Mga kemikal na katangian ng benzene. Benzene

AROMATIC HYDROCARBONS

Para sa mga aromatic compound, o arenes, ay tumutukoy sa isang malaking grupo ng mga compound na ang mga molecule ay naglalaman ng isang matatag na cyclic group (benzene ring), na may espesyal na pisikal at kemikal na mga katangian.

Kabilang sa mga compound na ito ang pangunahing benzene at ang maraming mga derivatives nito.

Ang terminong "mabango" ay unang ginamit upang tumukoy sa mga natural na nagaganap na mga produkto na may mabangong amoy. Dahil sa mga compound na ito ay maraming kasama ang mga singsing na benzene, ang terminong "mabango" ay nagsimulang ilapat sa anumang mga compound (kabilang ang mga may hindi kanais-nais na amoy) na naglalaman ng singsing na benzene.

Benzene, ang elektronikong istraktura nito

Batay sa formula ng benzene C 6 H 6, maaaring ipagpalagay na ang benzene ay isang highly unsaturated compound, katulad, halimbawa, sa acetylene. Gayunpaman, ang mga kemikal na katangian ng benzene ay hindi sumusuporta sa pagpapalagay na ito. Kaya, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang benzene ay hindi nagbibigay ng mga reaksyon na katangian ng unsaturated hydrocarbons: hindi ito pumapasok sa mga reaksyon ng karagdagan na may hydrogen halides, at hindi nag-discolor ng solusyon ng potassium permanganate. Kasabay nito, ang benzene ay sumasailalim sa mga reaksyon ng pagpapalit na katulad ng mga saturated hydrocarbon.

Ang mga katotohanang ito ay nagpapahiwatig na ang benzene ay bahagyang katulad ng saturated at bahagyang unsaturated hydrocarbons at sa parehong oras ay naiiba sa pareho. Samakatuwid, sa loob ng mahabang panahon, naganap ang masiglang talakayan sa pagitan ng mga siyentipiko sa istruktura ng benzene.

Noong dekada 60 noong nakaraang siglo, tinanggap ng karamihan sa mga chemist ang teorya ng cyclic na istraktura ng benzene batay sa katotohanan na ang monosubstituted benzene derivatives (halimbawa, bromobenzene) ay walang isomer.

Ang pinakakilalang formula para sa benzene ay iminungkahi noong 1865 ng German chemist na si Kekule, kung saan ang mga dobleng bono sa singsing ng mga carbon atom ng benzene ay kahalili ng mga simple, at, ayon sa hypothesis ni Kekule, ang mga single at double bond ay patuloy na gumagalaw:

Gayunpaman, hindi maipaliwanag ng pormula ni Kekule kung bakit ang benzene ay hindi nagpapakita ng mga katangian ng mga unsaturated compound.

Ayon sa mga modernong konsepto, ang molekula ng benzene ay may istraktura ng isang patag na heksagono, ang mga gilid nito ay katumbas ng bawat isa at may halagang 0.140 nm. Ang distansyang ito ay ang average na halaga sa pagitan ng 0.154 nm (isang haba ng bond) at 0.134 nm (haba ng double bond). Hindi lamang ang mga carbon atom, kundi pati na rin ang anim na hydrogen atoms na nauugnay sa kanila ay nasa parehong eroplano. Ang mga anggulo na nabuo ng mga bono H - C - C at C - C - C ay katumbas ng 120 °.

Ang mga carbon atom sa benzene ay nasa sp 2 -hybridization, i.e. Sa apat na orbital ng carbon atom, tatlo lamang ang hybridized (isang 2s- at dalawang 2 p-), na nakikibahagi sa pagbuo ng σ bond sa pagitan ng mga carbon atom. Ang ikaapat na 2p orbital ay nagsasapawan sa mga 2p na orbital ng dalawang magkalapit na carbon atoms (sa kanan at kaliwa), anim na delokalisado na π-electron na matatagpuan sa mga orbital na hugis dumbbell, na ang mga palakol nito ay patayo sa eroplano ng benzene ring, ay bumubuo ng isang solong matatag na saradong elektronikong sistema.

Bilang resulta ng pagbuo ng isang closed electronic system ng lahat ng anim na carbon atoms, ang "alignment" ng single at double bond ay nangyayari, i.e. ang molekula ng benzene ay walang mga klasikal na doble at solong bono. Ang pare-parehong pamamahagi ng π-electron density sa pagitan ng lahat ng carbon atoms ay ang dahilan para sa mataas na katatagan ng benzene molecule. Upang bigyang-diin ang pagkakapareho ng π-electron density sa molekula ng benzene, ginagamit nila ang sumusunod na formula:

Nomenclature at isomerism ng aromatic hydrocarbons ng benzene series

Ang pangkalahatang formula ng homologous na serye ng benzene ay C n H 2 n -6.

Ang unang homolog ng benzene ay methylbenzene, o toluene, C 7 H 8

ay walang positional isomer, tulad ng lahat ng iba pang monosubstituted derivatives.

Ang pangalawang homolog ng C 8 H 10 ay maaaring umiral sa apat na isomeric na anyo: ethylbenzene C 6 H 5 -C 2 H 5 at tatlong dimethylbenzenes, o xylene, S b H 4 (CH 3) 2 (ortho-, meta- At pares-xylenes, o 1,2-, 1,3- at 1,4-dimethylbenzenes):

Ang radical (nalalabi) ng benzene C 6 H 5 ay tinatawag phenyl; ang mga pangalan ng mga radical ng benzene homologues ay hinango mula sa mga pangalan ng kaukulang hydrocarbons sa pamamagitan ng pagdaragdag ng suffix sa ugat. -il(tolyl, xylyl, atbp.) at tinutukoy ng mga titik (o-, m-, p-) o bilangin ang posisyon ng mga side chain. Pangkalahatang pangalan para sa lahat ng mga aromatic radical Aril katulad ng pangalan alkyls para sa mga radikal na alkane. Ang radical C 6 H 5 -CH 2 ay tinatawag benzyl.

Kapag pinangalanan ang mas kumplikadong benzene derivatives, mula sa posibleng mga order ng pagnunumero, piliin ang isa kung saan ang kabuuan ng mga digit ng mga substituent na numero ay ang pinakamaliit. Halimbawa, ang istraktura ng dimethyl ethyl benzene

dapat tawaging 1,4-dimethyl-2-ethylbenzene (kabuuan ng mga digit ay 7), hindi 1,4-dimethyl-6-ethylbenzene (kabuuan ng mga digit ay 11).

Ang mga pangalan ng mas mataas na homologues ng benzene ay madalas na nagmula hindi mula sa pangalan ng aromatic ring, ngunit mula sa pangalan ng side chain, i.e. sila ay itinuturing na mga derivatives ng alkanes:

Mga pisikal na katangian ng aromatic hydrocarbons ng serye ng benzene

Ang mga mas mababang miyembro ng homologous na serye ng benzene ay mga walang kulay na likido na may katangiang amoy. Ang kanilang density at refractive index ay mas mataas kaysa sa mga alkanes at alkenes. Ang punto ng pagkatunaw ay kapansin-pansin din na mas mataas. Dahil sa mataas na nilalaman ng carbon, ang lahat ng mga aromatic compound ay nasusunog na may mataas na mausok na apoy. Ang lahat ng mga aromatic hydrocarbon ay hindi matutunaw sa tubig at lubos na natutunaw sa karamihan ng mga organikong solvent: marami sa kanila ay madaling natunaw ng singaw.

Mga kemikal na katangian ng aromatic hydrocarbons ng benzene series

Para sa aromatic hydrocarbons, ang pinakakaraniwang reaksyon ay ang pagpapalit ng hydrogen sa aromatic ring. Ang mga aromatic hydrocarbon ay sumasailalim sa mga reaksyon ng karagdagan na may malaking kahirapan sa ilalim ng malupit na mga kondisyon. Ang isang natatanging tampok ng benzene ay ang makabuluhang pagtutol nito sa mga ahente ng oxidizing.

Mga reaksyon sa karagdagan

Pagdaragdag ng hydrogen

Sa ilang mga bihirang kaso, ang benzene ay may kakayahang magdagdag ng mga reaksyon. Ang hydrogenation, ibig sabihin, ang pagdaragdag ng hydrogen, ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng hydrogen sa ilalim ng malupit na mga kondisyon sa pagkakaroon ng mga catalyst (Ni, Pt, Pd). Sa kasong ito, ang isang molekula ng benzene ay nakakabit ng tatlong molekula ng hydrogen upang bumuo ng cyclohexane:

Pagdaragdag ng mga halogens

Kung ang isang solusyon ng chlorine sa benzene ay nalantad sa sikat ng araw o ultraviolet rays, ang radikal na pagdaragdag ng tatlong halogen molecule ay nangyayari upang bumuo ng isang kumplikadong pinaghalong hexachlorocyclohexane stereoisomer:

Ang Hexachlorocyclohexai (trade name hexachlorane) ay kasalukuyang ginagamit bilang insecticide - mga sangkap na sumisira sa mga insekto na mga peste sa agrikultura.

Mga reaksyon ng oksihenasyon

Ang Benzene ay mas lumalaban sa mga oxidizing agent kaysa sa saturated hydrocarbons. Hindi ito na-oxidized ng dilute na nitric acid, KMnO 4 solution, atbp. Ang mga Benzene homologue ay mas madaling na-oxidize. Ngunit kahit na sa kanila, ang singsing ng benzene ay medyo mas lumalaban sa pagkilos ng mga ahente ng oxidizing kaysa sa mga radikal na hydrocarbon na nauugnay dito. Mayroong isang panuntunan: anumang benzene homolog na may isang side chain ay na-oxidized sa isang monobasic (benzoic) acid:

Ang mga Benzene homolog na may maraming side chain ng anumang kumplikado ay na-oxidized upang bumuo ng polybasic aromatic acids:

Mga reaksyon ng pagpapalit

1. Halogenation

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga aromatic hydrocarbon ay halos hindi tumutugon sa mga halogens; Ang benzene ay hindi nag-decolorize ng bromine na tubig, ngunit sa pagkakaroon ng mga katalista (FeCl 3, FeBr 3, AlCl 3) sa isang anhydrous na kapaligiran, ang chlorine at bromine ay masiglang tumutugon sa benzene sa temperatura ng silid:

Reaksyon ng nitrasyon

Ang concentrated nitric acid ay ginagamit para sa reaksyon, kadalasang halo-halong may concentrated sulfuric acid (catalyst):

Sa unsubstituted benzene, ang reaktibiti ng lahat ng anim na carbon atoms sa substitution reactions ay pareho; ang mga substituent ay maaaring ikabit sa anumang carbon atom. Kung mayroon nang substituent sa benzene ring, sa ilalim ng impluwensya nito ay nagbabago ang estado ng nucleus, at ang posisyon kung saan pumapasok ang anumang bagong substituent ay depende sa likas na katangian ng unang substituent. Ito ay sumusunod mula dito na ang bawat substituent sa benzene ring ay nagpapakita ng isang tiyak na pagdidirekta (orienting) na impluwensya at nag-aambag sa pagpapakilala ng mga bagong substituent lamang sa mga posisyong tiyak sa sarili nito.

Ayon sa kanilang direktang impluwensya, ang iba't ibang mga substituent ay nahahati sa dalawang grupo:

a) mga substituent ng unang uri:

Idinidirekta nila ang anumang bagong substituent sa ortho at para na mga posisyon na may kaugnayan sa kanilang sarili. Kasabay nito, halos lahat ay binabawasan ang katatagan ng mabangong grupo at pinapadali ang parehong mga reaksyon ng pagpapalit at reaksyon ng singsing ng benzene:

b) mga substituent ng pangalawang uri:

Idinidirekta nila ang anumang bagong kapalit sa isang meta-posisyon na may kaugnayan sa kanilang sarili. Pinapataas nila ang katatagan ng aromatic group at kumplikado ang mga reaksyon ng pagpapalit:

Kaya, ang aromatikong katangian ng benzene (at iba pang mga arene) ay ipinahayag sa katotohanan na ang tambalang ito, na hindi puspos sa komposisyon, ay nagpapakita ng sarili bilang isang puspos na tambalan sa isang bilang ng mga reaksiyong kemikal; ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng katatagan ng kemikal at ang kahirapan sa pagdaragdag. mga reaksyon. Sa ilalim lamang ng mga espesyal na kondisyon (catalysts, irradiation) ang benzene ay kumikilos na parang ang molekula nito ay may tatlong double bond.

Ang singsing ng benzene ay medyo matatag. Ito ay mas madaling kapitan ng mga reaksyon ng pagpapalit para sa mga atomo ng hydrogen ng singsing na benzene kaysa sa mga reaksyon ng karagdagan sa lugar ng double bond cleavage. Sa expression na ito nito "mabango na karakter".

Mga reaksyon ng pagpapalit

Ang pinakakaraniwang mga reaksyon ay electrophilic substitution: nitration, sulfonation, alkylation (acylation), halogenation (halogenation ng benzene homologues ay maaari ding mangyari sa pamamagitan ng isang radikal na mekanismo.

1. Nitrasyon- Ang pagpapalit ng hydrogen ng benzene ring na may isang nitro group ay isinasagawa gamit ang tinatawag na nitrating mixture - isang halo ng puro nitric at sulfuric acid. Ang aktibong ahente ay ang nitronium cation N0 2 +:

HO - N0 2 + 2H 2 S0 4 →N0 2 + + 2HS0 4 - + H 3 0

Nitronium cation hydronium cation

Ang mekanismo ng nitration (pati na rin ang lahat ng mga reaksyon ng pagpapalit) ay ang mga sumusunod:

Ang pagkakaroon ng tubig sa pinaghalong reaksyon ay nakakasagabal sa pag-unlad ng reaksyon, dahil Ang tubig ay nakikilahok sa proseso na pabalik sa pagbuo ng nitronium cation. Samakatuwid, upang itali ang tubig na inilabas sa reaksyon, ang isang labis na puro sulfuric acid ay kinuha.

Mga panuntunan para sa pagpapalit ng mga hydrogen sa singsing ng benzene. Kung mayroong anumang hydrogen substituent sa benzene ring, pagkatapos ay sa electrophilic substitution reactions ito ay gumaganap ng papel ng isang orientator - ang reaksyon ay nangyayari nang nakararami sa ortho- at para-position na may kaugnayan sa substituent (first-order orientant) o meta-positions (second-kind orientant) .

Mga kapalit ng unang uri idirekta ang umaatakeng electrophile sa ortho- at para-posisyon na may kaugnayan sa kanilang sarili. Ipinakita namin ang mga ito sa pababang pagkakasunud-sunod ng orienting force (electrodonor effect):

Ang Type II substituents ay nagdidirekta sa umaatakeng electrophile sa mga meta na posisyon na nauugnay sa kanilang mga sarili. Ipinakikita rin namin ang mga ito sa pababang pagkakasunud-sunod ng puwersa ng pag-orient:

Halimbawa, -OH - pangkat - orientant ng unang uri:

59. Isulat ang equation at mekanismo ng mga reaksyon ng nitration ng mga sumusunod na compound: a) benzene; b) toluene; c) chlorobenzene; d) nitrobenzene; e) sulfobenzene; f) phenyl cyanide; g) methoxybenzene; h) aminobenzene.

Ang mga substituent ng unang uri ay electron-donate, pinapataas nila ang density ng electron cloud ng benzene ring, lalo na sa ortho- at para-positions at sa gayon (facilitate) i-activate ang benzene ring upang atakehin ang electrophile. Gayunpaman, ang σ-complex (III) ay nagpapatatag hindi sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang anion, ngunit sa pamamagitan ng pag-aalis ng isang hydrogen cation (ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng isang solong π-electron cloud ng benzene ring ay 36.6 kcal/mol ):

Ang mga substituent ng pangalawang uri ay ang pag-withdraw ng elektron; tila iginuhit nila ang bahagi ng electron cloud patungo sa kanilang sarili, sa gayon ay binabawasan ang density ng electron cloud ng benzene ring, lalo na sa mga ortho- at para-position na may kaugnayan sa kanilang sarili. Ang mga substituent ng pangalawang uri ay karaniwang humahadlang sa mga reaksyon ng pagpapalit ng electrophilic. Ngunit sa mga meta na posisyon na nauugnay sa pangalawang uri ng substituent, ang density ng ulap ay bahagyang mas mataas kaysa sa iba. Samakatuwid, ang mga reaksyon ng pagpapalit ng electrophilic sa kaso ng mga substituent ng pangalawang uri ay napupunta sa mga posisyon ng meta:

Ang mga tuntuning inilarawan sa itaas ay hindi mga batas. Halos palaging pinag-uusapan lang natin ang pangunahing direksyon ng reaksyon. Halimbawa, ang nitration ng toluene ay gumagawa ng 62% ortho-, 33.5% para- at 4.5% meta-nitrotoluene.

Ang mga kondisyon ng reaksyon (temperatura, pagkakaroon ng mga catalyst, atbp.) ay may medyo malakas na impluwensya sa direksyon ng mga reaksyon.

Sa pagkakaroon ng dalawang orientant sa singsing ng benzene, posible ang coordinated at hindi pantay na oryentasyon ng dalawang substituent na ito. Sa kaso ng hindi pantay na oryentasyon ng mga substituent ng parehong uri, ang direksyon ng reaksyon ay tinutukoy ng mas malakas (tingnan ang mga hilera ng mga substituent ng una at pangalawang uri):

Sa kaso ng hindi pantay na oryentasyon ng mga substituent ng iba't ibang uri, ang direksyon ng reaksyon ay tinutukoy ng substituent ng unang uri, dahil pinapagana nito ang benzene ring sa isang electrophilic attack, halimbawa,

60. Ayon sa mga alituntunin ng pagpapalit, isulat ang nitrasyon ng mga sumusunod na napalitang benzene: a) m-nitrotoluene; b) p-nitrotoluene; c) o-hydroxytoluene; d) p-chlorotoluene; e) m-nitrobenzoic acid; f) p-oxychlorobenzene; g) m-chlorotoluene; h) p-methoxytoluene.

2. Reaksyon ng sulfonation nangyayari kapag ang mga arene ay pinainit ng puro sulfuric acid o oleum. Ang umaatakeng ahente ay ang SO 3 molecule, na gumaganap ng papel ng isang electrophile:

Ang unang yugto ng sulfonation ay mabagal, ang reaksyon ay karaniwang nababaligtad:

Ang mga sulfonic acid ay maihahambing sa lakas sa mga mineral na acid, samakatuwid sa mga may tubig na solusyon ay nasa isang ionized na estado (III).

61. Magbigay ng mga equation at mekanismo para sa mga reaksyon ng sulfonation ng mga sumusunod na sangkap, na sumusunod sa mga tuntunin ng pagpapalit:

a) toluene; b) o-xylene; c) nitrobenzene; d) o-nitrotoluene; e) p-chloronitrobenzene; f) m-nitrotoluene; g) p-aminotoluene; h) o methoxytoluene.

3. Reaksyon ng halogenation arenes sa lamig sa pagkakaroon ng mga catalyst tulad ng AlCl 3, AlBr 3, FeCl 3 - isang tipikal na electrophilic na reaksyon, dahil ang mga catalyst ay nag-aambag sa polariseysyon ng bono sa halogen molecule (hanggang sa pagkasira nito):

Ang anhydrous ferric chloride ay gumagana sa parehong paraan:

Sa ilalim ng mga kondisyon ng radikal na reaksyon (liwanag, init), pinapalitan ng mga halogens (chlorine, bromine) ang mga hydrogen ng mga side chain (katulad ng halogenation ng alkanes):

Sa ilalim ng mas malubhang mga kondisyon, nangyayari ang radikal na pagdaragdag ng mga halogen sa aromatic ring.

62 . Isulat ang mga equation at mekanismo ng reaksyon at pangalanan ang mga produkto:

a) toluene + chlorine (sa maliwanag na liwanag at pag-init);

b) toluene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista);

c) nitrobenzene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista);

d) p-nitrotoluene + chlorine (sa maliwanag na liwanag at pag-init);

e) p-nitrotoluene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista):

e) ethylbenzene + chlorine (sa maliwanag na liwanag at pag-init);

g) ethylbenzene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista);

h) p-hydroxytoluene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista);

i) m-nitrotoluene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista);
j) m-xylene + chlorine (sa lamig sa pagkakaroon ng isang katalista).

4. Alkylation ng arenes. Sa pagkakaroon ng anhydrous AlCl 3 (AlBr3), haloalkanes alkylate benzene, kahit na mas madali kaysa sa mga homologue nito, pati na rin ang kanilang mga halogen derivatives (mga reaksyon ng Gustavson-Friedel-Crafts). Ang katalista, na bumubuo sa A1Cl 3 complex, ay nagpo-polarize ng C-Gal bond hanggang sa masira ito, at samakatuwid ay ang umaatakeng electrophile agent:

Ang alkylation na may alkenes sa pagkakaroon ng A1Cl 3, BF 3 o H 3 PO 4 ay humahantong sa mga katulad na resulta (ang mekanismo ay electrophilic din):

Ang alkylation na may mga haloalkanes at alkenes bilang mga electrophilic na reaksyon ay nagpapatuloy alinsunod sa mga patakaran para sa pagpapalit ng mga hydrogen sa singsing ng benzene. Gayunpaman, ang proseso ay kumplikado sa pamamagitan ng karagdagang alkylation ng mga produkto ng reaksyon at iba pang hindi kanais-nais na mga phenomena. Upang mabawasan ang huli, ang reaksyon ay isinasagawa sa pinakamababang posibleng temperatura, ang pinakamainam na halaga ng katalista at isang malaking labis na arene.

63. Ibigay ang mga equation at mekanismo ng reaksyon sa ilalim ng mga kondisyon ng Gustavson-Friedel-Crafts sa pagitan ng mga sumusunod na sangkap:

a) benzene + 2-chloropropane; b) benzene + 2-chloro-2-megylpropane; c) benzene + benzyl chloride; d) bromobenzene + bromoethane; e) toluene + butyl chloride; f) toluene + bromoethane; i) p-bromotoluene + isopropyl bromide; h) m-bromotoluene + bromoethane; i) p-bromotoluene + isopropyl bromide; j) chlorobenzene + benzyl chloride.

64. Isulat ang mga equation ng reaksyon para sa alkylation ng arenes na may alkenes sa pagkakaroon ng phosphoric acid, ibigay ang mekanismo:

a) benzene + ethylene; b) bensina + propylene; c) toluene + ethylene; d) toluene + propylene; e) bensina + isobutylene; f) toluene + isobutylene; g) m-xylene + ethylene; h) p-xylene + ethylene.

5. Reaksyon ng oksihenasyon (pagtukoy sa bilang ng mga side chain). Ang aromatic core ay napaka-lumalaban sa mga oxidizing agent. Kaya, ang benzene at ang mga homologue nito ay hindi tumutugon sa potassium permanganate tulad ng mga alkane. Ito rin ay nagpapahayag ng kanilang "aromatic character". Ngunit kapag ang mga homologue ng benzene ay pinainit ng mga ahente ng oxidizing sa ilalim ng malupit na mga kondisyon, ang singsing ng benzene ay hindi na-oxidized, at ang lahat ng mga side hydrocarbon chain, anuman ang kanilang haba, ay na-oxidized sa mga grupo ng carboxyl; ang mga produkto ng oksihenasyon ay mga aromatic acid. Ang bilang ng mga side chain sa orihinal na benzene homologue 1 ay tinutukoy ng bilang ng mga carboxyl group sa huli.

65 . Isulat ang mga equation para sa mga reaksyon ng oksihenasyon ng mga sumusunod na sangkap: a) ethylbenzene; b) o-dimethylbenzene; c) propylbenzene; d) ordinaryong trimethylbenzene; e) p-methylisopropylbenzene; f) o-nitrotoluene; g) 3-nitro-1-methyl-4-ethylbenzene; h) simetriko trimethylbenzene.

6. Mga reaksyon sa karagdagan. Kahit na ang mabangong singsing ay hindi gaanong madaling kapitan ng mga reaksyon sa karagdagan kaysa sa mga reaksyon ng pagpapalit, nangyayari ang mga ito sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Ang isang tampok ng mga reaksyon ng karagdagan ay ang tatlong moles ng halogen, hydrogen, ozone ay palaging idinadagdag sa isang mole ng benzene (o homologue nito), na ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang solong π-electron cloud sa aromatic nucleus na may isang tiyak na solong. , kabuuang enerhiya ng tatlong dobleng bono (o sa halip, anim na π electron).

a) Nagaganap ang hydrogenation sa pagkakaroon ng mga catalyst (Pt, Pd, atbp.) sa 110°C (N.D. Zelinsky at iba pa).

b) Ang halogenation ay nangyayari kapag ang bromine o chlorine vapor ay dumaan sa kumukulong benzene sa ilalim ng impluwensya ng direktang sikat ng araw o kapag naiilaw ng UV rays (quartz lamp):

V) Ozonation. Tulad ng mga alkenes, ang mga aromatic hydrocarbon ay madaling napapailalim sa ozonolysis.

66. Sumulat ng mga equation para sa mga reaksyon ng karagdagan (hydrogenation, halogenation sa ilalim ng UV irradiation, ozonation) na may mga sumusunod na arene: a) toluene; b) o-xylene; c) m-xylene; d) p-xylene; e) ethylbenzene; f) o-ethyltoluene; g) m-ethyltoluene; h) p-isopropyltoluene. Pangalanan ang mga produktong nakuha.

Ang cyclic structure ng benzene ay unang iminungkahi ni F.A. Kekule noong 1865

Friedrich August Kekule von Stradonitz - isang namumukod-tanging German chemist noong ika-19 na siglo. Noong 1854, natuklasan niya ang unang organic compound na naglalaman ng sulfur - thioacetic acid (thioethanoic acid). Bilang karagdagan, itinatag niya ang istraktura ng mga diazo compound. Gayunpaman, ang kanyang pinakatanyag na kontribusyon sa pag-unlad ng kimika ay ang pagtatatag ng istruktura ng benzene (1866). Ipinakita ni Kekule na ang dobleng bono ng benzene ay nagpapalitan sa paligid ng singsing (ang ideyang ito ay unang naganap sa kanya sa isang panaginip). Kalaunan ay ipinakita niya na ang dalawang posibleng double bond arrangement ay magkapareho at ang benzene ring ay hybrid sa pagitan ng dalawang istrukturang ito. Kaya, inaasahan niya ang ideya ng resonance (mesomerism), na lumitaw sa teorya ng chemical bonding noong unang bahagi ng 1930s.

Kung ang benzene ay talagang may ganoong istraktura, kung gayon ang 1,2-disubstituted derivatives nito ay dapat magkaroon ng dalawang isomer. Halimbawa,

Gayunpaman, wala sa 1,2-disubstituted benzenes ang maaaring ihiwalay sa dalawang isomer.

Samakatuwid, iminungkahi ni Kekule na ang molekula ng benzene ay umiiral bilang dalawang istruktura na mabilis na nagbabago sa isa't isa:

Tandaan na ang gayong eskematiko na mga representasyon ng mga molekula ng benzene at ang mga derivative nito ay karaniwang hindi nagpapahiwatig ng mga atomo ng hydrogen na nakakabit sa mga atomo ng carbon ng singsing na benzene.

Sa modernong kimika, ang molekula ng benzene ay isinasaalang-alang bilang isang resonant na hybrid ng dalawang nililimitahan na resonant form na ito (tingnan ang Seksyon 2.1). Ang isa pang paglalarawan ng molekula ng benzene ay batay sa isang pagsasaalang-alang sa mga molecular orbital nito. Sa Sect. 3.1 ipinahiwatig na ang mga -electron na matatagpuan sa -bonding orbitals ay na-delocalize sa pagitan ng lahat ng carbon atoms ng benzene ring at bumubuo ng isang -electron cloud. Alinsunod sa representasyong ito, ang molekula ng benzene ay maaaring karaniwang ilarawan bilang mga sumusunod:

Kinukumpirma ng pang-eksperimentong data ang pagkakaroon ng ganoong istraktura sa benzene. Kung ang benzene ay may istraktura na orihinal na iminungkahi ni Kekulé, na may tatlong conjugated na dobleng bono, kung gayon ang benzene ay dapat sumailalim sa mga reaksyon sa karagdagan tulad ng mga alkenes. Gayunpaman, tulad ng nabanggit sa itaas, ang benzene ay hindi sumasailalim sa mga reaksyon ng karagdagan. Bilang karagdagan, ang benzene ay mas matatag kaysa kung mayroon itong tatlong nakahiwalay na dobleng bono. Sa Sect. 5.3 ipinahiwatig na ang enthalpy ng benzene hydrogenation upang bumuo ng cyclohexane ay may mas malaking negatibo

Talahanayan 18.3. Haba ng iba't ibang carbon-carbon bond

kanin. 18.6. Geometric na istraktura ng molekula ng benzene.

halaga kaysa triple ang enthalpy ng hydrogenation ng cyclohexene. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga dami na ito ay karaniwang tinatawag na enthalpy ng delocalization, resonance energy o stabilization energy ng benzene.

Ang lahat ng carbon-carbon bond sa benzene ring ay may parehong haba, na mas maikli kaysa sa haba ng C-C bonds sa alkanes, ngunit mas mahaba kaysa sa haba ng C=C bonds sa alkenes (Talahanayan 18.3). Kinukumpirma nito na ang mga carbon-carbon bond sa benzene ay hybrid sa pagitan ng single at double bond.

Ang molekula ng benzene ay may isang patag na istraktura, na ipinapakita sa Fig. 18.6.

Mga katangiang pisikal

Ang Benzene sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay isang walang kulay na likido na nagyeyelo sa 5.5 °C at kumukulo sa 80 °C. Ito ay may katangian na kaaya-ayang amoy, ngunit, tulad ng nabanggit sa itaas, ay lubhang nakakalason. Ang Benzene ay hindi nahahalo sa tubig at sa isang sistema ng benzene, ang tubig ay bumubuo sa itaas ng dalawang layer. Gayunpaman, ito ay natutunaw sa mga non-polar na organikong solvent at ito mismo ay isang mahusay na solvent para sa iba pang mga organikong compound.

Mga katangian ng kemikal

Bagama't ang benzene ay sumasailalim sa ilang mga reaksyon sa karagdagan (tingnan sa ibaba), hindi ito nagpapakita ng reaktibidad na tipikal ng mga alkenes. Halimbawa, hindi nito binabawasan ang kulay ng bromine na tubig o -ion na solusyon. Bukod dito, ang benzene ay hindi

pumapasok sa mga reaksyon ng karagdagan na may mga malakas na acid, tulad ng hydrochloric o sulfuric acid.

Kasabay nito, ang benzene ay nakikibahagi sa isang bilang ng mga electrophilic substitution reactions. Ang mga produkto ng ganitong uri ng reaksyon ay mga aromatic compound, dahil sa mga reaksyong ito ang delocalized -electronic system ng benzene ay nananatili. Ang pangkalahatang mekanismo para sa pagpapalit ng hydrogen atom sa benzene ring na may electrophile ay inilarawan sa Seksyon. 17.3. Ang mga halimbawa ng electrophilic substitution ng benzene ay ang nitration, halogenation, sulfonation at Friedel-Crafts reactions nito.

Nitrasyon. Ang Benzene ay maaaring ma-nitrate (isang grupo na idinagdag dito) sa pamamagitan ng pagtrato dito ng pinaghalong puro nitric at sulfuric acid:

Nitrobenzene

Ang mga kondisyon para sa reaksyong ito at ang mekanismo nito ay inilarawan sa seksyon. 17.3.

Ang Nitrobenzene ay isang maputlang dilaw na likido na may katangiang almond na amoy. Kapag ang benzene ay nitrated, bilang karagdagan sa nitrobenzene, ang mga kristal ng 1,3-dinitrobenzene ay nabuo din, na produkto ng sumusunod na reaksyon:

Halogenation. Kung ihalo mo ang benzene sa chlorine o bromine sa dilim, walang reaksyon na magaganap. Gayunpaman, sa pagkakaroon ng mga katalista na nagtataglay ng mga katangian ng mga asidong Lewis, ang mga reaksyon ng pagpapalit ng electrophilic ay nangyayari sa mga naturang mixture. Ang mga karaniwang catalyst para sa mga reaksyong ito ay iron(III) bromide at aluminum chloride. Ang pagkilos ng mga catalyst na ito ay lumikha sila ng polariseysyon sa mga molekula ng halogen, na pagkatapos ay bumubuo ng isang kumplikadong may katalista:

kahit na walang direktang katibayan na ang mga libreng ion ay nabuo sa kasong ito. Ang mekanismo ng benzene bromination gamit ang iron (III) bromide bilang isang ion carrier ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:

Sulfonation. Ang Benzene ay maaaring sulfonated (palitan ang isang hydrogen atom ng isang sulfo group) sa pamamagitan ng pag-reflux ng pinaghalong ito ng concentrated sulfuric acid sa loob ng ilang oras. Sa halip, ang benzene ay maaaring maingat na pinainit sa isang pinaghalong may fuming sulfuric acid. Ang fuming sulfuric acid ay naglalaman ng sulfur trioxide. Ang mekanismo ng reaksyong ito ay maaaring kinakatawan ng diagram

Mga reaksyon ng Friedel-Crafts. Ang mga reaksyon ng Friedel-Crafts ay orihinal na tinatawag na mga reaksyon ng condensation sa pagitan ng mga aromatic compound at alkyl halides sa pagkakaroon ng anhydrous aluminum chloride catalyst.

Sa mga reaksyon ng condensation, dalawang molekula ng mga reagent (o isang reagent) ang nagsasama-sama sa isa't isa, na bumubuo ng isang molekula ng isang bagong tambalan, habang ang isang molekula ng ilang simpleng tambalan, tulad ng tubig o hydrogen chloride, ay nahati (tinatanggal) mula sa kanila.

Sa kasalukuyan, ang Friedel-Crafts reaction ay tinatawag na anumang electrophilic substitution ng isang aromatic compound kung saan ang papel ng isang electrophile ay ginagampanan ng isang carbocation o isang highly polarized complex na may positively charged carbon atom. Ang electrophilic agent, bilang panuntunan, ay isang alkyl halide o chloride ng ilang carboxylic acid, bagaman maaari rin itong, halimbawa, isang alkene o isang alkohol. Ang walang tubig na aluminyo klorido ay karaniwang ginagamit bilang isang katalista para sa mga reaksyong ito. Ang mga reaksyon ng Friedel-Crafts ay karaniwang nahahati sa dalawang uri: alkylation at acylation.

Alkylation. Sa ganitong uri ng reaksyon ng Friedel-Crafts, ang isa o higit pang mga atomo ng hydrogen sa singsing ng benzene ay pinapalitan ng mga pangkat ng alkyl. Halimbawa, kapag ang pinaghalong benzene at chloromethane ay malumanay na pinainit sa presensya ng anhydrous aluminum chloride, ang methylbenzene ay nabuo. Ang Chloromethane ay gumaganap ng papel ng isang electrophilic agent sa reaksyong ito. Ito ay polarized ng aluminyo klorido sa parehong paraan tulad ng mga molekula ng halogen:

Ang mekanismo ng reaksyon na isinasaalang-alang ay maaaring iharap tulad ng sumusunod:

Dapat pansinin na sa reaksyon ng condensation na ito sa pagitan ng benzene at chloromethane, isang molekula ng hydrogen chloride ay inalis. Tandaan din na ang tunay na pag-iral ng metal carbocation sa anyo ng isang libreng ion ay kaduda-dudang.

Ang alkylation ng benzene na may chloromethane sa pagkakaroon ng isang katalista - ang anhydrous aluminum chloride ay hindi nagreresulta sa pagbuo ng methylbenzene. Sa reaksyong ito, ang karagdagang alkylation ng benzene ring ay nangyayari, na humahantong sa pagbuo ng 1,2-dimethylbenzene:

Acylation. Sa ganitong uri ng reaksyon ng Friedel-Crafts, ang isang hydrogen atom sa benzene ring ay pinalitan ng isang acyl group, na nagreresulta sa pagbuo ng isang aromatic ketone.

Ang pangkat ng acyl ay may pangkalahatang formula

Ang sistematikong pangalan ng isang acyl compound ay nabuo sa pamamagitan ng pagpapalit ng suffix at nagtatapos -ova sa pangalan ng kaukulang carboxylic acid, kung saan ang acyl compound na ito ay isang derivative, na may suffix -(o) yl. Halimbawa

Ang acylation ng benzene ay isinasagawa gamit ang chloride o anhydride ng anumang carboxylic acid sa pagkakaroon ng isang katalista, anhydrous aluminum chloride. Halimbawa

Ang reaksyong ito ay isang condensation kung saan ang isang molekula ng hydrogen chloride ay inalis. Tandaan din na ang pangalang "phenyl" ay kadalasang ginagamit upang sumangguni sa benzene ring sa mga compound kung saan hindi benzene ang pangunahing grupo:

Mga reaksyon sa karagdagan. Bagama't ang benzene ay pinakanailalarawan sa pamamagitan ng mga reaksyon ng pagpapalit ng electrophilic, sumasailalim din ito sa ilang mga reaksyon sa karagdagan. Nakilala na namin ang isa sa kanila. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa hydrogenation ng benzene (tingnan ang seksyon 5.3). Kapag ang isang pinaghalong benzene at hydrogen ay naipasa sa ibabaw ng isang pinong giniling na nickel catalyst sa temperatura na 150-160 °C, ang isang buong pagkakasunud-sunod ng mga reaksyon ay nangyayari, na nagtatapos sa pagbuo ng cyclohexane. Ang pangkalahatang stoichiometric equation para sa reaksyong ito ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:

Kapag nalantad sa ultraviolet radiation o direktang sikat ng araw, ang benzene ay tumutugon din sa chlorine. Ang reaksyong ito ay nangyayari sa pamamagitan ng isang komplikadong radikal na mekanismo. Ang huling produkto nito ay 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane:

Ang isang katulad na reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng benzene at bromine sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet radiation o sikat ng araw.

Oksihenasyon. Ang Benzene at ang benzene ring sa iba pang mga aromatic compound ay, sa pangkalahatan, lumalaban sa oksihenasyon kahit na sa pamamagitan ng mga malakas na ahente ng oxidizing bilang isang acidic o alkaline na solusyon ng potassium permanganate. Gayunpaman, ang benzene at iba pang mga aromatic compound ay nasusunog sa hangin o oxygen upang makabuo ng napaka-usok na apoy, na tipikal ng mga hydrocarbon na may mataas na relatibong carbon content.

Ang unang pangkat ng mga reaksyon ay mga reaksyon ng pagpapalit. Sinabi namin na ang mga arene ay walang maraming mga bono sa istraktura ng molekula, ngunit naglalaman ng isang conjugated system ng anim na electron, na napakatatag at nagbibigay ng karagdagang lakas sa singsing ng benzene. Samakatuwid, sa mga reaksiyong kemikal, ang pagpapalit ng mga atomo ng hydrogen ay nangyayari muna, at hindi ang pagkasira ng singsing ng benzene.

Nakatagpo na tayo ng mga reaksyon ng pagpapalit kapag pinag-uusapan ang tungkol sa mga alkanes, ngunit para sa kanila ang mga reaksyong ito ay sumunod sa isang radikal na mekanismo, habang ang mga arene ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang ionic na mekanismo ng mga reaksyon ng pagpapalit.

Una halogenation ng pag-aari ng kemikal. Pagpapalit ng hydrogen atom ng halogen atom, chlorine o bromine.

Ang reaksyon ay nangyayari kapag pinainit at palaging may partisipasyon ng isang katalista. Sa kaso ng chlorine, maaaring ito ay aluminum chloride o ferric chloride three. Ang katalista ay nagpo-polarize ng halogen molecule, na nagiging sanhi ng heterolytic bond cleavage at paggawa ng mga ion.

Ang klorin ay isang positibong sisingilin na ion at tumutugon sa benzene.

Kung ang reaksyon ay nangyayari sa bromine, kung gayon ang katalista ay iron bromide o aluminum bromide.

Mahalagang tandaan na ang reaksyon ay nangyayari sa molecular bromine at hindi sa bromine water. Ang Benzene ay hindi tumutugon sa bromine na tubig.

Ang halogenation ng benzene homologues ay may sariling mga katangian. Sa molekula ng toluene, pinapadali ng pangkat ng methyl ang pagpapalit sa singsing, tumataas ang reaktibiti, at ang reaksyon ay nangyayari sa ilalim ng mas banayad na mga kondisyon, iyon ay, sa temperatura ng silid.

Mahalagang tandaan na ang pagpapalit ay palaging nangyayari sa ortho at para na mga posisyon, kaya ang isang halo ng mga isomer ay nakuha.

Pangalawa pag-aari nitrasyon ng benzene, pagpapakilala ng isang pangkat ng nitro sa singsing ng benzene.

Ang isang mabigat na madilaw na likido na may amoy ng mapait na mga almendras ay nabuo nitrobenzene, kaya ang reaksyon ay maaaring maging husay sa benzene. Para sa nitration, ginagamit ang isang nitrating mixture ng concentrated nitric at sulfuric acid. Ang reaksyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng pag-init.

Ipaalala ko sa iyo na para sa nitration ng mga alkanes sa reaksyon ng Konovalov, ginamit ang diluted na nitric acid nang walang pagdaragdag ng sulfuric acid.

Sa panahon ng nitration ng toluene, pati na rin sa panahon ng halogenation, nabuo ang isang halo ng ortho- at para-isomer.

Pangatlo property alkylation ng benzene na may haloalkanes.

Ang reaksyong ito ay nagpapahintulot sa pagpapakilala ng isang hydrocarbon radical sa benzene ring at maaaring ituring na isang paraan para sa paggawa ng benzene homologues. Ang aluminyo klorido ay ginagamit bilang isang katalista, na nagtataguyod ng pagkabulok ng molekula ng haloalkane sa mga ion. Kailangan din ang pag-init.

Pang-apat property alkylation ng benzene na may alkenes.

Sa ganitong paraan maaari kang makakuha, halimbawa, cumene o ethylbenzene. Catalyst aluminyo klorido.

2. Pagdaragdag ng mga reaksyon sa benzene

Ang pangalawang pangkat ng mga reaksyon ay mga reaksyon sa karagdagan. Sinabi namin na ang mga reaksyong ito ay hindi pangkaraniwan, ngunit posible ang mga ito sa ilalim ng medyo mahigpit na mga kondisyon sa pagkasira ng pi-electron cloud at pagbuo ng anim na sigma bond.

Panglima ari-arian sa pangkalahatang listahan ng hydrogenation, pagdaragdag ng hydrogen.

Temperatura, presyon, catalyst nickel o platinum. Ang Toluene ay maaaring tumugon sa parehong paraan.

Pang-anim chlorination ng ari-arian. Pakitandaan na partikular na pinag-uusapan natin ang pakikipag-ugnayan sa chlorine, dahil hindi pumapasok ang bromine sa reaksyong ito.

Ang reaksyon ay nangyayari sa ilalim ng malupit na pag-iilaw ng ultraviolet. Hexachlorocyclohexane, isa pang pangalan para sa hexachlorane, isang solid, ay nabuo.

Mahalagang tandaan na para sa benzene Imposible mga reaksyon ng karagdagan ng hydrogen halides (hydrohalogenation) at pagdaragdag ng tubig (hydration).

3. Pagpapalit sa side chain ng benzene homologues

Ang ikatlong pangkat ng mga reaksyon ay may kinalaman lamang sa mga benzene homologue - ito ay isang pagpapalit sa side chain.

Ikapito ari-arian sa pangkalahatang listahan ng halogenation sa alpha carbon atom sa side chain.

Ang reaksyon ay nangyayari kapag pinainit o na-irradiated at palaging nasa alpha carbon lamang. Habang nagpapatuloy ang halogenation, babalik ang pangalawang halogen atom sa posisyon ng alpha.

4. Oxidation ng benzene homologues

Ang ikaapat na pangkat ng mga reaksyon ay oksihenasyon.

Ang benzene ring ay masyadong malakas, kaya benzene hindi nag-oxidize Ang potassium permanganate ay hindi nag-discolor ng solusyon nito. Ito ay napakahalagang tandaan.

Ngunit ang mga homologue ng benzene ay na-oxidized ng isang acidified na solusyon ng potassium permanganate kapag pinainit. At ito ang ikawalong katangian ng kemikal.

Gumagawa ito ng benzoic acid. Ang pagkawalan ng kulay ng solusyon ay sinusunod. Sa kasong ito, gaano man katagal ang carbon chain ng substituent, palagi itong nasira pagkatapos ng unang carbon atom at ang alpha atom ay na-oxidize sa isang carboxyl group na may pagbuo ng benzoic acid. Ang natitira sa molekula ay na-oxidized sa kaukulang acid o, kung ito ay isang carbon atom lamang, sa carbon dioxide.

Kung ang isang benzene homologue ay may higit sa isang hydrocarbon substituent sa aromatic ring, kung gayon ang oksihenasyon ay nangyayari ayon sa parehong mga patakaran - ang carbon na matatagpuan sa posisyon ng alpha ay na-oxidized.

Ang halimbawang ito ay gumagawa ng dibasic aromatic acid na tinatawag na phthalic acid.

Gusto kong pansinin lalo na ang oksihenasyon ng cumene, isopropylbenzene, sa pamamagitan ng atmospheric oxygen sa pagkakaroon ng sulfuric acid.

Ito ang tinatawag na cumene method para sa paggawa ng phenol. Bilang isang patakaran, ang isang tao ay nakatagpo ng reaksyong ito sa mga bagay na may kaugnayan sa paggawa ng phenol. Ito ay isang pang-industriyang pamamaraan.

ikasiyam pagkasunog ng ari-arian, kumpletong oksihenasyon na may oxygen. Ang Benzene at ang mga homologue nito ay nasusunog sa carbon dioxide at tubig.

Isulat natin ang combustion equation ng benzene sa pangkalahatang anyo.

Ayon sa batas ng konserbasyon ng masa, dapat mayroong kasing dami ng mga atomo sa kaliwa gaya ng mga atomo sa kanan. Dahil sa mga reaksiyong kemikal, ang mga atomo ay hindi nawawala, ngunit ang pagkakasunud-sunod ng mga bono sa pagitan nila ay nagbabago lamang. Kaya magkakaroon ng maraming mga molekula ng carbon dioxide gaya ng mayroong mga atomo ng carbon sa molekula ng arene, dahil ang molekula ay naglalaman ng isang carbon atom. Iyon ay, n CO 2 molecules. Magkakaroon ng dalawang beses na mas kaunting mga molekula ng tubig kaysa sa mga atomo ng hydrogen, iyon ay (2n-6)/2, na nangangahulugang n-3.

Mayroong parehong bilang ng mga atomo ng oxygen sa kaliwa at kanan. Sa kanan ay may 2n mula sa carbon dioxide, dahil ang bawat molekula ay may dalawang atomo ng oxygen, kasama ang n-3 mula sa tubig, para sa kabuuang 3n-3. Sa kaliwa mayroong parehong bilang ng mga atomo ng oxygen 3n-3, na nangangahulugang mayroong dalawang beses na mas kaunting mga molekula, dahil ang molekula ay naglalaman ng dalawang atomo. Iyon ay (3n-3)/2 oxygen molecules.

Kaya, nag-compile kami ng isang equation para sa pagkasunog ng benzene homologues sa pangkalahatang anyo.

DEPINISYON

Benzene- ito ay isang walang kulay na likido na may katangian na amoy; punto ng kumukulo 80.1 o C, punto ng pagkatunaw 5.5 o C. Hindi matutunaw sa tubig, nakakalason.

Ang mga aromatic na katangian ng benzene, na tinutukoy ng mga kakaiba ng istraktura nito, ay ipinahayag sa kamag-anak na katatagan ng singsing ng benzene, sa kabila ng unsaturated na komposisyon ng benzene. Kaya, hindi tulad ng mga unsaturated compound na may ethylene double bonds, ang benzene ay lumalaban sa mga oxidizing agent.

kanin. 1. Ang istraktura ng molekula ng benzene ayon kay Kekul.

Pagkuha ng benzene

Ang mga pangunahing paraan ng pagkuha ng benzene ay kinabibilangan ng:

— dehydrocyclization ng hexane (catalysts - Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 -(CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2 (t o C, p, kat = Cr 2 O 3);

- dehydrogenation ng cyclohexane

C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 (t o C, kat = Pt, Ni);

— trimerization ng acetylene (ang reaksyon ay nangyayari kapag pinainit sa 600 o C, ang catalyst ay activated carbon)

3HC≡CH → C 6 H 6 (t = 600 o C, kat = C activ).

Mga kemikal na katangian ng benzene

Ang Benzene ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga reaksyon ng pagpapalit na nagaganap sa pamamagitan ng isang electrophilic na mekanismo:

Halogenation (ang benzene ay tumutugon sa chlorine at bromine sa pagkakaroon ng mga catalyst - anhydrous AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 -Cl + HCl;

- nitrasyon (madaling tumutugon ang benzene sa pinaghalong nitrating - isang pinaghalong puro nitric at sulfuric acid)

- alkylation na may alkenes

C 6 H 6 + CH 2 =CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH(CH 3) 2

Ang mga reaksyon ng karagdagan sa benzene ay humantong sa pagkasira ng aromatic system at nangyayari lamang sa ilalim ng malupit na mga kondisyon:

- hydrogenation (produkto ng reaksyon - cyclohexane)

C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12 (t o C, kat = Pt);

- pagdaragdag ng chlorine (nagaganap sa ilalim ng impluwensya ng UV radiation na may pagbuo ng isang solidong produkto - hexachlorocyclohexane (hexachlorane) - C 6 H 6 Cl 6)

C 6 H 6 + 6Cl 2 → C 6 H 6 Cl 6 .

Mga aplikasyon ng benzene

Ang Benzene ay malawakang ginagamit sa pang-industriyang organikong kimika. Halos lahat ng mga compound na naglalaman ng mga singsing ng benzene ay nakuha mula sa benzene, halimbawa, styrene, phenol, aniline, halogenated arenes. Ginagamit ang Benzene para sa synthesis ng mga tina, surfactant, at mga parmasyutiko.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

Mag-ehersisyo

Ang density ng singaw ng sangkap ay 3.482 g/l. Ang pyrolysis nito ay nagbunga ng 6 g ng soot at 5.6 liters ng hydrogen. Tukuyin ang formula ng sangkap na ito.

Solusyon

Ang uling ay carbon. Hanapin natin ang dami ng soot substance batay sa mga kondisyon ng problema (ang molar mass ng carbon ay 12 g/mol):

n(C) = m(C) / M(C);

n(C) = 6 / 12 = 0.5 mol.

Kalkulahin natin ang dami ng hydrogen substance:

n(H 2) = V(H 2) / V m;

n(H2) = 5.6 / 22.4 = 0.25 mol.

Nangangahulugan ito na ang dami ng substance ng isang hydrogen atom ay magiging katumbas ng:

n(H) = 2 × 0.25 = 0.5 mol.

Tukuyin natin ang bilang ng mga atomo ng carbon sa isang molekulang hydrocarbon bilang "x", at ang bilang ng mga atomo ng hydrogen bilang "y", kung gayon ang ratio ng mga atomo na ito sa molekula ay:

x: y = 0.5: 0.5 = 1:1.

Pagkatapos ang pinakasimpleng formula ng hydrocarbon ay ipapahayag ng komposisyon na CH. Ang molekular na timbang ng isang molekula ng komposisyon CH ay katumbas ng:

M(CH) = 13 g/mol

Hanapin natin ang molekular na timbang ng hydrocarbon batay sa mga kondisyon ng problema:

M (C x H y) = ρ×V m;

M (C x H y) = 3.482 x 22.4 = 78 g/mol.

Tukuyin natin ang totoong formula ng hydrocarbon:

k= M(C x H y)/ M(CH)= 78/13 =6,

samakatuwid, ang mga coefficient na "x" at "y" ay kailangang i-multiply sa 6 at pagkatapos ay ang hydrocarbon formula ay kukuha ng form na C 6 H 6. Ito ay benzene.

Sagot

Ang nais na hydrocarbon ay may komposisyon C 6 H 6 . Ito ay benzene.

HALIMBAWA 2