konjugácie p-elektrónov v molekule 1,3-butadiénu, diskutovaný v téme „Diénové uhľovodíky “):

Kombinácia šiestich σ-väzieb s jedným π-systémom sa nazýva aromatická väzba.

Kruh so šiestimi atómami uhlíka spojený aromatickou väzbou sa nazýva benzénový kruh, alebo benzénové jadro.

V súlade s modernými predstavami o elektrónovej štruktúre benzénu je molekula C6H6 znázornená nasledovne:

Fyzikálne vlastnosti benzénu

Benzén je za normálnych podmienok bezfarebná kvapalina; topl = 5,5 °C; t o kip. = 80 °C; má charakteristický zápach; nemiešateľný s vodou, dobré rozpúšťadlo, vysoko toxický.

Chemické vlastnosti benzénu

Aromatická väzba určuje chemické vlastnosti benzénu a iných aromatických uhľovodíkov.

6π-elektrónový systém je stabilnejší ako bežné dvojelektrónové π-väzby. Preto sú adičné reakcie pre aromatické uhľovodíky menej typické ako pre nenasýtené uhľovodíky. Najtypickejšie pre arény sú substitučné reakcie.

ja. Substitučné reakcie

1. Halogenácia

2. Nitrácia

Reakcia sa uskutočňuje so zmesou a kyselín (nitračná zmes):

3. Sulfonácia

4. Alkylácia (náhrada atómu "H" alkylovou skupinou) - Friedel-Craftsove reakcie vznikajú homológy benzénu:

Namiesto halogénalkánov možno použiť alkény (v prítomnosti katalyzátora - AlCl 3 alebo anorganickej kyseliny):

II. Adičné reakcie

1. Hydrogenácia

2. Pridávanie chlóru

III.Oxidačné reakcie

1. Spaľovanie

2C6H6 + 1502 → 12CO2 + 6H20

2. Neúplná oxidácia (KMnO 4 alebo K 2 Cr 2 O 7 v kyslom prostredí). Benzénový kruh je odolný voči oxidačným činidlám. Reakcia nenastáva.

Získanie benzénu

V priemysle:

1) spracovanie ropy a uhlia;

2) dehydrogenácia cyklohexánu:

3) dehydrocyklizácia (aromatizácia) hexánu:

V laboratóriu:

Fúzia solí kyseliny benzoovej s:

Izoméria a nomenklatúra benzénových homológov

Akýkoľvek homológ benzénu má bočný reťazec, t.j. alkylové radikály pripojené k benzénovému kruhu. Prvým homológom benzénu je benzénové jadro spojené s metylovým radikálom:

Toluén nemá žiadne izoméry, pretože všetky polohy v benzénovom kruhu sú ekvivalentné.

Pre následné homológy benzénu je možný jeden typ izomérie - izoméria bočného reťazca, ktorá môže byť dvoch typov:

1) izoméria počtu a štruktúry substituentov;

2) izoméria polohy substituentov.

Fyzikálne vlastnosti toluénu

toluén- bezfarebná kvapalina charakteristického zápachu, nerozpustná vo vode, rozpustná v organických rozpúšťadlách. Toluén je menej toxický ako benzén.

Chemické vlastnosti toluénu

ja. Substitučné reakcie

1. Reakcie zahŕňajúce benzénový kruh

Metylbenzén vstupuje do všetkých substitučných reakcií, ktorých sa benzén zúčastňuje, a zároveň vykazuje vyššiu reaktivitu, reakcie prebiehajú rýchlejšie.

Metylový radikál obsiahnutý v molekule toluénu je substituentom rodu, preto sa v dôsledku substitučných reakcií v benzénovom jadre získajú orto- a para-deriváty toluénu alebo s nadbytkom činidla trideriváty všeobecného vzorca:

a) halogenácia

Ďalšou chloráciou možno získať dichlórmetylbenzén a trichlórmetylbenzén:

II. Adičné reakcie

hydrogenácia

III.Oxidačné reakcie

1. Spaľovanie
C6H5CH3 + 902 → 7CO2 + 4H20

2. Neúplná oxidácia

Na rozdiel od benzénu sú jeho homológy oxidované niektorými oxidačnými činidlami; v tomto prípade podlieha oxidácii bočný reťazec, v prípade toluénu metylová skupina. Mierne oxidačné činidlá ako MnO 2 ho oxidujú na aldehydovú skupinu, silnejšie oxidačné činidlá (KMnO 4) spôsobujú ďalšiu oxidáciu na kyselinu:

Akýkoľvek homológ benzénu s jedným bočným reťazcom sa oxiduje silným oxidačným činidlom ako je KMnO4 na kyselinu benzoovú, t.j. dochádza k prerušeniu bočného reťazca s oxidáciou jeho odštiepenej časti na CO 2; napríklad:

V prítomnosti niekoľkých bočných reťazcov sa každý z nich oxiduje na karboxylovú skupinu a v dôsledku toho sa tvoria viacsýtne kyseliny, napríklad:

Získanie toluénu:

V priemysle:

1) spracovanie ropy a uhlia;

2) dehydrogenácia metylcyklohexánu:

3) dehydrocyklizácia heptánu:

V laboratóriu:

1) Friedel-Craftsova alkylácia;

2) Wurtz-Fittigova reakcia(reakcia sodíka so zmesou halogénbenzénu a halogénalkánu).

PRTSVSH (F) FGBOU VPO

Katedra "Požiarnej bezpečnosti"

Test

v disciplíne "Teória horenia a výbuchov"

Úloha číslo 1

Určte konkrétne teoretické množstvá a objem vzduchu potrebného na úplné spálenie benzénových pár. Podmienky, v ktorých sa vzduch nachádza, charakterizuje teplota Tv a tlak Pv a benzénové pary - teplota Tg a tlak Pg. Výsledky výpočtu vyjadrite v nasledujúcich jednotkách: ; ;;;

Vstupné údaje (N - číslo skupiny, n - počet podľa zoznamu študentov:

TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0,2*n= 277,6 K

Pv \u003d? 10 3 \u003d 95900 Pa;

Тg = 300 ?

Pr \u003d? 10 3 \u003d 79400 Pa.

С6Н6+7,5О2+7,5?3,76N2=6CO2+3pO+7,5?3,76N2+Qp (1),

kde Qp je teplo chemickej reakcie. Z tejto rovnice je možné určiť stechiometrické koeficienty benzénu a molekulového kyslíka: Vg = 1, V0 = 7,5

2. Špecifické teoretické množstvo vzduchu - počet kilomólov vzduchu, ktoré sú potrebné na úplné spálenie jedného kilomolu benzénu, sa vypočíta podľa vzorca:

kde 4,76 je množstvo vzduchu, ktoré obsahuje jednotku kyslíka, \u003d je pomer stechiometrických koeficientov molekulárneho kyslíka (Vo) a benzénu (Vg)

Nahradením hodnôt Vo a Vg v (d) získame:

3. Objem vzduchu potrebný na úplné spálenie jedného kilomolu benzénu sa stanoví takto:

kde je objem jedného kilomolu vzduchu pri teplote Tv a tlaku Pv. Hodnota sa vypočíta pomocou vzorca

kde 22,4 je molárny objem plynu za normálnych podmienok, Po = 101325 Pa je normálny tlak, To = 273 K je normálna teplota.

Nahradením Tv, To, Pv, Po v (5) získame

Špecifický teoretický objem vzduchu sa vypočíta podľa vzorca (4):

4. Objem vzduchu potrebný na úplné spálenie jednotkového objemu plynného paliva sa určuje takto:

kde je objem jedného kilomolu paliva - benzénových pár pri teplote Tg a tlaku Pg. Vzhľadom na to

a dosadením (8) a (5) do (7) získame nasledujúci výraz pre špecifický teoretický objem vzduchu:

Hodnotu tohto parametra spaľovacieho procesu vypočítame:

Objem vzduchu potrebný na úplné spálenie jedného kilogramu benzénu sa stanoví takto:

kde - molárna hmotnosť paliva je hmotnosť jedného kilomolu benzénu, vyjadrená v kilogramoch. Molárna hmotnosť benzénu sa číselne rovná jeho molekulovej hmotnosti, ktorá sa vypočíta podľa vzorca:

Ac?nc + An?nn, UiAi?ni (11)

kde Ac a An sú atómové hmotnosti uhlíka a vodíka, nc a nn sú počty atómov uhlíka v molekule benzénu. Nahradením hodnôt Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6 dostaneme:

Špecifický teoretický objem vzduchu nájdeme dosadením hodnôt n do vzorca (10):

Výsledok výpočtu:

Úloha číslo 2

Určte konkrétne teoretické množstvo, objem a zloženie splodín horenia benzénu, ak je známy súčiniteľ prebytku vzduchu c, teplota Tp a tlak Pp splodín horenia, teplota Tg a tlak Pg pár benzénu. Výsledky výpočtu vyjadrite v mólových zlomkoch (v percentách) a v nasledujúcich jednotkách: ; ;;

Počiatočné údaje:

c = 1,5 + (a1) N=0,1 - N2 (al) n=0,01 - n = 0,2;

Rp \u003d? 10 3 \u003d 68400 Pa;

Tp = 1600° (a1) N=20~N~(al) n~2~n = 1816 K;

Тg=273a(a1) N=2~N+(al) n~0,2~n = 295,4 K;

Rg \u003d? 10 3 \u003d 111600 Pa;

roztoku (N = 11, n = 2).

1. Napíšeme stechiometrickú rovnicu reakcie spaľovania benzénu na vzduchu:

C6H6 + 7,502 + 7,5 - 3,76 N2 \u003d 6C02 + 3H20 + 7,5 - 3,76 N2 + Qp, (1)

kde Qp je teplo chemickej reakcie. Z tejto rovnice určíme nasledujúce stechiometrické koeficienty:

V CO2 \u003d 6, V pO \u003d 3, V C6H6 \u003d 1, V O2 \u003d 7,5, V N2 \u003d \u003d 7,5? 3,76

2. Určte odhadované množstvo produktov spaľovania jedného kilomolu paliva:

Nahradením hodnôt stechiometrických koeficientov produktov spaľovania a paliva do (2) získame:

3. Špecifické teoretické množstvo vzduchu - počet kilomólov vzduchu potrebného na úplné spálenie jedného kilomolu paliva určíme pomocou vzorca:

Kde 4,76 je množstvo vzduchu, ktoré obsahuje jednotku kyslíka,

Pomer stechiometrických koeficientov molekulárneho kyslíka a benzénu.

Dosadením do (4) hodnôt V O2 = 7,5 a V C6H6 = 1 dostaneme:

4. Prebytočné množstvo vzduchu, ktoré pripadá na 1 Kmol paliva, je určené výrazom:

benzénová para spaľovací vzduch

Nahradením hodnôt v tomto výraze

37,7(0,2-1)=30,16(7)

5. Celkové množstvo splodín horenia na jednotku množstva palivovej látky sa určí súčtom:

Po dosadení hodnôt dostaneme:

6. Molové podiely produktov spaľovania vyjadrené v percentách sa stanovujú takto:

Vo vzorcoch (9) pre molárne frakcie dusíka a kyslíka v produktoch spaľovania sú 0,79 a 0,21 molárne frakcie týchto látok vo vzduchu, ktorých prebytok vedie k zvýšeniu podielu dusíka a objaveniu sa kyslíka. v produktoch spaľovania.

7. Na určenie konkrétnych objemov a produktov spaľovania je potrebné vypočítať ich molárny objem - objem jedného kilomolu plynu za podmienok, v ktorých sa produkty nachádzajú:

kde 22,4 je objem jedného kilomolu plynu za normálnych podmienok, T0 \u003d 273K - normálna teplota, Po \u003d 101325 Pa - normálny tlak.

Nahradením hodnôt Po, To do (10) dostaneme:

Objem produktov, ktoré vznikajú pri spaľovaní jedného kilogramu paliva, s výnimkou prebytočného vzduchu, sa vypočíta takto:

kde - molárna hmotnosť paliva je hmotnosť jedného kilomolu benzénu, vyjadrená v kilogramoch. Molárna hmotnosť benzénu sa vypočíta podľa vzorca:

kde Ac a An sú atómové hmotnosti uhlíka (12) a vodíka (1), n ​​​​a n n sú počty atómov uhlíka (6) a vodíka (6) v molekulách benzénu (C6H6).

Dosadením hodnôt a v (12) dostaneme

Prebytočný objem vzduchu na 1 kilogram paliva sa určuje takto:

kde je objem jedného kilomolu prebytočného vzduchu, ktorý je súčasťou produktov spaľovania. Pretože teplota a tlak prebytočného vzduchu zodpovedajú teplote a tlaku produktov spaľovania, potom \u003d \u003d 220,7.

Nahradením tejto hodnoty, ako aj v (14), dostaneme:

Na výpočet špecifického objemu produktov úplného spaľovania paliva predpokladáme, že benzénové pary majú teplotu Tg pri tlaku:

kde je objem jedného kilomolu benzénových pár pri teplote Tg a tlaku Pg. Molárny objem paliva sa vypočíta podľa vzorca:

Nahradením získanej hodnoty a takýchto hodnôt v (17) získame:

Prebytočný objem vzduchu na meter kubický benzénových pár sa stanoví takto:

Náhrada v (20) hodnotách \u003d 30,16 , \u003d a

dáva nasledujúci výsledok:

Celkový špecifický objem produktov spaľovania, berúc do úvahy prebytočný vzduch, je určený súčtom

Výsledok výpočtu:

X CO2 \u003d%; X H20 \u003d 4,4 %; XN2 = %; X O2 \u003d 11,7 %

Podobné dokumenty

Výpočet koeficientu horľavosti nitrobenzénu C6H5NO2 a sírouhlíka CS2. Rovnica pre spaľovaciu reakciu propylacetátu vo vzduchu. Výpočet objemu vzduchu a produktov spaľovania pri spaľovaní horľavého plynu. Stanovenie bodu vzplanutia toluénu podľa vzorca V. Blinova.

test, pridané 04.08.2017


Výpočet objemu vzduchu a produktov spaľovania vznikajúcich pri spaľovaní látky. Rovnica pre spaľovaciu reakciu etylénglykolu vo vzduchu. Spaľovanie zmesi horľavých plynov. Výpočet teploty adiabatického spaľovania pre stechiometrickú zmes. spaľovanie propanolu.

test, pridaný 17.10.2012


Typ spaľovania a jeho hlavné parametre. Chemická premena paliva a oxidantu na produkty spaľovania. Rovnice materiálovej a tepelnej bilancie spaľovacej reakcie. Vplyv súčiniteľa prebytočného vzduchu na zloženie splodín horenia a teplotu spaľovania.

test, pridaný 17.01.2013


Stanovenie objemu vzduchu potrebného na úplné spálenie jednotkovej hmotnosti horľavej látky. Zloženie produktov spaľovania jednotkovej hmotnosti horľavej látky. Hranice šírenia plameňa plynu, pary, zmesí prachu a vzduchu. Tlak výbušného rozkladu.

ročníková práca, pridaná 23.12.2013


Vypracovanie opatrení na predchádzanie vzniku požiarov a výbuchov, posúdenie podmienok na ich vznik a potlačenie. Pojem miera vyhorenia, spôsob jeho definície. Postup zostavenia rovnice spaľovacej reakcie. Výpočet objemu vzduchu potrebného na zapálenie.

ročníková práca, pridaná 7.10.2014


Stanovenie zloženia produktov úplného spaľovania plynu. Výpočet teploty adiabatického spaľovania zmesi plynov pri konštantnom objeme a konštantnom tlaku. Kinetické reakčné konštanty samovznietenia zemného plynu. Hranica vznietenia zmesi plynov.

ročníková práca, pridaná 19.02.2014


Charakterizácia priemyselných metód alkylácie benzénu propylénom. Princípy alkylácie benzénu olefínmi v chemickej technológii. Problémy projektovania technologických zariadení na alkyláciu benzénu. Popis technológie výrobného procesu.

práca, pridané 15.11.2010


Spaľovanie je silný oxidačný proces. Druhy spaľovania: tlenie a horenie plameňom. Výbuch ako špeciálny prípad horenia. Elektrické vlastnosti plameňa. Rozmanitosť produktov spaľovania v dôsledku nedokonalého spaľovania paliva. Filtrácia dymu cez vodu.

vedecká práca, doplnené 29.07.2009


Stanovenie objemu vzduchu potrebného na úplné spálenie daného množstva propánu. Výpočet zmeny entalpie, entropie a Gibbsovej energie s využitím dôsledkov Hessovho zákona. Stanovenie ekvivalentov molárnej hmotnosti oxidačného činidla a redukčného činidla.

test, pridané 2.8.2012


Metódy stanovenia spotreby absorpčného oleja, koncentrácie benzénu v absorpčnom oleji opúšťajúcom absorbér. Výpočet priemeru a výšky naplneného absorbéra. Stanovenie potrebnej vykurovacej plochy v kocke kolóny a spotreby vykurovacej pary.

Prvou skupinou reakcií sú substitučné reakcie. Povedali sme, že arény nemajú viacnásobné väzby v molekulárnej štruktúre, ale obsahujú konjugovaný systém šiestich elektrónov, ktorý je veľmi stabilný a dáva dodatočnú silu benzénovému kruhu. Preto pri chemických reakciách dochádza predovšetkým k substitúcii atómov vodíka, a nie k deštrukcii benzénového kruhu.

So substitučnými reakciami sme sa už stretli, keď hovoríme o alkánoch, ale u nich tieto reakcie prebiehali podľa radikálneho mechanizmu a pre arény je charakteristický iónový mechanizmus substitučných reakcií.

najprv halogenácia chemických vlastností. Substitúcia atómu vodíka za atóm halogénu chlór alebo bróm.

Reakcia prebieha pri zahrievaní a vždy za účasti katalyzátora. V prípade chlóru to môže byť chlorid hlinitý alebo chlorid železa tri. Katalyzátor polarizuje molekulu halogénu, čo vedie k rozpadu heterolytických väzieb a získaniu iónov.

Kladne nabitý chloridový ión reaguje s benzénom.

Ak k reakcii dôjde s brómom, potom ako katalyzátor pôsobí bromid železitý alebo bromid hlinitý.

Je dôležité poznamenať, že reakcia prebieha s molekulárnym brómom a nie s brómovou vodou. Benzén nereaguje s brómovou vodou.

Halogenácia benzénových homológov má svoje vlastné charakteristiky. V molekule toluénu metylová skupina uľahčuje substitúciu v kruhu, zvyšuje sa reaktivita a reakcia prebieha za miernejších podmienok, teda už pri teplote miestnosti.

Je dôležité poznamenať, že k substitúcii vždy dochádza v polohe orto a para, takže sa získa zmes izomérov.

Po druhé vlastnosti nitrácia benzénu, zavedenie nitroskupiny do benzénového kruhu.

Vytvára sa ťažká žltkastá kvapalina s vôňou horkých mandlí, nitrobenzén, takže reakcia môže byť kvalitatívna pre benzén. Na nitráciu sa používa nitračná zmes koncentrovanej kyseliny dusičnej a sírovej. Reakcia sa uskutočňuje zahrievaním.

Pripomínam, že na nitráciu alkánov v Konovalovovej reakcii bola použitá zriedená kyselina dusičná bez pridania kyseliny sírovej.

Pri nitrácii toluénu, ako aj pri halogenácii, vzniká zmes orto- a para-izomérov.

Po tretie vlastnosť alkylácia benzénu halogénalkánmi.

Táto reakcia umožňuje zavedenie uhľovodíkového radikálu do benzénového kruhu a možno ju považovať za metódu na získanie benzénových homológov. Ako katalyzátor sa používa chlorid hlinitý, ktorý podporuje rozklad molekuly halogénalkánu na ióny. Potrebuje aj vykurovanie.

Po štvrté vlastnosť alkylácia benzénu s alkénmi.

Týmto spôsobom je možné získať napríklad kumén alebo etylbenzén. Katalyzátor chlorid hlinitý.

2. Adičné reakcie na benzén

Druhou skupinou reakcií sú adičné reakcie. Povedali sme, že tieto reakcie nie sú charakteristické, ale sú možné za dosť drsných podmienok s deštrukciou pí-elektrónového oblaku a vytvorením šiestich sigma väzieb.

Po piate vlastnosť vo všeobecnom zozname hydrogenácia, pridanie vodíka.

Teplota, tlak, katalyzátor nikel alebo platina. Toluén je schopný reagovať rovnakým spôsobom.

šiesty chlórovanie majetku. Upozorňujeme, že hovoríme konkrétne o interakcii s chlórom, pretože bróm do tejto reakcie nevstupuje.

Reakcia prebieha pod silným ultrafialovým žiarením. Vznikne hexachlórcyklohexán, iný názov pre hexachlóran, pevná látka.

Je dôležité si uvedomiť, že pre benzén nemožné adičné reakcie halogenovodíkov (hydrohalogenácia) a adícia vody (hydratácia).

3. Substitúcia v bočnom reťazci benzénových homológov

Tretia skupina reakcií sa týka iba homológov benzénu – ide o substitúciu v postrannom reťazci.

siedmy vlastnosť vo všeobecnom zozname halogenácia na alfa atóme uhlíka v bočnom reťazci.

Reakcia nastáva pri zahriatí alebo ožiarení a vždy len na alfa uhlíku. Ako halogenácia pokračuje, druhý atóm halogénu sa vráti do polohy alfa.

4. Oxidácia homológov benzénu

Štvrtou skupinou reakcií je oxidácia.

Benzínový kruh je príliš silný, takže benzénový neoxiduje manganistan draselný neodfarbuje jeho roztok. Toto je veľmi dôležité mať na pamäti.

Na druhej strane benzénové homológy sa pri zahrievaní oxidujú okysleným roztokom manganistanu draselného. A toto je ôsma chemická vlastnosť.

Ukazuje sa kyselina benzoová. Pozoruje sa odfarbenie roztoku. V tomto prípade, bez ohľadu na to, aký dlhý je uhlíkový reťazec substituenta, sa vždy po prvom atóme uhlíka pretrhne a alfa atóm sa oxiduje na karboxylovú skupinu za vzniku kyseliny benzoovej. Zvyšok molekuly sa oxiduje na zodpovedajúcu kyselinu alebo, ak je to len jeden atóm uhlíka, na oxid uhličitý.

Ak má homológ benzénu na aromatickom kruhu viac ako jeden uhľovodíkový substituent, potom oxidácia prebieha podľa rovnakých pravidiel - uhlík v polohe alfa sa oxiduje.

V tomto príklade sa získa dvojsýtna aromatická kyselina, ktorá sa nazýva kyselina ftalová.

Osobitným spôsobom si všímam oxidáciu kuménu, izopropylbenzénu, vzdušným kyslíkom v prítomnosti kyseliny sírovej.

Ide o takzvanú kuménovú metódu výroby fenolu. Spravidla sa s touto reakciou musíme vysporiadať v záležitostiach týkajúcich sa výroby fenolu. Toto je priemyselný spôsob.

deviaty spaľovanie majetku, úplná oxidácia kyslíkom. Benzén a jeho homológy horia na oxid uhličitý a vodu.

Napíšme rovnicu pre spaľovanie benzénu vo všeobecnom tvare.

Podľa zákona o zachovaní hmotnosti by malo byť toľko atómov vľavo, koľko je atómov vpravo. Pretože pri chemických reakciách atómy nikam nejdú, ale poradie väzieb medzi nimi sa jednoducho mení. Takže molekúl oxidu uhličitého bude toľko, koľko je atómov uhlíka v molekule arénu, pretože molekula obsahuje jeden atóm uhlíka. To je n molekúl CO 2 . Molekúl vody bude o polovicu menej ako atómov vodíka, teda (2n-6) / 2, čo znamená n-3.

Na ľavej a pravej strane je rovnaký počet atómov kyslíka. Vpravo sú 2n z oxidu uhličitého, pretože v každej molekule sú dva atómy kyslíka plus n-3 z vody, spolu 3n-3. Vľavo je rovnaký počet atómov kyslíka 3n-3, čo znamená, že molekúl je dvakrát menej, pretože molekula obsahuje dva atómy. To znamená (3n-3)/2 molekuly kyslíka.

Zostavili sme teda rovnicu pre spaľovanie benzénových homológov vo všeobecnej forme.

Arény (aromatické uhľovodíky) – ide o nenasýtené (nenasýtené) cyklické uhľovodíky, ktorých molekuly obsahujú stabilné cyklické skupiny atómov (benzénové jadrá) s uzavretým systémom konjugovaných väzieb.

Všeobecný vzorec: C n H 2n–6pre n ≥ 6.

Chemické vlastnosti arénov

Arenas- nenasýtené uhľovodíky, ktorých molekuly obsahujú tri dvojité väzby a cyklus. Ale kvôli konjugačnému efektu sa vlastnosti arénov líšia od vlastností iných nenasýtených uhľovodíkov.

Aromatické uhľovodíky sú charakterizované reakciami:

• pristúpenie,
• náhrada,
• oxidácia (pre benzénové homológy).

Aromatický systém benzénu je odolný voči oxidačným činidlám. Benzénové homológy sa však oxidujú pôsobením manganistanu draselného a iných oxidačných činidiel.

1. Adičné reakcie

Benzén pridáva do svetla chlór a vodík pri zahrievaní v prítomnosti katalyzátora.

1.1. hydrogenácia

Benzén pridáva vodík pri zahrievaní a pod tlakom v prítomnosti kovových katalyzátorov (Ni, Pt atď.).

Hydrogenáciou benzénu vzniká cyklohexán:

Hydrogenáciou homológov sa získajú cykloalkánové deriváty. Keď sa toluén zahrieva s vodíkom pod tlakom a v prítomnosti katalyzátora, vzniká metylcyklohexán:

1.2. Chlórovanie arén

Pokračuje pridávanie chlóru do benzénu radikálovým mechanizmom pri vysokej teplote, pod vplyvom ultrafialového žiarenia.

Chlorácia benzénu v prítomnosti svetla produkuje 1,2,3,4,5,6-hexachlórcyklohexán (hexachlóran).

Hexachloran je pesticíd používaný na kontrolu škodlivého hmyzu. Používanie hexachlóránu je v súčasnosti zakázané.

Benzénové homológy nepridávajú chlór. Ak homológ benzénu reaguje s chlórom alebo brómom vystavené svetlu alebo vysokej teplote (300°C), potom dochádza k substitúcii atómov vodíka na bočnom alkylovom substituente, nie na aromatickom kruhu.

2. Substitučné reakcie

2.1. Halogenácia

Benzén a jeho homológy vstupujú do substitučných reakcií s halogénmi (chlór, bróm) v prítomnosti katalyzátorov (AlCl 3, FeBr 3) .

Pri interakcii s chlórom na katalyzátore AlCl3 vzniká chlórbenzén:

Aromatické uhľovodíky interagujú s brómom pri zahrievaní a v prítomnosti katalyzátora - FeBr3. Ako katalyzátor možno použiť aj kovové železo.

Bróm reaguje so železom za vzniku bromidu železitého, ktorý katalyzuje bromáciu benzénu:

Meta-chlórtoluén vzniká v malých množstvách.

Pri interakcii benzénových homológov s halogénmi na svetle alebo pri vysokej teplote(300 o C), vodík nie je nahradený v benzénovom kruhu, ale vo vedľajšom uhľovodíkovom radikále.

Napríklad pri chlórovaní etylbenzénu:

2.2. Nitrácia

Benzén reaguje s koncentrovanou kyselinou dusičnou v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej (nitračná zmes).

V tomto prípade vzniká nitrobenzén:

Toluén reaguje s koncentrovanou kyselinou dusičnou v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej.

V produktoch reakcie uvádzame buď o-nitrotoluén:

alebo P-nitrotoluén:

Nitrácia toluénu môže prebiehať aj so substitúciou troch atómov vodíka. V tomto prípade vzniká 2,4,6-trinitrotoluén (trotyl, tol):

2.3. Alkylácia aromatických uhľovodíkov

• Arény interagujú s halogénalkánmi v prítomnosti katalyzátorov (AlCl 3, FeBr 3 atď.) za vzniku homológov benzénu.

• Aromatické uhľovodíky interagujú s alkénmi v prítomnosti chloridu hlinitého, bromidu železitého, kyseliny fosforečnej atď.

• Alkylácia alkoholmi prebieha v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej.

2.4. Sulfonácia aromatických uhľovodíkov

Benzén reaguje pri zahrievaní s koncentrovanou kyselinou sírovou alebo roztokom SO 3 v kyseline sírovej (oleum) za vzniku kyseliny benzénsulfónovej:

3. Oxidácia arénov

Benzén je odolný aj voči silným oxidačným činidlám. Ale benzénové homológy sa oxidujú pôsobením silných oxidačných činidiel. Benzén a jeho homológy horia.

3.1. Úplná oxidácia – spaľovanie

Spaľovaním benzénu a jeho homológov vzniká oxid uhličitý a voda. Spaľovanie arénov je sprevádzané uvoľňovaním veľkého množstva tepla.

2C6H6 + 1502 → 12C02 + 6H20 + Q

Všeobecná rovnica spaľovania pre arény je:

CnH2n–6+ (3n – 3)/202 → nC02+ (n – 3)H20+ Q

Pri horení aromatických uhľovodíkov pri nedostatku kyslíka môže vznikať oxid uhoľnatý CO alebo sadze C.

Benzén a jeho homológy horia na vzduchu dymiacim plameňom. Benzén a jeho homológy tvoria so vzduchom a kyslíkom výbušné zmesi.

3.2. Ooxidácia benzénových homológov

Benzénové homológy sa pri zahrievaní ľahko oxidujú manganistanom a dvojchrómanom draselným v kyslom alebo neutrálnom prostredí.

Zároveň sa to stáva oxidácia všetkých väzieb na atóme uhlíka susediaci s benzénovým kruhom, s výnimkou väzby tohto uhlíkového atómu na benzénový kruh.

Toluén oxiduje manganistan draselný v kyseline sírovej so vzdelaním kyselina benzoová:

Ak je toluén oxidovaný v neutrálnom roztoku pri zahrievaní, potom sa vytvorí soľ kyseliny benzoovej - benzoan draselný:

Takže toluén odfarbuje okyslený roztok manganistanu draselného pri zahriatí.

Dlhšie radikály sa oxidujú na kyselinu benzoovú a karboxylovú:

Pri oxidácii propylbenzénu vznikajú kyseliny benzoová a octová:

Izopropylbenzén sa oxiduje manganistanom draselným v kyslom prostredí na kyselinu benzoovú a oxid uhličitý:

4. Orientačné pôsobenie substituentov v benzénovom kruhu

Ak sú v benzénovom kruhu substituenty, nielen alkylové, ale aj obsahujúce iné atómy (hydroxylová skupina, aminoskupina, nitroskupina atď.), potom substitučné reakcie atómov vodíka v aromatickom systéme prebiehajú presne definovaným spôsobom, v v súlade s prírodou vplyv substituentu na aromatický π-systém.

Typy substituentov na benzénovom kruhu

Substituenty prvého druhu	Substituenty druhého druhu
orto- a pár-pozícia	K ďalšej substitúcii dochádza najmä v meta-pozícia
Donor elektrónov, zvýšte hustotu elektrónov v benzénovom kruhu	Odber elektrónov, znížte hustotu elektrónov v konjugovanom systéme.
alkylové substituenty: CH3-, C2H5- atď.; hydroxyl, amín: -OH, -NH2; halogény: -Cl, -Br	nitro skupina: – NO 2 , – SO 3 Н; karbonyl - CHO; karboxyl: -COOH, nitril: -C≡ N; – CF3