DEFINICIJA

Benzen(cikloheksatrien - 1,3,5) je organska tvar, najjednostavniji predstavnik niza aromatskih ugljikovodika.

Formula – C 6 H 6 (strukturna formula – sl. 1). Molekulska masa – 78, 11.

Riža. 1. Strukturne i prostorne formule benzena.

Svih šest atoma ugljika u molekuli benzena je u sp 2 hibridnom stanju. Svaki atom ugljika tvori 3σ veze s dva druga atoma ugljika i jednim atomom vodika, koji leže u istoj ravnini. Šest atoma ugljika tvori pravilan šesterokut (σ-kostur molekule benzena). Svaki atom ugljika ima jednu nehibridiziranu p orbitalu koja sadrži jedan elektron. Šest p-elektrona tvori jedan oblak π-elektrona (aromatski sustav), koji je prikazan kao krug unutar šesteročlanog prstena. Ugljikovodični radikal dobiven iz benzena naziva se C 6 H 5 - - fenil (Ph-).

Kemijska svojstva benzena

Benzen karakteriziraju reakcije supstitucije koje se odvijaju putem elektrofilnog mehanizma:

- halogeniranje (benzen reagira s klorom i bromom u prisutnosti katalizatora - bezvodni AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 = C6H5-Cl + HCl;

- nitriranje (benzen lako reagira s nitrirajućom smjesom - smjesom koncentrirane dušične i sumporne kiseline)

- alkilacija s alkenima

C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5-CH(CH3)2;

Adicijske reakcije na benzen dovode do destrukcije aromatski sustav i javljaju se samo u teškim uvjetima:

— hidrogenacija (reakcija se događa zagrijavanjem, katalizator je Pt)

- adicija klora (događa se pod utjecajem UV zračenja uz nastanak krutog produkta - heksaklorocikloheksan (heksakloran) - C 6 H 6 Cl 6)

Kao bilo koji organski spoj benzen se podvrgava reakciji izgaranja pri čemu nastaju ugljični dioksid i voda kao produkti reakcije (gori s dimnim plamenom):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Fizikalna svojstva benzena

Benzen je bezbojna tekućina, ali ima specifičan oštar miris. S vodom stvara azeotropnu smjesu, dobro se miješa s eterima, benzinom i raznim organskim otapalima. Vrelište – 80,1C, talište – 5,5C. Toksičan, kancerogen (tj. potiče razvoj raka).

Dobivanje i uporaba benzena

Glavne metode dobivanja benzena:

— dehidrociklizacija heksana (katalizatori – Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

— dehidrogenacija cikloheksana (reakcija se odvija zagrijavanjem, katalizator je Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

— trimerizacija acetilena (reakcija se odvija zagrijavanjem na 600C, katalizator je aktivni ugljen)

3HC≡CH → C6H6.

Benzen služi kao sirovina za proizvodnju homologa (etilbenzen, kumen), cikloheksana, nitrobenzena, klorobenzena i drugih tvari. Prethodno se benzen koristio kao dodatak benzinu za povećanje oktanskog broja, ali sada je zbog visoke toksičnosti sadržaj benzena u gorivu strogo reguliran. Benzen se ponekad koristi kao otapalo.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Napiši jednadžbe pomoću kojih se mogu izvesti sljedeće transformacije: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Riješenje

Za proizvodnju acetilena iz metana koristi se sljedeća reakcija:

2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C).

Proizvodnja benzena iz acetilena moguća je reakcijom trimerizacije acetilena, koja se odvija zagrijavanjem (t = 600C) iu prisutnosti aktivnog ugljena:

3C 2 H 2 → C 6 H 6.

Reakcija kloriranja benzena da bi se dobio klorbenzen kao produkt provodi se u prisutnosti željezovog (III) klorida:

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

PRIMJER 2

Vježbajte

U 39 g benzena u prisutnosti željezovog (III) klorida dodan je 1 mol bromne vode. Koja je količina tvari i koliko grama kojeg proizvoda proizvedena?

Riješenje

Napišimo jednadžbu za reakciju bromiranja benzena u prisutnosti željezovog (III) klorida:

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr.

Produkti reakcije su bromobenzen i bromovodik. Molekulska masa benzen izračunat pomoću tablice kemijski elementi DI. Mendeljejev – 78 g/mol. Nađimo količinu benzena:

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

n(C6H6) = 39/78 = 0,5 mol.

Prema uvjetima zadatka benzen je reagirao s 1 molom broma. Posljedično, benzen je u nedostatku i daljnji izračuni će se raditi pomoću benzena. Prema jednadžbi reakcije n(C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) = 1:1:1, dakle n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) =: n(HBr) = 0,5 mol. Tada će mase brombenzena i bromovodika biti jednake:

m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br);

m(HBr) = n(HBr)×M(HBr).

Molarne mase bromobenzena i bromovodika, izračunate pomoću tablice kemijskih elemenata D.I. Mendelejev - 157 odnosno 81 g/mol.

m(C6H5Br) = 0,5 x 157 = 78,5 g;

m(HBr) = 0,5×81 = 40,5 g.

Odgovor

Produkti reakcije su bromobenzen i bromovodik. Mase bromobenzena su 78,5 i bromovodika 40,5 g.

Areni (aromatski ugljikovodici) – to su nezasićeni (nezasićeni) ciklički ugljikovodici, čije molekule sadrže stabilne cikličke grupe atomi (benzenske jezgre) sa zatvorenim sustavom konjugiranih veza.

Opća formula: C n H 2n–6za n ≥ 6.

Kemijska svojstva arene

Arene– nezasićeni ugljikovodici čije molekule sadrže tri dvostruke veze i prsten. Ali zbog efekta konjugacije, svojstva arena razlikuju se od svojstava drugih nezasićenih ugljikovodika.

Aromatske ugljikovodike karakteriziraju sljedeće reakcije:

pristupi,
zamjene,
oksidacija (za homologe benzena).

Aromatski sustav benzena otporan je na oksidirajuća sredstva. Međutim, homolozi benzena se oksidiraju kalijevim permanganatom i drugim oksidirajućim sredstvima.

1. Reakcije adicije

Benzen dodaje klor na svjetlu i vodik kada se zagrijava u prisutnosti katalizatora.

1.1. Hidrogeniranje

Benzen dodaje vodik kada se zagrijava i pod pritiskom u prisustvu metalnih katalizatora (Ni, Pt, itd.).

Kad se benzen hidrogenira, nastaje cikloheksan:

Kad se homolozi hidrogeniraju, nastaju derivati cikloalkana. Kada se toluen zagrijava s vodikom pod tlakom i u prisutnosti katalizatora, nastaje metilcikloheksan:

1.2. Kloriranje arena

Dolazi do adicije klora na benzen radikalnim mehanizmom na visokoj temperaturi, pod utjecajem ultraljubičastog zračenja.

Kada se benzen klorira na svjetlu, nastaje 1,2,3,4,5,6-heksaklorocikloheksan (heksakloran).

Heksakloran je pesticid koji se koristi za suzbijanje štetnih insekata. Upotreba heksaklorana trenutno je zabranjena.

Homolozi benzena ne dodaju klor. Ako homolog benzena reagira s klorom ili bromom na svjetlu ili na visokoj temperaturi (300°C), tada se atomi vodika zamjenjuju na visećem alkilnom supstituentu, a ne na aromatskom prstenu.

2. Supstitucijske reakcije

2.1. Halogeniranje

Benzen i njegovi homolozi stupaju u supstitucijske reakcije s halogenima (klor, brom) u prisutnosti katalizatora (AlCl 3, FeBr 3) .

U interakciji s klorom na katalizatoru AlCl 3 nastaje klorobenzen:

Aromatski ugljikovodici reagiraju s bromom pri zagrijavanju i u prisutnosti katalizatora - FeBr 3. Metalno željezo također se može koristiti kao katalizator.

Brom reagira sa željezom da nastane željezov(III) bromid, koji katalizira bromiranje benzena:

Meta-klorotoluen se stvara u malim količinama.

Pri međudjelovanju homologa benzena s halogenima na svjetlu ili na visokim temperaturama(300 o C) vodik se ne zamjenjuje u benzenskom prstenu, već u bočnom ugljikovodičnom radikalu.

Na primjer, kod kloriranja etilbenzena:

2.2. Nitriranje

Benzen reagira s koncentriranim dušične kiseline oh u prisutnosti koncentrirane sumporne kiseline (nitrirajuća smjesa).

Ovo proizvodi nitrobenzen:

Toluen reagira s koncentriranom dušičnom kiselinom u prisutnosti koncentrirane sumporne kiseline.

U produktima reakcije označavamo bilo O-nitrotoluen:

ili P-nitrotoluen:

Nitriranje toluena može se dogoditi i sa zamjenom tri atoma vodika. Ovo proizvodi 2,4,6-trinitrotoluen (TNT, tol):

2.3. Alkilacija aromatskih ugljikovodika

Areni reagiraju s haloalkanima u prisutnosti katalizatora (AlCl 3, FeBr 3 itd.) pri čemu nastaju homolozi benzena.

Aromatski ugljikovodici reagiraju s alkenima u prisutnosti aluminijevog klorida, željezovog (III) bromida, fosforna kiselina i tako dalje.

Alkiliranje s alkoholima događa se u prisutnosti koncentrirane sumporne kiseline.

2.4. Sulfoniranje aromatskih ugljikovodika

Benzen reagira zagrijavanjem s koncentriranom sumpornom kiselinom ili otopinom SO 3 u sumpornoj kiselini (oleum) i nastaje benzensulfonska kiselina:

3. Oksidacija arena

Benzen je otporan čak i na jaka oksidirajuća sredstva. Ali homolozi benzena oksidiraju se pod utjecajem jakih oksidacijskih sredstava. Benzen i njegovi homolozi gore.

3.1. Potpuna oksidacija – izgaranje

Pri gorenju benzena i njegovih homologa nastaju ugljikov dioksid i voda. Reakcija izgaranja arena popraćena je oslobađanjem velika količina toplina.

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

Jednadžba za izgaranje arena u opći pogled:

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

Kada aromatski ugljikovodici izgaraju u nedostatku kisika, može nastati ugljikov monoksid CO ili čađa C.

Benzen i njegovi homolozi gore na zraku zadimljenim plamenom. Benzen i njegovi homolozi stvaraju eksplozivne smjese sa zrakom i kisikom.

3.2. OKOoksidacija homologa benzena

Homolozi benzena lako se oksidiraju kalijevim permanganatom i dikromatom u kiseloj ili neutralnoj sredini kada se zagrijavaju.

Ovo se dogodi oksidacija svih veza na ugljikovom atomu, uz benzenski prsten, osim veze ovog ugljikovog atoma s benzenskim prstenom.

Toluen oksidira kalijev permanganat u sumpornoj kiselini s obrazovanjem benzojeva kiselina:

Ako dođe do oksidacije toluena u neutralnoj otopini pri zagrijavanju, tada se formira sol benzojeve kiseline - kalijev benzoat:

Dakle, toluen obezboji zakiseljenu otopinu kalijeva permanganata kada se zagrije.

Dulji radikali se oksidiraju u benzojevu kiselinu i karboksilnu kiselinu:

Oksidacijom propilbenzena nastaju benzojeva i octena kiselina:

Izopropilbenzen se oksidira kalijevim permanganatom u kiseloj sredini u benzojevu kiselinu i ugljikov dioksid:

4. Orijentacijski učinak supstituenata na benzenski prsten

Ako benzenski prsten sadrži supstituente, ne samo alkil, već i druge atome (hidroksil, amino skupinu, nitro skupinu itd.), Tada se reakcije supstitucije vodikovih atoma u aromatskom sustavu odvijaju na strogo definiran način, u skladu s Priroda utjecaj supstituenta na aromatski π-sustav.

Vrste supstituenata na benzenskom prstenu

Supstituenti prve vrste	Supstituenti druge vrste
orto- I par-položaj	*Daljnja zamjena događa se uglavnom u meta-položaj*
Donor elektrona, povećava gustoću elektrona u benzenskom prstenu	Privlačeći elektrone, smanjuju gustoću elektrona u konjugiranom sustavu.
alkilni supstituenti: CH 3 –, C 2 H 5 – i tako dalje.; hidroksil, amin: –OH, –NN2; halogeni: –Cl, –Br	nitro skupina: – NO 2, – SO 3 N; karbonil – CHO; karboksil: – COOH, nitril: – C≡ N; – CF 3

Fizička svojstva

Benzen i njegovi najbliži homolozi su bezbojne tekućine specifičnog mirisa. Aromatični ugljikovodici lakši su od vode i ne otapaju se u njoj, ali su lako topljivi u organskim otapalima – alkoholu, eteru, acetonu.

Benzen i njegovi homolozi sami su za mnoge dobra otapala organska tvar. Sve arene gore zadimljenim plamenom zbog visokog sadržaja ugljika u njihovim molekulama.

Fizička svojstva nekih borilišta prikazana su u tablici.

Stol. Fizička svojstva nekih borilišta

Ime	Formula	t°.pl., °C	t°.b.p., °C
Benzen	C6H6	5,5	80,1
Toluen (metilbenzen)	C6H5CH3	95,0	110,6
Etilbenzen	C6H5C2H5	95,0	136,2
ksilen (dimetilbenzen)	C6H4(CH3)2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
par-		13,26	138,35
propilbenzen	C6H5(CH2)2CH3	99,0	159,20
kumen (izopropilbenzen)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
stiren (vinilbenzen)	C6H5CH=CH2	30,6	145,2

Benzen – nisko ključanje ( tbala= 80,1°C), bezbojna tekućina, netopljiva u vodi

Pažnja! Benzen – otrov, utječe na bubrege, mijenja krvnu formulu (uz produljenu izloženost), može poremetiti strukturu kromosoma.

Većina aromatskih ugljikovodika je opasna po život i otrovna.

Dobivanje arena (benzen i njegovi homolozi)

U laboratoriju

1. Fuzija soli benzojeve kiseline s čvrstim alkalijama

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

natrijev benzoat

2. Wurtz-Fittingova reakcija: (ovdje je G halogen)

C 6H 5 -G + 2Na + R-G →C 6 H 5 - R + 2 NaG

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

U industriji

izoliran iz nafte i ugljena frakcijskom destilacijom i reformingom;
od katrana ugljena i koksnog plina

1. Dehidrociklizacija alkana s više od 6 atoma ugljika:

C6H14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2

2. Trimerizacija acetilena(samo za benzen) – R. Zelinsky:

3S 2 H 2 600°C, čin. ugljen→C 6 H 6

3. Dehidrogenacija cikloheksan i njegovi homolozi:

Sovjetski akademik Nikolaj Dmitrijevič Zelinski ustanovio je da benzen nastaje iz cikloheksana (dehidrogenacijom cikloalkana

C6H12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2

C6H11-CH3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

metilcikloheksantoluen

4. Alkilacija benzena(priprava homologa benzena) – r Friedel-Crafts.

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

kloretan etilbenzen

Kemijska svojstva arena

ja. REAKCIJE OKSIDACIJE

1. Izgaranje (dimeći plamen):

2C6H6 + 15O2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. U normalnim uvjetima benzen ne mijenja boju bromne vode i vodena otopina kalijev permanganat

3. Homolozi benzena oksidiraju se kalijevim permanganatom (obojite kalijev permanganat):

A) u kiseloj sredini u benzojevu kiselinu

Kada su homolozi benzena izloženi kalijevom permanganatu i drugim jakim oksidirajućim sredstvima, bočni lanci se oksidiraju. Bez obzira koliko je složen lanac supstituenta, on se uništava, s izuzetkom a-ugljikovog atoma, koji se oksidira u karboksilnu skupinu.

Homolozi benzena s jednim bočnim lancem daju benzojevu kiselinu:

Homolozi koji sadrže dva bočna lanca daju dibazične kiseline:

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

Pojednostavljeno :

C6H5-CH3+30 KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

B) u neutralnim i slabo alkalnim solima benzojeve kiseline

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

II. ADICIJE REAKCIJE (tvrđi od alkena)

1. Halogeniranje

C6H6 +3Cl2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksaklorocikloheksan - heksakloran)

2. Hidrogenizacija

C6H6 + 3H2 t , PtiliNi→C 6 H 12 (cikloheksan)

3. Polimerizacija

III. REAKCIJE ZAMJENE – ionski mehanizam (lakši od alkana)

1. Halogeniranje -

a ) benzen

C6H6+Cl2 AlCl 3 → C6H5-Cl + HCl (klorobenzen)

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

C6H6 + Br 2 t,FeCl3→ C6H5-Br + HBr( bromobenzen)

b) homolozi benzena nakon zračenja ili zagrijavanja

Kemijska svojstva alkilnih radikala slična su alkanima. Atomi vodika u njima su slobodnim radikalskim mehanizmom zamijenjeni halogenom. Stoga, u nedostatku katalizatora, nakon zagrijavanja ili UV zračenja, dolazi do reakcije radikalne supstitucije u bočnom lancu. Utjecaj benzenskog prstena na alkilne supstituente dovodi do činjenice da Atom vodika uvijek je zamijenjen na atomu ugljika koji je izravno vezan na benzenski prsten (a-ugljikov atom).

1) C6H5-CH3 + Cl2 h ν → C6H5-CH2-Cl + HCl

c) homolozi benzena u prisutnosti katalizatora

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (orta smjesa, par derivata) +HCl

2. Nitracija (s dušičnom kiselinom)

C6H6 + HO-NO2 t, H2SO4→C6H5-NO2 + H2O

nitrobenzen - miris bademi!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ S H3-C6H2 (NO2)3 + 3H20

2,4,6-trinitrotoluen (tol, TNT)

Primjena benzena i njegovih homologa

Benzen C6H6 je dobro otapalo. Benzen kao aditiv poboljšava kvalitetu motornog goriva. Služi kao sirovina za proizvodnju mnogih aromatskih organskih spojeva - nitrobenzena C 6 H 5 NO 2 (otapalo iz kojeg se dobiva anilin), klorobenzena C 6 H 5 Cl, fenola C 6 H 5 OH, stirena itd.

Toluen C 6 H 5 –CH 3 – otapalo, koristi se u proizvodnji boja, lijekova i eksploziva (TNT (TNT), ili 2,4,6-trinitrotoluen TNT).

Ksileni C6H4(CH3)2. Tehnički ksilen je mješavina tri izomera ( orto-, meta- I par-ksileni) – koristi se kao otapalo i početni produkt za sintezu mnogih organskih spojeva.

izopropilbenzen C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 koristi se za proizvodnju fenola i acetona.

Klorirani derivati benzena koristi se za zaštitu bilja. Dakle, proizvod zamjene H atoma u benzenu s atomima klora je heksaklorobenzen C 6 Cl 6 - fungicid; koristi se za suho tretiranje sjemena pšenice i raži protiv plamenjače. Produkt adicije klora na benzen je heksaklorocikloheksan (heksakloran) C 6 H 6 Cl 6 - insekticid; koristi se za suzbijanje štetnih insekata. Navedene tvari spadaju u pesticide – kemijska sredstva za suzbijanje mikroorganizama, biljaka i životinja.

Stiren C 6 H 5 – CH = CH 2 vrlo lako polimerizira, tvoreći polistiren, a pri kopolimerizaciji s butadienom, stiren-butadien gume.

VIDEO ISKUSTVA

Predstavljamo vam video lekciju posvećenu temi "Kemijska svojstva benzena". Pomoću ovog videa možete steći razumijevanje kemijskih svojstava benzena, kao i surovih uvjeta potrebnih da benzen reagira s drugim tvarima.

Predmet:Aromatski ugljikovodici

Lekcija:Kemijska svojstva benzena

Riža. 1. Molekula benzena

Teško je razbiti oblak p-elektrona u molekuli benzena. Stoga ulazi benzen kemijske reakcije znatno manje aktivan u usporedbi s nezasićenim spojevima.

Da bi benzen mogao ući u kemijske reakcije, potrebni su prilično strogi uvjeti: povišena temperatura, au mnogim slučajevima i katalizator. U većini reakcija, stabilni benzenski prsten se zadržava.

1. Bromiranje.

Potreban je katalizator (željezo (III) ili aluminijev bromid), a čak ni male količine vode nisu dopuštene. Uloga katalizatora je da molekulu broma privuče jedan od atoma broma na atom željeza. Kao rezultat toga, polariziran je - par veznih elektrona ide do atoma broma povezanog sa željezom:

Br +…. Br - FeBr 3 .

Br+ je jak elektrofil. Privlači ga oblak od šest elektrona benzenskog prstena i razbija ga, stvarajući kovalentna veza s atomom ugljika:

Nastalom kationu mogao bi se pridružiti anion broma. Ali redukcija aromatskog sustava benzenskog prstena energetski je povoljnija od dodatka bromovog aniona. Stoga molekula prelazi u stabilno stanje, izbacujući ion vodika:

Sve reakcije elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu odvijaju se sličnim mehanizmom.

2. Nitriranje

Benzen i njegovi homolozi reagiraju sa smjesom koncentrirane sumporne i dušične kiseline (nitrirajuća smjesa). U smjesi za nitriranje, nitronijev ion NO 2 + postoji u ravnoteži, koji je elektrofil:

3. Sulfoniranje.

Benzen i drugi areni, kada se zagrijavaju, reagiraju s koncentriranom sumpornom kiselinom ili oleumom - otopinom SO 3 u sumpornoj kiselini:

4 . Friedel-Craftsova alkilacija

5. Alkilacija s alkenima

Ove reakcije su energetski nepovoljne i stoga se događaju samo pri zagrijavanju ili zračenju.

1. Hidrogenizacija.

Kada se zagrijavaju, pod povišenim tlakom i u prisutnosti Ni, Pt ili Pd katalizatora, benzen i drugi areni dodaju vodik da nastane cikloheksan:

2. Kloriranje benzena.

Pod utjecajem ultraljubičastog zračenja benzen dodaje klor. Ako se tikvica od kvarcnog stakla koja sadrži otopinu klora u benzenu izloži sunčevoj svjetlosti, otopina će brzo izgubiti boju i klor će se spojiti s benzenom u 1,2,3,4,5,6-heksaklorocikloheksan, koji je poznat kao heksakloran(ranije korišten kao insekticid):

3. Izgaranje benzena.

Za razliku od alkana, benzen i drugi aromatski ugljikovodici imaju svijetli, zadimljeni plamen.

Sažimanje lekcije

U ovoj ste lekciji proučavali temu "Kemijska svojstva benzena". Koristeći ovaj materijal, uspjeli ste steći razumijevanje kemijskih svojstava benzena, kao i surovih uvjeta koji su potrebni da benzen reagira s drugim tvarima.

Bibliografija

1. Rudzitis G.E. Kemija. Osnove opća kemija. 10. razred: udžbenik za općeobrazovne ustanove: osnovna razina / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izdanje. - M.: Obrazovanje, 2012.

2. Kemija. 10. razred. Razina profila: udžbenik za opće obrazovanje ustanove/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin i dr. - M.: Bustard, 2008. - 463 str.

3. Kemija. 11. razred. Razina profila: akademski. za opće obrazovanje ustanove/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin i dr. - M.: Bustard, 2010. - 462 str.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbirka zadataka iz kemije za one koji upisuju sveučilišta. - 4. izd. - M.: RIA "Novi val": Izdavač Umerenkov, 2012. - 278 str.

Domaća zadaća

1. Brojevi 13, 14 (str. 62) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kemija: Organska kemija. 10. razred: udžbenik za općeobrazovne ustanove: osnovna razina / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izdanje. - M.: Obrazovanje, 2012.

2. Zašto se aromatski spojevi po kemijskim svojstvima razlikuju i od zasićenih i od nezasićenih ugljikovodika?

3. Napišite jednadžbe reakcije gorenja etilbenzena i ksilena.

Aromatični HC (arene)– to su ugljikovodici čije molekule sadrže jedan ili više benzenskih prstenova.

Primjeri aromatskih ugljikovodika:

Arene benzenske serije (monociklički areni)

Opća formula:CnH2n-6, n≥6

Najjednostavniji predstavnik aromatskih ugljikovodika je benzen, njegova empirijska formula je C 6 H 6.

Elektronska struktura molekule benzena

Opća formula monocikličkih arena C n H 2 n -6 pokazuje da su oni nezasićeni spojevi.

Godine 1856. njemački kemičar A.F. Kekule je predložio cikličku formulu za benzen s konjugiranim vezama (izmjenjuju se jednostruke i dvostruke veze) - cikloheksatrien-1,3,5:

Ova struktura molekule benzena nije objasnila mnoga svojstva benzena:

Benzen karakteriziraju reakcije supstitucije, a ne adicijske reakcije karakteristične za nezasićene spojeve. Reakcije adicije su moguće, ali su teže nego za ;
benzen ne ulazi u reakcije koje su kvalitativne reakcije na nezasićene ugljikovodike (s bromnom vodom i otopinom KMnO 4).

Kasnije studije difrakcije elektrona pokazale su da sve veze između atoma ugljika u molekuli benzena imaju istu duljinu od 0,140 nm (prosječna vrijednost između duljine jednostavnog S-S veze 0,154 nm i dvostruka veza C=C 0,134 nm). Kut između veza na svakom ugljikovom atomu je 120°. Molekula je pravilan ravni šesterokut.

Moderna teorija za objašnjenje strukture molekule C 6 H 6 koristi ideju hibridizacije atomskih orbitala.

Atomi ugljika u benzenu su u stanju sp 2 hibridizacije. Svaki "C" atom tvori tri σ veze (dvije s atomima ugljika i jednu s atomom vodika). Sve σ veze su u istoj ravnini:

Svaki atom ugljika ima jedan p-elektron, koji ne sudjeluje u hibridizaciji. Nehibridizirane p-orbitale ugljikovih atoma nalaze se u ravnini okomitoj na ravninu σ veza. Svaki p-oblak preklapa se s dva susjedna p-oblaka, a kao rezultat nastaje jedan konjugirani π-sustav (sjetite se učinka konjugacije p-elektrona u molekuli 1,3-butadiena, o kojem se govori u temi “Dienski ugljikovodici ”):

Kombinacija šest σ-veza s jednim π-sustavom naziva se aromatska veza.

Naziva se prsten od šest ugljikovih atoma povezanih aromatskom vezom benzenski prsten ili benzenski prsten.

U skladu s moderne ideje oko elektronička struktura Molekula benzena C 6 H 6 prikazana je na sljedeći način:

Fizikalna svojstva benzena

Benzen je u normalnim uvjetima bezbojna tekućina; t o pl = 5,5 °C; t o kip. = 80°C; ima karakterističan miris; ne miješa se s vodom, dobro otapa, vrlo otrovno.

Kemijska svojstva benzena

Aromatska veza određuje kemijska svojstva benzena i drugih aromatskih ugljikovodika.

Sustav 6π-elektrona je stabilniji od običnih dvoelektronskih π-veza. Stoga su reakcije adicije manje tipične za aromatske ugljikovodike nego za nezasićene ugljikovodike. Najkarakterističnije reakcije za arene su supstitucijske reakcije.

ja. Supstitucijske reakcije

1.Halogeniranje

2. Nitriranje

Reakcija se provodi sa smjesom kiselina (nitrirajuća smjesa):

3.Sulfoniranje

4.Alkilacija (zamjena “H” atoma alkilnom skupinom) – Friedel-Craftsove reakcije, nastaju homolozi benzena:

Umjesto haloalkana mogu se koristiti alkeni (u prisustvu katalizatora - AlCl 3 ili anorganske kiseline):

II. Reakcije adicije

1.Hidrogenizacija

2.Dodavanje klora

III.Reakcije oksidacije

1. Izgaranje

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. Nepotpuna oksidacija (KMnO 4 ili K 2 Cr 2 O 7 u kiseloj sredini). Benzenov prsten je otporan na oksidirajuća sredstva. Nema reakcije.

Dobivanje benzena

U industriji:

1) prerada nafte i ugljena;

2) dehidrogenacija cikloheksana:

3) dehidrociklizacija (aromatizacija) heksana:

U laboratoriju:

Fuzija soli benzojeve kiseline sa:

Izomerija i nomenklatura homologa benzena

Svaki homolog benzena ima bočni lanac, tj. alkilni radikali vezani na benzenski prsten. Prvi homolog benzena je benzenski prsten vezan na metilni radikal:

Toluen nema izomere, jer su svi položaji u benzenskom prstenu ekvivalentni.

Za sljedeće homologe benzena moguća je jedna vrsta izomerije - izomerija bočnog lanca, koja može biti dvije vrste:

1) izomerija broja i strukture supstituenata;

2) izomerija položaja supstituenata.

Fizikalna svojstva toluena

Toluen- bezbojna tekućina karakterističnog mirisa, netopljiva u vodi, topiva u organskim otapalima. Toluen je manje toksičan od benzena.

Kemijska svojstva toluena

ja. Supstitucijske reakcije

1. Reakcije koje uključuju benzenski prsten

Metilbenzen ulazi u sve supstitucijske reakcije u kojima sudjeluje benzen, a pritom pokazuje veću reaktivnost, reakcije se odvijaju većom brzinom.

Metilni radikal sadržan u molekuli toluena je supstituent te vrste, stoga se kao rezultat reakcija supstitucije u benzenskom prstenu dobivaju orto- i para-derivati toluena ili, u slučaju viška reagensa, triderivati opće formule:

a) halogeniranje

Daljnjim kloriranjem mogu se dobiti diklormetilbenzen i triklormetilbenzen:

II. Reakcije adicije

Hidrogeniranje

III.Reakcije oksidacije

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

2. Nepotpuna oksidacija

Za razliku od benzena, njegovi homolozi se oksidiraju određenim oksidacijskim sredstvima; u ovom slučaju, bočni lanac je podložan oksidaciji, u slučaju toluena, metilna skupina. Blagi oksidanti kao što je MnO 2 oksidiraju ga u aldehidnu skupinu, jači oksidansi (KMnO 4) uzrokuju daljnju oksidaciju u kiselinu:

Bilo koji homolog benzena s jednim bočnim lancem oksidira se jakim oksidacijskim sredstvom kao što je KMnO4 u benzojevu kiselinu, tj. bočni lanac puca oksidacijom odcijepljenog dijela u CO 2; Na primjer: