ВИЗНАЧЕННЯ

Бензол(циклогексатрієн – 1,3,5) – органічна речовина, найпростіший представник низки ароматичних вуглеводнів.

Формула – С6Н6 (структурна формула – рис. 1). Молекулярна вага – 78, 11.

Рис. 1. Структурні та просторові формули бензолу.

Всі шість атомів вуглецю в молекулі бензолу знаходяться у sp 2 гібридному стані. Кожен атом вуглецю утворює 3σ-зв'язку з двома іншими атомами вуглецю та одним атомом водню, що лежать в одній площині. Шість атомів вуглецю утворюють правильний шестикутник (?-скелет молекули бензолу). Кожен атом вуглецю має одну негібридизовану р-орбіталь, на якій знаходиться один електрон. Шість р-електронів утворюють єдину π-електронну хмару (ароматичну систему), яку зображають кружечком усередині шестичленного циклу. Вуглеводневий радикал, отриманий від бензолу носить назву C 6 H 5 - феніл (Ph-).

Хімічні властивості бензолу

Для бензолу характерні реакції заміщення, що протікають по електрофільному механізму:

— галогенування (бензол взаємодіє з хлором та бромом у присутності каталізаторів – безводних AlCl 3 , FeCl 3 , AlBr 3)

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

- нітрування (бензол легко реагує з нітруючої сумішшю - суміш концентрованих азотної та сірчаної кислот)

- Алкілювання алкенами

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

Реакції приєднання до бензолу призводять до руйнування ароматичної системи та протікають лише за жорстких умов:

- гідрування (реакція протікає при нагріванні, каталізатор - Pt)

- приєднання хлору (протікає під дією УФ-випромінювання з утворенням твердого продукту – гексахлорциклогексану (гексахлорану) – C 6 H 6 Cl 6)

Як і будь-яке органічне з'єднаннябензол вступає в реакцію горіння з утворенням як продукти реакції вуглекислого газу і води (горить полум'ям, що коптить):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Фізичні властивості бензолу

Бензол – рідина без кольору, але має специфічний різкий запах. Утворює з водою азеотропну суміш, добре змішується з ефірами, бензином та різними органічними розчинниками. Температура кипіння – 80,1С, плавлення – 5,5С. Токсичний, канцероген (тобто сприяє розвитку онкологічних захворювань).

Одержання та застосування бензолу

Основні способи одержання бензолу:

— дегідроциклізація гексану (каталізатори – Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 -(CH 2) 4 -CH 3 → З 6 Н 6 + 4H 2;

- дегідрування циклогексану (реакція протікає при нагріванні, каталізатор - Pt)

З 6 Н 12 → З 6 Н 6 + 4H 2;

- Тримеризація ацетилену (реакція протікає при нагріванні до 600С, каталізатор - активоване вугілля)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

Бензол служить сировиною для виробництва гомологів (етилбензолу, кумолу), циклогексану, нітробензолу, хлорбензолу та інших речовин. Раніше бензол використовували як присадку до бензину для підвищення його октанового числа, однак зараз у зв'язку з його високою токсичністю вміст бензолу в паливі строго нормується. Іноді бензол використовують як розчинник.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

Запишіть рівняння, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Рішення

Для отримання ацетилену з метану використовують наступну реакцію:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3Н 2 (t = 1400C).

Одержання бензолу з ацетилену можливе за реакцією тримеризації ацетилену, що протікає при нагріванні (t = 600C) та у присутності активованого вугілля:

3C 2 H 2 → C 6 H 6 .

Реакція хлорування бензолу з отриманням продукту хлорбензолу здійснюється в присутності хлориду заліза (III):

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

ПРИКЛАД 2

Завдання

До 39 г бензолу у присутності хлориду заліза (III) додали 1 моль бромної води. Яка кількість речовини та скільки грамів яких продуктів при цьому вийшло?

Рішення

Запишемо рівняння реакції бромування бензолу у присутності хлориду заліза (III):

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr.

Продуктами реакції є бромбензол та бромоводень. Молярна масабензолу, розрахована з використанням таблиці хімічних елементівД.І. Менделєєва – 78 г/моль. Знайдемо кількість речовини бензолу:

n(C 6 H 6) = m(C 6 H 6) / M(C 6 H 6);

n(C 6 H 6) = 39/78 = 0,5 моль.

За умовою завдання бензол вступив у реакцію з 1 моль брому. Отже, бензол перебуває в нестачі і подальші розрахунки будемо робити за бензолом. Відповідно до рівняння реакції n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br) : n(HBr) = 1:1:1, отже n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) = : n(HBr) = 0,5 моль. Тоді, маси бромбензолу та бромоводню будуть рівні:

m(C 6 H 5 Br) = n(C 6 H 5 Br)×M(C 6 H 5 Br);

m(HBr) = n(HBr)×M(HBr).

Молярні маси бромбензолу та бромоводню, розраховані з використанням таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 157 та 81 г/моль, відповідно.

m(C6H5Br) = 0,5×157 = 78,5 г;

m(HBr) = 0,5×81 = 40,5г.

Відповідь

Продуктами реакції є бромбензол та бромоводень. Маси бромбензолу та бромоводню – 78,5 та 40,5 г, відповідно.

Арени (ароматичні вуглеводні) – це ненасичені (ненасичені) циклічні вуглеводні, молекули яких містять стійкі циклічні групиатомів (бензольні ядра) із замкнутою системою сполучених зв'язків.

Загальна формула: C n H 2n-6за n ≥ 6.

Хімічні властивостіаренів

Арени– ненасичені вуглеводні, молекули яких містять три подвійні зв'язки та цикл. Але через ефект сполучення властивості аренів відрізняються від властивостей інших ненасичених вуглеводнів.

Для ароматичних вуглеводнів характерні реакції:

приєднання,
заміщення,
окиснення (для гомологів бензолу).

Ароматична система бензолу є стійкою до дії окислювачів. Проте гомологи бензолу окислюються під впливом перманганату калію та інших окислювачів.

1. Реакції приєднання

Бензол приєднує хлор на світлі та водень при нагріванні у присутності каталізатора.

1.1. Гідрування

Бензол приєднує водень при нагріванні та під тиском у присутності металевих каталізаторів (Ni, Pt та ін.).

При гідруванні бензолу утворюється циклогексан:

При гідруванні гомологів утворюються похідні циклоалкани. При нагріванні толуолу з воднем під тиском та у присутності каталізатора утворюється метилциклогексан:

1.2. Хлорування аренів

Приєднання хлору до бензолу протікає за радикальним механізмом за високої температури, під дією ультрафіолетового випромінювання

При хлоруванні бензолу на світлі утворюється 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан (гексахлоран).

Гексахлоран – пестицид, використовувався боротьби з шкідливими комахами. В даний час використання гексахлорану заборонено.

Гомологи бензолу не приєднують хлору. Якщо гомолог бензолу реагує з хлором чи бромом на світлі або за високої температури (300°C), то відбувається заміщення атомів водню у бічному алкільному заміснику, а не в ароматичному кільці.

2. Реакції заміщення

2.1. Галогенування

Бензол та його гомологи вступають у реакції заміщення з галогенами (хлор, бром) у присутності каталізаторів (AlCl 3 FeBR 3) .

При взаємодії з хлором на каталізаторі AlCl 3 утворюється хлорбензол:

Ароматичні вуглеводні взаємодіють з бромом при нагріванні та у присутності каталізатора – FeBr 3 . Також як каталізатор можна використовувати металеве залізо.

Бром реагує із залізом з утворенням броміду заліза (III), який каталізує процес бромування бензолу:

Мета-хлортолуол утворюється у незначній кількості.

При взаємодії гомологів бензолу з галогенами на світлі або за високої температури(300 про З) відбувається заміщення водню над бензольному кільці, а бічному вуглеводневому радикалі.

Наприклад, при хлоруванні етилбензолу:

2.2. Нітрування

Бензол реагує з концентрованою азотної кислотой у присутності концентрованої сірчаної кислоти (нітруюча суміш).

При цьому утворюється нітробензол:

Толуол реагує з концентрованою азотною кислотою у присутності концентрованої сірчаної кислоти.

У продуктах реакції ми вказуємо або про-нітротолуол:

або п-нітротолуол:

Нітрування толуолу може протікати із заміщенням трьох атомів водню. При цьому утворюється 2,4,6-тринітротолуол (тротил, тол):

2.3. Алкілювання ароматичних вуглеводнів

Арени взаємодіють з галогеналканами у присутності каталізаторів (AlCl 3 , FeBr 3 та інших.) із заснуванням гомологів бензолу.

Ароматичні вуглеводні взаємодіють з алкенами у присутності хлориду алюмінію, броміду заліза (III), фосфорної кислотита ін.

Алкілювання спиртами протікає у присутності концентрованої сірчаної кислоти.

2.4. Сульфування ароматичних вуглеводнів

Бензол реагує при нагріванні з концентрованою сірчаною кислотою або розчином SO 3 у сірчаній кислоті (олеум) з утворенням бензолсульфокислоти:

3. Окислення аренів

Бензол стійкий до дії сильних окислювачів. Але гомологи бензолу окислюються під впливом сильних окислювачів. Бензол та його гомологи горять.

3.1. Повне окиснення – горіння

При горінні бензолу та його гомологів утворюються вуглекислий газ та вода. Реакція горіння аренів супроводжується виділенням великої кількості теплоти.

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

Рівняння згоряння аренів у загальному вигляді:

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

При горінні ароматичних вуглеводнів у нестачі кисню може утворитися чадний газ СО або сажа.

Бензол і його гомологи горять на повітрі полум'ям, що коптить. Бензол та його гомологи утворюють із повітрям та киснем вибухонебезпечні суміші.

3.2. Прокисління гомологів бензолу

Гомологи бензолу легко окислюються перманганатом та дихроматом калію в кислому чи нейтральному середовищі при нагріванні.

При цьому відбувається окиснення всіх зв'язків у атома вуглецю, сусіднього з бензольним кільцем, крім зв'язку цього атома вуглецю з бензольним кільцем

Толуол окислюється перманганатом калію в сірчаній кислотіз освітою бензойної кислоти:

Якщо окислення толуолу йде у нейтральному розчині при нагріванні, то утворюється сіль бензойної кислоти – бензоат калію:

Таким чином, толуол знебарвлює підкислений розчин перманганату каліюпід час нагрівання.

Більш довгі радикали окислюються до бензойної кислоти та карбонової кислоти:

При окисленні пропілбензолу утворюються бензойна та оцтова кислоти:

Ізопропілбензол окислюється перманганатом калію в кислому середовищі до бензойної кислоти та вуглекислого газу:

4. Орієнтовна дія заступників у бензольному кільці

Якщо в бензольному кільці є заступники, не тільки алкільні, але й інші атоми (гідроксил, аміногрупа, нітрогрупа і т.п.), то реакції заміщення атомів водню в ароматичній системі протікають строго певним чином, відповідно до характеру впливу заступника на ароматичну π-систему.

Типи заступників у бензольному кільці

Заступники першого роду	Заступники другого роду
орто- І пара-становище	*Подальше заміщення відбувається переважно в мета-становище*
Електронодонорні, підвищують електронну щільність у бензольному кільці	Електроноакцепторні, знижують електронну щільність у сполученій системі.
алкільні заступники: СН 3 -, С 2 Н 5 -та ін.; гідроксил, амін: -ВІН, -NН 2; галогени: -Cl, -Br	нітро-група: - NO 2, - SO 3 Н; карбоніл - СНТ; карбоксил: - СООН, нітрил: - С≡ N; – CF 3

Фізичні властивості

Бензол та його найближчі гомологи – безбарвні рідини зі специфічним запахом. Ароматичні вуглеводні легші за воду і в ній не розчиняються, проте легко розчиняються в органічних розчинниках – спирті, ефірі, ацетоні.

Бензол та його гомологи самі є добрими розчинниками для багатьох органічних речовин. Всі арени горять коптючим полум'ям через високий вміст вуглецю в їх молекулах.

Фізичні властивості деяких аренів представлені у таблиці.

Таблиця. Фізичні властивості деяких аренів

Назва	Формула	t°.пл., °C	t°.кип., °C
Бензол	C 6 H 6	5,5	80,1
Толуол (метилбензол)	З 6 Н 5 СH 3	95,0	110,6
Етилбензол	З 6 Н 5 З 2 H 5	95,0	136,2
Ксилол (диметилбензол)	З 6 Н 4 (СH 3) 2
орто-		25,18	144,41
мета-		47,87	139,10
пара-		13,26	138,35
Пропілбензол	З 6 Н 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Кумол (ізопропілбензол)	C 6 H 5 CH(CH 3) 2	96,0	152,39
Стирол (вінілбензол)	З 6 Н 5 CH=СН 2	30,6	145,2

Бензол - легкокипляча ( tстос= 80,1°С), безбарвна рідина, що не розчиняється у воді

Увага! Бензол – отрута, діє нирки, змінює формулу крові (при тривалому впливі), може порушувати структуру хромосом.

Більшість ароматичних вуглеводнів небезпечні для життя, токсичні.

Одержання аренів (бензолу та його гомологів)

В лабораторії

1. Сплавлення солей бензойної кислоти із твердими лугами

C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3

бензоат натрію

2. Реакція Вюрца-Фіттінга: (тут Г - галоген)

З 6H 5 -Г+2Na + R-Г →C 6 H 5 - R + 2 NaГ

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

У промисловості

виділяють з нафти та вугілля методом фракційної перегонки, риформінгом;
з кам'яновугільної смоли та коксового газу

1. Дегідроциклізацією алканівз числом атомів вуглецю більше 6:

C 6 H 14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризація ацетилену(тільки для бензолу) – нар. Зелінського:

3С 2 H 2 600°C, Акт. вугілля→C 6 H 6

3. Дегідруваннямциклогексану та його гомологів:

Радянський академік Микола Дмитрович Зелінський встановив, що бензол утворюється із циклогексану (дегідрування циклоалканів

C 6 H 12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2

C 6 H 11 -CH 3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклогексантолуол

4. Алкілювання бензолу(Отримання гомологів бензолу) – р Фріделя-Крафтса.

C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl

хлоретан етилбензол

Хімічні властивості аренів

I. РЕАКЦІЇ ОКИСЛЕННЯ

1. Горіння (копче полум'я):

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

2. Бензол за звичайних умов не знебарвлює бромну воду та водний розчин марганцівки

3. Гомологи бензолу окислюються перманганатом калію (знебарвлюють марганцівку):

А) у кислому середовищі до бензойної кислоти

При впливі на гомологи бензолу перманганату калію та інших сильних окислювачів бічні ланцюги окислюються. Яким би складним не був ланцюг заступника, він руйнується, за винятком a-атома вуглецю, який окислюється в карбоксильну групу.

Гомологи бензолу з одним боковим ланцюгом дають бензойну кислоту:

Гомологи, що містять два бічні ланцюги, дають двоосновні кислоти:

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

Спрощено :

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

Б) у нейтральній та слаболужній до солей бензойної кислоти

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOК + K ВІН + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦІЇ ПРИЄДНАННЯ (важче, ніж у алкенів)

1. Галогенування

C 6 H 6 +3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (гексахлорциклогексан – гексахлоран)

2. Гідрування

C 6 H 6 + 3H 2 t , PtабоNi→C 6 H 12 (циклогексан)

3. Полімеризація

III. РЕАКЦІЇ ЗАМІЩЕННЯ - Іонний механізм (легше, ніж у алканів)

1. Галогенування -

a ) бензолу

C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлорбензол)

C 6 H 6 + 6Cl 2 t ,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( гексахлорбензол)

C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромбензол)

б) гомологів бензолу при опроміненні або нагріванні

За хімічними властивостями алкільні радикали подібні до алканів. Атоми водню у яких заміщаються на галоген по свободно-радикальному механізму. Тому відсутність каталізатора при нагріванні або УФ-опроміненні йде радикальна реакція заміщення в бічному ланцюгу. Вплив бензольного кільця на алкільні заступники призводить до того, що завжди заміщається атом водню у атома вуглецю, безпосередньо пов'язаного з бензольним кільцем (a -атома вуглецю).

1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) гомологів бензолу у присутності каталізатора

C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (суміш орту, пара похідних) +HCl

2. Нітрування (з азотною кислотою)

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

нітробензол - запах мигдалю!

C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ З H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-тринітротолуол (тол, тротил)

Застосування бензолу та його гомологів

Бензол C 6 H 6 – добрий розчинник. Бензол як добавка покращує якість моторного палива. Служить сировиною для отримання багатьох ароматичних органічних сполук - нітробензолу C 6 H 5 NO 2 (розчинник, з нього одержують анілін), хлорбензолу C 6 H 5 Cl, фенолу C 6 H 5 OH, стиролу і т.д.

Толуол C 6 H 5 -CH 3 - розчинник, використовується при виробництві барвників, лікарських та вибухових речовин (тротил (тол), або 2,4,6-тринітротолуол ТНТ).

Ксилоли C 6 H 4 (CH 3) 2 . Технічний ксилол – суміш трьох ізомерів ( орто-, мета- І пара-ксилолів) – застосовується як розчинник і вихідний продукт для синтезу багатьох органічних сполук.

Ізопропілбензол C 6 H 5 -CH(CH 3) 2 служить для отримання фенолу та ацетону.

Хлорпохідні бензолувикористовують для захисту рослин. Так, продукт заміщення в бензол атомів Н атомами хлору - гексахлорбензол С 6 Сl 6 - фунгіцид; його застосовують для сухого протруювання насіння пшениці та жита проти твердої сажки. Продукт приєднання хлору до бензолу – гексахлорциклогексан (гексахлоран) С6Н6Сl6 – інсектицид; його використовують для боротьби зі шкідливими комахами. Згадані речовини відносяться до пестицидів – хімічних засобів боротьби з мікроорганізмами, рослинами та тваринами.

Стирол C 6 H 5 – CH = CH 2 дуже легко полімеризується, утворюючи полістирол, а співполімеризуючись з бутадієном – бутадієнстирольні каучуки.

ВІДЕО-ДОСВІТИ

Представляємо вашій увазі відеоурок, присвячений темі "Хімічні властивості бензолу". Використовуючи цей відеоматеріал, ви зможете отримати уявлення про хімічні властивості бензолу, а також жорсткі умови, які необхідні для того, щоб бензол вступив у реакцію з іншими речовинами.

Тема:Ароматичні вуглеводні

Урок:Хімічні властивості бензолу

Рис. 1. Молекула бензолу

Розірвати p-електронну хмару у молекулі бензолу складно. Тому бензол вступає в хімічні реакціїзначно менш активно у порівнянні з ненасиченими сполуками.

Щоб бензол вступив у хімічні реакції, необхідні досить жорсткі умови: підвищена температура, а часто - каталізатор. У більшості реакцій стійке бензольне кільце зберігається.

1. Бромування.

Необхідний каталізатор (бромід заліза (III) або алюмінію) і неприпустиме попадання навіть невеликої кількості води. Роль каталізатора у тому, що молекула брому притягується однією з атомів брому до атома заліза. В результаті вона поляризується - пара електронів зв'язку переходить до атома брому, пов'язаного із залізом:

Br+…. Br-FeBr 3 .

Br+ – сильний електрофіл. Він притягається до шестиелектронної хмари бензольного кільця і розриває її, утворюючи ковалентний зв'язокз атомом вуглецю:

До катіону, що утворився, міг би приєднатися аніон брому. Але відновлення ароматичної системи бензольного кільця енергетично вигідніше, ніж приєднання аніону брому. Тому молекула перетворюється на стабільний стан, викинувши іон водню:

За аналогічним механізмом протікають всі реакції електрофільного заміщення у бензольному кільці.

2. Нітрування

Бензол та його гомологи взаємодіють із сумішшю концентрованих сірчаної та азотної кислот (нітруючої сумішшю). У нітруючій суміші в рівновазі існує іона нітронію NO 2 + , який є електрофілом:

3. Сульфування.

Бензол та інші арени при нагріванні реагують із концентрованою сірчаною кислотою або олеумом - розчином SO 3 у сірчаній кислоті:

4 . Алкілювання за Фріделем-Крафтсом

5. Алкілювання алкенами

Ці реакції енергетично невигідні, тому протікають лише при нагріванні чи опроміненні.

1. Гідрування.

При нагріванні, підвищеному тиску та у присутності каталізатора Ni, Pt або Pd бензол та інші арени приєднують водень, утворюючи циклогексан:

2. Хлорування бензолу.

Під впливом ультрафіолетового випромінювання бензол приєднує хлор. Якщо колбу з кварцового скла з розчином хлору в бензолі винести на сонячне світло, розчин швидко знебарвиться, хлор приєднається до бензолу з утворенням 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексану, який відомий під назвою гексахлоран(раніше застосовувався як інсектицид):

3. Горіння бензолу.

На відміну від алканів, полум'я у бензолу та інших ароматичних вуглеводнів яскраве, що коптить.

Підведення підсумку уроку

На цьому уроці ви вивчили тему Хімічні властивості бензолу. Використовуючи цей матеріал, ви змогли отримати уявлення про хімічні властивості бензолу, а також жорсткі умови, які необхідні для того, щоб бензол вступив у реакцію з іншими речовинами.

Список літератури

1. Рудзітіс Г.Є. Хімія. Основи загальної хімії. 10 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень/Г. Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - 14-те видання. - М: Просвітництво, 2012.

2. Хімія. 10 клас. Профільний рівень: навч. для загальноосвіт. установ/В.В. Єрьомін, Н.Є. Кузьменко, В.В. Лунін та ін. – М.: Дрофа, 2008. – 463 с.

3. Хімія. 11 клас. Профільний рівень: навч. для загальноосвіт. установ/В.В. Єрьомін, Н.Є. Кузьменко, В.В. Лунін та ін. – М.: Дрофа, 2010. – 462 с.

4. Хомченко Г.П., Хомченко І.Г. Збірник завдань з хімії для вступників до вузів. - 4-те вид. – М.: РІА «Нова хвиля»: Видавець Умеренков, 2012. – 278 с.

Домашнє завдання

1. № № 13, 14 (с. 62) Рудзітіс Г.Є., Фельдман Ф.Г. Хімія: Органічна хімія. 10 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень/Г. Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - 14-те видання. - М: Просвітництво, 2012.

2. Чому ароматичні сполуки за хімічними властивостями відрізняються як від граничних, так і ненасичених вуглеводнів?

3. Напишіть рівняння реакцій згоряння етилбензолу та ксилолу.

Ароматичні УВ (арени)- це УВ, молекули яких містять одне або кілька бензольних кілець.

Приклади ароматичних УВ:

Арени ряду бензолу (моноциклічні арени)

Загальна формула:C n H 2n-6 , n≥6

Найпростішим представником ароматичних УВ є бензол, його емпірична формула 6 Н 6 .

Електронна будова молекули бензолу

Загальна формула моноциклічних аренів CnH2n-6 показує, що вони є ненасиченими сполуками.

У 1856 р. німецький хімік А.Ф. Кекуле запропонував циклічну формулу бензолу зі сполученими зв'язками (чергуються прості та подвійні зв'язки) - циклогексатрієн-1,3,5:

Така структура молекули бензолу не пояснювала багато властивостей бензолу:

для бензолу характерні реакції заміщення, а чи не реакції приєднання, властиві ненасиченим сполукам. Реакції приєднання можливі, але протікають складніше, ніж для ;
бензол не вступає в реакції, що є якісними реакціями на ненасичені УВ (з бромною водою та розчином КМnО 4).

Проведені пізніше електрографічні дослідження показали, що всі зв'язки між атомами вуглецю в молекулі бензолу мають однакову довжину 0,140 нм (середнє значення між довжиною простий зв'язку С-С 0,154 нм та подвійного зв'язку С=З 0,134 нм). Кут між зв'язками кожного атома вуглецю дорівнює 120 про. Молекула є правильним плоским шестикутником.

Сучасна теорія для пояснення будови молекули С6Н6 використовує уявлення про гібридизацію орбіталей атома.

Атоми вуглецю в бензолі перебувають у стані sp 2 -гібридизації. Кожен атом «С» утворює три σ-зв'язки (дві з атомами вуглецю та одну з атомом водню). Всі σ-зв'язки знаходяться в одній площині:

Кожен атом вуглецю має один р-електрон, який бере участь у гібридизації. Негібридизовані р-орбіталі атомів вуглецю знаходяться в площині перпендикулярної площині σ-зв'язків. Кожна р-хмара перекривається з двома сусідніми р-хмарами, і в результаті утворюється єдина сполучена π-система (згадайте ефект сполучення р-електронів у молекулі бутадієну-1,3, розглянутий у темі «Дієнові вуглеводні»):

Поєднання шести σ-зв'язків з їдією π-системою називається ароматичним зв'язком.

Цикл із шести атомів вуглецю, пов'язаних ароматичними зв'язками, називається бензольним кільцем,або бензольним ядром.

Відповідно до сучасними уявленнямипро електронну будову бензолу молекулу 6 Н 6 зображують наступним чином:

Фізичні властивості бензолу

Бензол за звичайних умов – безбарвна рідина; t o пл = 5,5 про; t o кіп. = 80 про; має характерний запах; не змішується з водою, добрий розчинник, сильно токсичний.

Хімічні властивості бензолу

Ароматичний зв'язок визначає хімічні властивості бензолу та інших ароматичних ПВ.

6π-електронна система є більш стійкою, ніж звичайні двоелектроїні π-зв'язки. Тому реакції приєднання менш характерні для ароматичних УВ, ніж для ненасичених УВ. Найбільш характерними для арен є реакції заміщення.

I. Реакції заміщення

1.Галогенування

2. Нітрування

Реакцію здійснюють сумішшю та кислот (нітруюча суміш):

3.Сульфування

4.Алкілювання (заміщення атома «Н» на алкільну групу) – реакції Фріделя-Крафтса, утворюються гомологи бензолу:

Замість галогеналканів можна використовувати алкени (у присутності каталізатора – AlCl 3 або неорганічної кислоти):

II. Реакції приєднання

1.Гідрування

2.Приєднання хлору

ІІІ.Реакції окиснення

1. Горіння

2С 6 Н 6 + 15О 2 → 12СО 2 + 6Н 2 О

2. Неповне окиснення (KMnO 4 або K 2 Cr 2 O 7 у кислому середовищі). Бензольне кільце стійке до дії окислювачів. Реакція не відбувається.

Одержання бензолу

У промисловості:

1) переробка нафти та вугілля;

2) дегідрування циклогексану:

3) дегідроциклізація (ароматизація) гексану:

В лабораторії:

Сплавлення солей бензойної кислоти з:

Ізомерія та номенклатура гомологів бензолу

Будь-який гомолог бензолу має бічне коло, тобто. алкільні радикали, пов'язані з бензольним ядром. Перший гомолог бензолу є бензольним ядром, пов'язаним з мітильним радикалом:

Толуол не має ізомерів, оскільки всі положення у бензольному ядрі рівноцінні.

Для наступних гомологів бензолу можливий один вид ізомерії – ізомерія бічного ланцюга, який може бути двох видів:

1) ізомерія числа та будови заступників;

2) ізомерія становища заступників.

Фізичні властивості толуолу

Толуол- безбарвна рідина з характерним запахом, нерозчинна у воді, добре розчиняється в органічних розчинниках. Толуол менш токсичний, ніж бензол.

Хімічні властивості толуолу

I. Реакції заміщення

1.Реакції за участю бензольного кільця

Метилбензол входить у всі реакції заміщення, у яких бере участь бензол, і виявляє у своїй більш високу реакційну здатність, реакції протікають із більшою швидкістю.

Метильний радикал, що міститься в молекулі толуолу, є заступником роду, тому в результаті реакцій заміщення в бензольному ядрі виходять орто-і пара-похідні толуолу або при надлишку реагенту - трипохідні загальної формули:

а) галогенування

При подальшому хлоруванні можна отримати дихлорметилбензол та трихлорметилбензол:

II. Реакції приєднання

Гідрування

ІІІ.Реакції окиснення

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

2. Неповне окиснення

На відміну від бензолу, його гомологи окислюються деякими окислювачами; при цьому окислення піддається бічний ланцюг, у разі толуолу - метильна група. М'які окисники типу MnO 2 окислюють його до альдегідної групи, сильніші окисники (KMnO 4) викликають подальше окиснення до кислоти:

Будь-який гомолог бензолу з одним бічною ланцюгом окислюється сильним окислювачем типу KMnO4 в бензойну кислоту, тобто. відбувається розрив бічного ланцюга з окисленням відщепився її до СО 2 ; наприклад: