ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Бензол(циклохексатриен - 1,3,5) е органично вещество, най-простият представител на редица ароматни въглеводороди.

Формула – C 6 H 6 (структурна формула – фиг. 1). Молекулна маса – 78, 11.

Ориз. 1. Структурни и пространствени формули на бензена.

Всичките шест въглеродни атома в молекулата на бензена са в sp 2 хибридно състояние. Всеки въглероден атом образува 3σ връзки с два други въглеродни атома и един водороден атом, разположени в една и съща равнина. Шест въглеродни атома образуват правилен шестоъгълник (σ-скелет на молекулата на бензена). Всеки въглероден атом има една нехибридизирана р-орбитала, съдържаща един електрон. Шест p-електрона образуват единичен π-електронен облак (ароматна система), който е изобразен като кръг вътре в шестчленен пръстен. Въглеводородният радикал, получен от бензен, се нарича C 6 H 5 - - фенил (Ph-).

Химични свойства на бензола

Бензолът се характеризира с реакции на заместване, които протичат чрез електрофилен механизъм:

- халогениране (бензенът реагира с хлор и бром в присъствието на катализатори - безводен AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + CI2 = C6H5-Cl + HCI;

- нитриране (бензенът лесно реагира с нитруващата смес - смес от концентрирани азотна и сярна киселини)

- алкилиране с алкени

C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5-CH(CH3)2;

Реакциите на присъединяване към бензен водят до разрушаване ароматна системаи се срещат само при тежки условия:

— хидрогениране (реакцията протича при нагряване, катализаторът е Pt)

- добавяне на хлор (възниква под въздействието на UV радиация с образуването на твърд продукт - хексахлороциклохексан (хексахлоран) - C 6 H 6 Cl 6)

Като всяка органично съединениебензенът претърпява реакция на горене, за да образува въглероден диоксид и вода като реакционни продукти (гори с димящ пламък):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Физични свойства на бензена

Бензолът е безцветна течност, но има специфична остра миризма. Образува азеотропна смес с вода, смесва се добре с етери, бензин и различни органични разтворители. Точка на кипене – 80.1C, точка на топене – 5.5C. Токсичен, канцероген (т.е. насърчава развитието на рак).

Получаване и използване на бензол

Основните методи за получаване на бензен:

— дехидроциклизиране на хексан (катализатори – Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

— дехидрогениране на циклохексан (реакцията протича при нагряване, катализаторът е Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

— тримеризация на ацетилен (реакцията протича при нагряване до 600C, катализаторът е активен въглен)

3HC≡CH → C6H6.

Бензолът служи като суровина за производството на хомолози (етилбензол, кумол), циклохексан, нитробензен, хлоробензен и други вещества. Преди това бензолът се използваше като добавка към бензина за увеличаване на октановото му число, но сега, поради високата си токсичност, съдържанието на бензол в горивото е строго регулирано. Бензолът понякога се използва като разтворител.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Запишете уравненията, които могат да се използват за извършване на следните трансформации: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Решение

За производството на ацетилен от метан се използва следната реакция:

2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C).

Получаването на бензен от ацетилен е възможно чрез реакцията на тримеризация на ацетилена, която протича при нагряване (t = 600C) и в присъствието на активен въглен:

3C 2 H 2 → C 6 H 6.

Реакцията на хлориране на бензен за получаване на хлоробензен като продукт се извършва в присъствието на железен (III) хлорид:

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

ПРИМЕР 2

Упражнение

Към 39 g бензен в присъствието на железен (III) хлорид се добавя 1 mol бромна вода. Какво количество вещество и колко грама от какви продукти е произведено?

Решение

Нека напишем уравнението за реакцията на бензен бромиране в присъствието на железен (III) хлорид:

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr.

Продуктите на реакцията са бромобензен и бромоводород. Моларна масабензен, изчислен с помощта на табл химически елементи DI. Менделеев – 78 g/mol. Нека намерим количеството бензен:

n(C6H6) = m(C6H6) / M(C6H6);

n(C6H6) = 39 / 78 = 0.5 mol.

Според условията на задачата бензенът реагира с 1 мол бром. Следователно бензенът е в недостиг и по-нататъшни изчисления ще бъдат направени с помощта на бензен. Съгласно уравнението на реакцията n(C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) = 1: 1: 1, следователно n (C 6 H 6) = n (C 6 H 5 Br) =: n(HBr) = 0,5 mol. Тогава масите на бромобензен и бромоводород ще бъдат равни:

m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br);

m(HBr) = n(HBr)×M(HBr).

Моларни маси на бромобензен и бромоводород, изчислени с помощта на таблицата на химичните елементи от D.I. Менделеев - съответно 157 и 81 g/mol.

m(C6H5Br) = 0.5 × 157 = 78.5 g;

m(HBr) = 0,5 × 81 = 40,5 g.

Отговор

Продуктите на реакцията са бромобензен и бромоводород. Масите на бромобензен и бромоводород са съответно 78,5 и 40,5 g.

Арени (ароматни въглеводороди) – това са ненаситени (ненаситени) циклични въглеводороди, чиито молекули съдържат стабилни циклични групиатоми (бензенови ядра) със затворена система от спрегнати връзки.

Обща формула: C n H 2n–6за n ≥ 6.

Химични свойстваарени

Арени– ненаситени въглеводороди, чиито молекули съдържат три двойни връзки и пръстен. Но поради ефекта на конюгиране свойствата на арените се различават от свойствата на другите ненаситени въглеводороди.

Ароматните въглеводороди се характеризират със следните реакции:

присъединявания,
замествания,
окисляване (за бензенови хомолози).

Ароматната система на бензена е устойчива на окислители. Бензеновите хомолози обаче се окисляват от калиев перманганат и други окислители.

1. Реакции на присъединяване

Бензенът добавя хлор на светлина и водород при нагряване в присъствието на катализатор.

1.1. Хидрогениране

Бензенът добавя водород при нагряване и под налягане в присъствието на метални катализатори (Ni, Pt и др.).

Когато бензенът се хидрогенира, се образува циклохексан:

Когато хомолозите се хидрогенират, се образуват циклоалканови производни. При нагряване на толуен с водород под налягане и в присъствието на катализатор се образува метилциклохексан:

1.2. Хлориране на арени

Получава се добавяне на хлор към бензен по радикален механизъм при висока температура, под въздействието на ултравиолетовото лъчение.

Когато бензенът се хлорира на светлина, той се образува 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан (хексахлоран).

Хексахлоранът е пестицид, използван за борба с вредни насекоми. Понастоящем употребата на хексахлоран е забранена.

Бензоловите хомолози не добавят хлор. Ако бензенов хомолог реагира с хлор или бром на светлина или при висока температура (300°C), тогава водородните атоми се заместват върху висящия алкилов заместител, а не върху ароматния пръстен.

2. Реакции на заместване

2.1. Халогениране

Бензолът и неговите хомолози влизат в реакции на заместване с халогени (хлор, бром) в присъствието на катализатори (AlCl 3, FeBr 3) .

При взаимодействие с хлор върху катализатора AlCl 3 се образува хлоробензен:

Ароматните въглеводороди реагират с бром при нагряване и в присъствието на катализатор - FeBr 3. Металното желязо може да се използва и като катализатор.

Бромът реагира с желязото, за да образува железен (III) бромид, който катализира бромирането на бензена:

Мета-хлоротолуен се образува в малки количества.

Когато бензеновите хомолози взаимодействат с халогени на светлина или при високи температури(300 o C) водородът се замества не в бензеновия пръстен, а в страничния въглеводороден радикал.

Например при хлориране на етилбензен:

2.2. Нитриране

Бензолът реагира с концентрат азотни киселини oh в присъствието на концентрирана сярна киселина (нитруваща смес).

Това произвежда нитробензен:

Толуенът реагира с концентрирана азотна киселина в присъствието на концентрирана сярна киселина.

В реакционните продукти посочваме или едното от двете О-нитротолуол:

или П-нитротолуол:

Нитрирането на толуен може да се извърши и при заместване на три водородни атома. Това произвежда 2,4,6-тринитротолуен (TNT, tol):

2.3. Алкилиране на ароматни въглеводороди

Арените реагират с халоалкани в присъствието на катализатори (AlCl 3, FeBr 3 и др.), за да образуват бензенови хомолози.

Ароматните въглеводороди реагират с алкени в присъствието на алуминиев хлорид, железен (III) бромид, фосфорна киселинаи т.н.

Алкилирането с алкохоли се извършва в присъствието на концентрирана сярна киселина.

2.4. Сулфониране на ароматни въглеводороди

Бензенът реагира при нагряване с концентрирана сярна киселина или разтвор на SO 3 в сярна киселина (олеум), за да образува бензенсулфонова киселина:

3. Окисляване на арените

Бензолът е устойчив дори на силни окислители. Но хомолозите на бензена се окисляват под въздействието на силни окислители. Бензолът и неговите хомолози горят.

3.1. Пълно окисляване - изгаряне

При изгаряне на бензен и неговите хомолози се образуват въглероден диоксид и вода. Реакцията на горене на арени е придружена от освобождаване голямо количествотоплина.

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O + Q

Уравнение за изгаряне на арени в общ изглед:

C n H 2n–6 + (3n – 3)/2 O 2 → nCO 2 + (n – 3)H 2 O + Q

Когато ароматните въглеводороди горят при липса на кислород, може да се образува въглероден окис CO или сажди C.

Бензолът и неговите хомолози горят във въздуха с димен пламък. Бензолът и неговите хомолози образуват експлозивни смеси с въздух и кислород.

3.2. ОТНОСНОокисление на бензенови хомолози

Бензоловите хомолози лесно се окисляват от калиев перманганат и дихромат в кисела или неутрална среда при нагряване.

Това се случва окисляване на всички връзки при въглероден атом, съседен на бензеновия пръстен, с изключение на връзката на този въглероден атом с бензеновия пръстен.

Толуенът се окислява калиев перманганат в сярна киселинас образование бензоена киселина:

Ако настъпи окисляване на толуен в неутрален разтвор при нагряване, тогава се формира сол на бензоената киселина - калиев бензоат:

По този начин, толуен обезцветява подкиселен разтвор на калиев перманганатпри нагряване.

По-дългите радикали се окисляват до бензоена киселина и карбоксилна киселина:

При окисляването на пропилбензен се получават бензоена и оцетна киселина:

Изопропилбензенът се окислява от калиев перманганат в кисела среда до бензоена киселина и въглероден диоксид:

4. Ориентиращ ефект на заместителите върху бензеновия пръстен

Ако бензеновият пръстен съдържа заместители, не само алкилни, но и съдържащи други атоми (хидроксилна, аминогрупа, нитрогрупа и т.н.), тогава реакциите на заместване на водородните атоми в ароматната система протичат по строго определен начин, в съответствие с природата влияние на заместителя върху ароматната π-система.

Видове заместители на бензеновия пръстен

Заместители от първи вид	Заместители от втори род
орто- И двойка- позиция	*По-нататъшното заместване се извършва главно в мета- позиция*
Донор на електрони, увеличава електронната плътност в бензеновия пръстен	Електронно отнемащи, те намаляват електронната плътност в спрегнатата система.
алкилови заместители: CH 3 –, C 2 H 5 –и т.н.; хидроксил, амин: –OH, –NН2; халогени: –Cl, –Br	нитро група: – NO 2, – SO 3 N; карбонил – CHO; карбоксил: – COOH, нитрил: – C≡ Н; – CF 3

Физични свойства

Бензолът и неговите най-близки хомолози са безцветни течности със специфична миризма. Ароматните въглеводороди са по-леки от водата и не се разтварят в нея, но са лесно разтворими в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон.

Бензолът и неговите хомолози сами по себе си са добри разтворители за много хора органична материя. Всички арени горят с димящ пламък поради високото съдържание на въглерод в техните молекули.

Физическите свойства на някои арени са представени в таблицата.

Таблица. Физически свойства на някои арени

Име	Формула	t°.pl., °C	t°.b.p., °C
Бензол	C6H6	5,5	80,1
Толуен (метилбензен)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Етилбензен	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ксилол (диметилбензен)	C 6 H 4 (CH 3) 2
орто-		25,18	144,41
мета-		47,87	139,10
чифт-		13,26	138,35
Пропилбензен	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Кумол (изопропилбензен)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Стирен (винилбензен)	C6H5CH=CH2	30,6	145,2

Бензол – ниско кипене ( Tбала= 80,1°C), безцветна течност, неразтворима във вода

внимание! Бензол – отрова, засяга бъбреците, променя формулата на кръвта (при продължителна експозиция), може да наруши структурата на хромозомите.

Повечето ароматни въглеводороди са животозастрашаващи и токсични.

Получаване на арени (бензен и неговите хомолози)

В лабораторията

1. Сливане на соли на бензоена киселина с твърди основи

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

натриев бензоат

2. Реакция на Wurtz-Fitting: (тук G е халоген)

C 6з 5 -G + 2Na + Р-G →° С 6 з 5 - Р + 2 NaЖ

СЪС 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

В индустрията

изолиран от нефт и въглища чрез фракционна дестилация и реформинг;
от въглищен катран и коксов газ

1. Дехидроциклизация на алканис повече от 6 въглеродни атома:

C6H14 T , кат→C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризация на ацетилен(само за бензен) – Р. Зелински:

3С 2 H 2 600°° С, акт. въглища→C 6 H 6

3. Дехидрогениранециклохексан и неговите хомолози:

Съветският академик Николай Дмитриевич Зелински установява, че бензолът се образува от циклохексан (дехидрогениране на циклоалкани

C6H12 т, кат→C 6 H 6 + 3H 2

C6H11-CH3 T , кат→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклохексантолуен

4. Алкилиране на бензен(получаване на бензенови хомолози) – r Фридел-Крафтс.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl

хлороетан етилбензен

Химични свойства на арените

аз. РЕАКЦИИ НА ОКИСЛЕНИЕ

1. Изгаряне (димящ пламък):

2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. При нормални условия бензенът не обезцветява бромната вода и воден разтворкалиев перманганат

3. Бензоловите хомолози се окисляват от калиев перманганат (обезцветяване на калиев перманганат):

А) в кисела среда до бензоена киселина

Когато бензеновите хомолози са изложени на калиев перманганат и други силни окислители, страничните вериги се окисляват. Без значение колко сложна е веригата на заместителя, тя се разрушава, с изключение на а-въглеродния атом, който се окислява до карбоксилна група.

Хомолозите на бензена с една странична верига дават бензоена киселина:

Хомолозите, съдържащи две странични вериги, дават двуосновни киселини:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

Опростено :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) в неутрални и слабо алкални до бензоена киселина соли

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦИИ НА СЪБИРАНЕ (по-твърди от алкени)

1. Халогениране

C6H6 +3CI2 ч ν → C 6 H 6 Cl 6 (хексахлорциклохексан - хексахлоран)

2. Хидрогениране

C6H6 + 3H2 T , ПтилиNi→C 6 H 12 (циклохексан)

3. Полимеризация

III. РЕАКЦИИ НА ЗАМЕСТВАНЕ – йонен механизъм (по-лек от алкани)

1. Халогениране -

а ) бензен

C6H6+Cl2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлоробензен)

C6H6 + 6Cl2 t,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( хексахлоробензен)

C6H6 + Br2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромобензен)

б) бензенови хомолози при облъчване или нагряване

Химичните свойства на алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях се заместват с халоген по свободнорадикален механизъм. Следователно, в отсъствието на катализатор, при нагряване или ултравиолетово облъчване, възниква реакция на радикално заместване в страничната верига. Влиянието на бензеновия пръстен върху алкиловите заместители води до факта, че Водородният атом винаги се замества при въглеродния атом, директно свързан с бензеновия пръстен (а-въглероден атом).

1) C6H5-CH3 + Cl2 ч ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) хомолози на бензен в присъствието на катализатор

C6H5-CH3 + CI2 AlCl 3 → (орта смес, двойка производни) +HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

C6H6 + HO-NO2 t, H2SO4→ C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

нитробензен - миризма бадеми!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ СЪС H3-C6H2(NO2)3 + 3H2O

2,4,6-тринитротолуен (tol, TNT)

Приложение на бензена и неговите хомолози

Бензол C6H6 е добър разтворител. Бензолът като добавка подобрява качеството на моторното гориво. Той служи като суровина за производството на много ароматни органични съединения - нитробензен C 6 H 5 NO 2 (разтворител, от който се получава анилин), хлоробензен C 6 H 5 Cl, фенол C 6 H 5 OH, стирен и др.

Толуен C 6 H 5 –CH 3 – разтворител, използван в производството на багрила, медицински и експлозиви (тротил (TNT), или 2,4,6-тринитротолуен тротил).

Ксилени C6H4(CH3)2. Техническият ксилен е смес от три изомера ( орто-, мета- И двойка-ксилоли) – използва се като разтворител и изходен продукт за синтеза на много органични съединения.

Изопропилбензен C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 се използва за получаване на фенол и ацетон.

Хлорирани производни на бензенаизползвани за растителна защита. По този начин продуктът от заместването на Н атоми в бензен с хлорни атоми е хексахлоробензен C 6 Cl 6 - фунгицид; използва се за сухо третиране на семена от пшеница и ръж срещу главня. Продуктът от добавянето на хлор към бензен е хексахлорциклохексан (хексахлоран) C 6 H 6 Cl 6 - инсектицид; използва се за борба с вредните насекоми. Посочените вещества спадат към пестицидите - химически средства за борба с микроорганизми, растения и животни.

стирен C 6 H 5 – CH = CH 2 много лесно полимеризира, образувайки полистирен, а при съполимеризация с бутадиен, стирен-бутадиенови каучуци.

ВИДЕО ИЗЖИВЯВАНИЯ

Представяме на вашето внимание видео урок, посветен на темата „Химични свойства на бензола“. Използвайки това видео, можете да придобиете представа за химичните свойства на бензена, както и за суровите условия, необходими за реакцията на бензена с други вещества.

Предмет:Ароматни въглеводороди

Урок:Химични свойства на бензола

Ориз. 1. Молекула на бензена

Трудно е да се разбие р-електронният облак в молекула на бензен. Следователно влиза бензен химична реакциязначително по-малко активни в сравнение с ненаситените съединения.

За да може бензенът да влезе в химични реакции, са необходими доста строги условия: повишена температура и в много случаи катализатор. В повечето реакции стабилният бензенов пръстен се запазва.

1. Бромиране.

Необходим е катализатор (желязо (III) или алуминиев бромид) и не се допускат дори малки количества вода. Ролята на катализатора е, че бромната молекула се привлича от един от бромните атоми към железния атом. В резултат на това той е поляризиран - двойка свързващи електрони отива към бромния атом, свързан с желязото:

Br +…. Br - FeBr 3 .

Br+ е силен електрофил. Той е привлечен от шестелектронния облак на бензеновия пръстен и го разпада, образувайки ковалентна връзкас въглероден атом:

Към получения катион може да се присъедини бромен анион. Но редукцията на ароматната система на бензеновия пръстен е енергийно по-благоприятна от добавянето на бромен анион. Следователно молекулата преминава в стабилно състояние, изхвърляйки водороден йон:

Всички реакции на електрофилно заместване в бензеновия пръстен протичат по подобен механизъм.

2. Нитриране

Бензолът и неговите хомолози реагират със смес от концентрирана сярна и азотна киселина (нитруваща смес). В нитриращата смес нитрониевият йон NO 2 + съществува в равновесие, което е електрофил:

3. Сулфониране.

Бензолът и другите арени при нагряване реагират с концентрирана сярна киселина или олеум - разтвор на SO 3 в сярна киселина:

4 . Алкилиране на Фридел-Крафтс

5. Алкилиране с алкени

Тези реакции са енергийно неблагоприятни и поради това протичат само при нагряване или облъчване.

1. Хидрогениране.

При нагряване, при повишено налягане и в присъствието на Ni, Pt или Pd катализатор, бензенът и другите арени добавят водород, за да образуват циклохексан:

2. Хлориране на бензен.

Под въздействието на ултравиолетовото лъчение бензенът добавя хлор. Ако колба от кварцово стъкло, съдържаща разтвор на хлор в бензен, бъде изложена на слънчева светлина, разтворът бързо ще се обезцвети и хлорът ще се комбинира с бензен, за да образува 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан, който е известен като хексахлоран(използван преди това като инсектицид):

3. Изгаряне на бензен.

За разлика от алканите, бензенът и другите ароматни въглеводороди имат ярък, опушен пламък.

Обобщаване на урока

В този урок изучавахте темата „Химични свойства на бензена“. Използвайки този материал, вие успяхте да разберете химичните свойства на бензена, както и суровите условия, които са необходими, за да може бензенът да реагира с други вещества.

Библиография

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основи обща химия. 10. клас: учебник за общообразователни институции: основно ниво / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фелдман. - 14-то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Химия. 10 клас. Ниво на профил: учебник за общо образование институции/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.. - М.: Дропла, 2008. - 463 с.

3. Химия. 11 клас. Ниво на профил: академичен. за общо образование институции/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.- М .: Bustard, 2010. - 462 с.

4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задачи по химия за постъпващи във ВУЗ. - 4-то изд. - М.: РИА "Нова вълна": Издател Умеренков, 2012. - 278 с.

Домашна работа

1. № 13, 14 (стр. 62) Рудзитис Г.Е., Фелдман Ф.Г. Химия: Органична химия. 10. клас: учебник за общообразователни институции: основно ниво / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фелдман. - 14-то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Защо ароматните съединения се различават по химични свойства както от наситените, така и от ненаситените въглеводороди?

3. Напишете уравненията на реакцията за изгаряне на етилбензен и ксилен.

Ароматни HC (арени)– това са въглеводороди, чиито молекули съдържат един или повече бензенови пръстени.

Примери за ароматни въглеводороди:

Арени от бензеновата серия (моноциклични арени)

Обща формула:C n H 2n-6, n≥6

Най-простият представител на ароматните въглеводороди е бензенът, неговата емпирична формула е C 6 H 6.

Електронна структура на молекулата на бензена

Общата формула на моноцикличните арени C n H 2 n -6 показва, че те са ненаситени съединения.

През 1856 г. немският химик А.Ф. Кекуле предложи циклична формула за бензен с конюгирани връзки (редуват се единични и двойни връзки) - циклохексатриен-1,3,5:

Тази структура на молекулата на бензена не обяснява много от свойствата на бензена:

Бензенът се характеризира с реакции на заместване, а не с реакции на добавяне, характерни за ненаситените съединения. Реакциите на добавяне са възможни, но са по-трудни, отколкото за ;
бензенът не влиза в реакции, които са качествени реакции на ненаситени въглеводороди (с бромна вода и разтвор на KMnO 4).

По-късни изследвания на електронната дифракция показват, че всички връзки между въглеродните атоми в молекулата на бензена имат еднаква дължина от 0,140 nm (средната стойност между дължината на проста S-S връзки 0,154 nm и двойна връзка C=C 0,134 nm). Ъгълът между връзките при всеки въглероден атом е 120 o. Молекулата е правилен плосък шестоъгълник.

Съвременната теория за обяснение на структурата на молекулата C 6 H 6 използва идеята за хибридизация на атомни орбитали.

Въглеродните атоми в бензена са в състояние на sp 2 хибридизация. Всеки атом "C" образува три σ връзки (две с въглеродни атоми и една с водороден атом). Всички σ връзки са в една и съща равнина:

Всеки въглероден атом има един р-електрон, който не участва в хибридизацията. Нехибридизираните p-орбитали на въглеродните атоми са в равнина, перпендикулярна на равнината на σ връзките. Всеки p-облак се припокрива с два съседни p-облака и в резултат на това се образува единична спрегната π-система (помнете ефекта на конюгиране на p-електрони в молекулата на 1,3-бутадиен, разгледан в темата „Диенови въглеводороди“ ”):

Комбинацията от шест σ-връзки с една π-система се нарича ароматна връзка.

Нарича се пръстен от шест въглеродни атома, свързани с ароматна връзка бензенов пръстенили бензенов пръстен.

В съответствие със модерни идеиотносно електронна структурабензеновата молекула C 6 H 6 е изобразена, както следва:

Физични свойства на бензена

Бензолът при нормални условия е безцветна течност; t o pl = 5,5 o C; да кипна. = 80°С; има характерна миризма; не се смесва с вода, добър разтворител, силно токсичен.

Химични свойства на бензола

Ароматната връзка определя химичните свойства на бензена и другите ароматни въглеводороди.

6π-електронната система е по-стабилна от обикновените двуелектронни π-връзки. Следователно реакциите на присъединяване са по-малко типични за ароматните въглеводороди, отколкото за ненаситените въглеводороди. Най-характерните реакции за арен са реакциите на заместване.

аз. Реакции на заместване

1.Халогениране

2. Нитриране

Реакцията се провежда със смес от киселини (нитруваща смес):

3.Сулфониране

4.Алкилиране (заместване на атома "H" с алкилова група) - Реакции на Фридел-Крафтс, се образуват бензенови хомолози:

Вместо халоалкани могат да се използват алкени (в присъствието на катализатор - AlCl 3 или неорганична киселина):

II. Реакции на присъединяване

1.Хидрогениране

2.Добавяне на хлор

III.Окислителни реакции

1. Изгаряне

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. Непълно окисляване (KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 в кисела среда). Бензеновият пръстен е устойчив на окислители. Не възниква реакция.

Получаване на бензен

В индустрията:

1) преработка на нефт и въглища;

2) дехидрогениране на циклохексан:

3) дехидроциклизиране (ароматизиране) на хексан:

В лабораторията:

Сливане на соли на бензоена киселина с:

Изомерия и номенклатура на бензенови хомолози

Всеки хомолог на бензена има странична верига, т.е. алкилови радикали, свързани с бензенов пръстен. Първият бензенов хомолог е бензенов пръстен, свързан с метилов радикал:

Толуенът няма изомери, тъй като всички позиции в бензеновия пръстен са еквивалентни.

За следващите хомолози на бензена е възможен един вид изомерия - изомерия на страничната верига, която може да бъде два вида:

1) изомерия на броя и структурата на заместителите;

2) изомерия на позицията на заместителите.

Физични свойства на толуола

Толуен- безцветна течност с характерна миризма, неразтворима във вода, разтворима в органични разтворители. Толуенът е по-малко токсичен от бензена.

Химични свойства на толуола

аз. Реакции на заместване

1. Реакции, включващи бензеновия пръстен

Метилбензенът влиза във всички реакции на заместване, в които участва бензен, и в същото време проявява по-висока реактивност, реакциите протичат с по-висока скорост.

Метиловият радикал, съдържащ се в молекулата на толуола, е заместител от този вид, следователно в резултат на реакции на заместване в бензеновия пръстен се получават орто- и пара-производни на толуен или, в случай на излишък на реагента, трипроизводни от общата формула:

а) халогениране

При допълнително хлориране могат да се получат дихлорометилбензен и трихлорометилбензен:

II. Реакции на присъединяване

Хидрогениране

III.Окислителни реакции

1.Изгаряне
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

2. Непълно окисляване

За разлика от бензена, неговите хомолози се окисляват от определени окислители; в този случай страничната верига е подложена на окисление, в случая на толуен - метиловата група. Леките окислители като MnO 2 го окисляват до алдехидна група, по-силните окислители (KMnO 4) причиняват допълнително окисление до киселина:

Всеки хомолог на бензен с една странична верига се окислява от силен окислител като KMnO4 в бензоена киселина, т.е. страничната верига се разкъсва с окисляване на отцепената част до CO 2; Например: