Првата група на реакции се реакции на супституција. Рековме дека арените немаат повеќекратни врски во структурата на молекулата, туку содржат конјугиран систем од шест електрони, кој е многу стабилен и му дава дополнителна цврстина на бензенскиот прстен. Затоа, во хемиските реакции, прво се случува замена на атомите на водород, а не уништување на бензенскиот прстен.

Веќе се сретнавме со реакции на супституција кога зборуваме за алканите, но за нив овие реакции следеа радикален механизам, додека арените се карактеризираат со јонски механизам на реакции на супституција.

Првохемиско својство халогенација. Замена на атом на водород со атом на халоген, хлор или бром.

Реакцијата се јавува кога се загрева и секогаш со учество на катализатор. Во случај на хлор, тоа може да биде алуминиум хлорид или железен хлорид три. Катализаторот ја поларизира молекулата на халоген, предизвикувајќи раскинување на хетеролитичката врска и производство на јони.

Хлорот е позитивно наелектризиран јон и реагира со бензен.

Ако реакцијата се случи со бром, тогаш катализатор е железо бромид или алуминиум бромид.

Важно е да се напомене дека реакцијата се јавува со молекуларен бром, а не со бром вода. Бензенот не реагира со бромната вода.

Халогенацијата на бензенските хомолози има свои карактеристики. Во молекулата на толуен, метил групата ја олеснува супституцијата во прстенот, реактивноста се зголемува и реакцијата се јавува во поблаги услови, односно на собна температура.

Важно е да се напомене дека супституцијата секогаш се случува во орто и пара позициите, па се добива мешавина од изомери.

Второособина нитрација на бензенот, внесување на нитро група во бензенскиот прстен.

Тешка жолтеникава течност со мирис на горчливи бадеми се формира нитробензен, така што реакцијата може да биде квалитативна на бензен. За нитрација, се користи нитрациона смеса од концентрирани азотни и сулфурни киселини. Реакцијата се изведува со загревање.

Да ве потсетам дека за нитрирање на алканите во реакцијата на Коновалов се користела разредена азотна киселина без додавање на сулфурна киселина.

При нитрирање на толуенот, како и при халогенација, се формира мешавина од орто- и пара-изомери.

Третоособина алкилација на бензенот со халоалкани.

Оваа реакција овозможува внесување на јаглеводороден радикал во бензенскиот прстен и може да се смета за метод за производство на бензен хомолози. Алуминиум хлоридот се користи како катализатор, кој го промовира распаѓањето на молекулата на халоалкан во јони. Неопходно е и греење.

Четвртоособина алкилација на бензенот со алкени.

На овој начин можете да добиете, на пример, кумен или етилбензен. Катализатор алуминиум хлорид.

2. Реакции на додавање на бензен

Втората група на реакции се реакции на додавање. Рековме дека овие реакции не се типични, но тие се можни под прилично строги услови со уништување на пи-електронскиот облак и формирање на шест сигма врски.

Петтосвојство во генералниот список хидрогенизација, додавање на водород.

Температура, притисок, катализатор никел или платина. Толуенот може да реагира на ист начин.

Шестосопственост хлорирање. Ве молиме имајте предвид дека зборуваме конкретно за интеракција со хлор, бидејќи бромот не влегува во оваа реакција.

Реакцијата се јавува под силно ултравиолетово зрачење. Се формира хексахлороциклохексан, друго име за хексахлоран, цврста супстанција.

Важно е да се запамети дека за бензен не е можнореакции на додавање на водородни халиди (хидрохалогенација) и додавање вода (хидратација).

3. Замена во страничниот синџир на бензен хомолози

Третата група реакции се однесува само на бензен хомолози - ова е замена во страничниот синџир.

Седмосвојство во општата листа халогенација на алфа јаглеродниот атом во страничниот синџир.

Реакцијата се јавува кога се загрева или зрачи и секогаш само на алфа јаглеродот. Како што продолжува халогенацијата, вториот атом на халоген ќе се врати во алфа положбата.

4. Оксидација на бензен хомолози

Четвртата група на реакции е оксидација.

Бензенскиот прстен е премногу силен, па бензен не оксидиракалиум перманганат не го обезбојува неговиот раствор. Ова е многу важно да се запамети.

Но, хомолозите на бензенот се оксидираат со закиселен раствор на калиум перманганат кога се загреваат. И ова е осмо хемиско својство.

Ова произведува бензоева киселина. Се забележува промена на бојата на растворот. Во овој случај, без разлика колку е долг јаглеродниот синџир на супституентот, тој секогаш се прекинува по првиот јаглероден атом и алфа-атомот се оксидира до карбоксилна група со формирање на бензоева киселина. Остатокот од молекулата се оксидира до соодветната киселина или, ако е само еден јаглероден атом, до јаглерод диоксид.

Ако хомологот на бензен има повеќе од еден јаглеводороден супституент на ароматичниот прстен, тогаш оксидацијата се јавува според истите правила - јаглеродот што се наоѓа во положбата алфа се оксидира.

Овој пример произведува двобазна ароматична киселина наречена фтална киселина.

Особено би сакал да ја забележам оксидацијата на кумен, изопропилбензен, со кислород во атмосферата во присуство на сулфурна киселина.

Ова е таканаречениот кумен метод за производство на фенол. Како по правило, оваа реакција се среќава во прашања поврзани со производството на фенол. Ова е индустриски метод.

Деветтисогорување на имотот, целосна оксидација со кислород. Бензенот и неговите хомолози согоруваат до јаглерод диоксид и вода.

Да ја напишеме равенката за согорување на бензенот во општа форма.

Според законот за зачувување на масата, лево треба да има толку атоми колку што има десно. Бидејќи во хемиските реакции атомите не исчезнуваат, туку редоследот на врските меѓу нив едноставно се менува. Значи, ќе има онолку молекули на јаглерод диоксид колку што има јаглеродни атоми во молекулата на аренот, бидејќи молекулата содржи еден јаглероден атом. Тоа е, n молекули на CO 2. Ќе има два пати помалку молекули на вода од атоми на водород, што е (2n-6)/2, што значи n-3.

Има ист број на атоми на кислород лево и десно. На десната страна има 2n од јаглерод диоксид, бидејќи секоја молекула има два атоми на кислород, плус n-3 од водата, за вкупно 3n-3. На левата страна има ист број на атоми на кислород 3n-3, што значи дека има два пати помалку молекули, бидејќи молекулата содржи два атома. Тоа е (3n-3)/2 молекули на кислород.

Така, составивме равенка за согорување на бензен хомолози во општа форма.

Ароматични HCs (арени)– тоа се јаглеводороди чии молекули содржат еден или повеќе бензенски прстени.

Примери на ароматични јаглеводороди:

Арени од бензенската серија (моноциклични арени)

Општа формула:C n H 2n-6, n≥6

Наједноставниот претставник на ароматичните јаглеводороди е бензен, неговата емпириска формула е C 6 H 6.

Електронска структура на молекулата на бензен

Општата формула на моноцикличните арени C n H 2 n -6 покажува дека тие се незаситени соединенија.

Во 1856 година, германскиот хемичар А.Ф. Кекуле предложи циклична формула за бензен со конјугирани врски (единечни и двојни врски наизменично) - циклохексатриен-1,3,5:

Оваа структура на молекулата на бензенот не објасни многу од својствата на бензенот:

• Бензенот се карактеризира со реакции на супституција наместо со реакции на додавање карактеристични за незаситените соединенија. Реакциите на додавање се можни, но се потешки отколку за ;
• бензенот не влегува во реакции кои се квалитативни реакции на незаситени јаглеводороди (со бром вода и раствор на KMnO 4).

Подоцнежните студии за дифракција на електрони покажаа дека сите врски помеѓу јаглеродните атоми во молекулата на бензен имаат иста должина од 0,140 nm (просечната вредност помеѓу должината на едноставна S-S врски 0,154 nm и двојна врска C=C 0,134 nm). Аголот помеѓу врските на секој јаглероден атом е 120 o. Молекулата е правилен рамен шестоаголник.

Модерната теорија за објаснување на структурата на молекулата C 6 H 6 ја користи идејата за хибридизација на атомските орбитали.

Јаглеродните атоми во бензенот се во состојба на хибридизација sp 2. Секој атом „C“ формира три σ врски (две со јаглеродни атоми и една со атом на водород). Сите σ врски се во иста рамнина:

Секој јаглероден атом има еден p-електрон, кој не учествува во хибридизацијата. Нехибридизираните р-орбитали на јаглеродните атоми се во рамнина нормална на рамнината на σ врски. Секој p-облак се преклопува со два соседни p-облаци, и како резултат на тоа се формира единствен конјугиран π-систем (сетете се на ефектот на конјугација на p-електрони во молекулата 1,3-бутадиен, дискутиран во темата „Диен јаглеводороди ”):

Комбинацијата од шест σ-врски со единечен π-систем се нарекува ароматична врска.

Се нарекува прстен од шест јаглеродни атоми поврзани со ароматична врска бензен прстенили бензен прстен.

Во согласност со современите идеи за електронската структура на бензенот, молекулата C 6 H 6 е прикажана на следниов начин:

Физички својства на бензенот

Бензенот во нормални услови е безбојна течност; t o pl = 5,5 o C; т о кип. = 80 o C; има карактеристичен мирис; не се меша со вода, добар растворувач, високо токсичен.

Хемиски својства на бензенот

Ароматичното поврзување одредува Хемиски својствабензен и други ароматични јаглеводороди.

Системот со 6π-електрони е постабилен од обичните двоелектронски π-врски. Затоа, реакциите на додавање се помалку типични за ароматичните јаглеводороди отколку за незаситените јаглеводороди. Најкарактеристичните реакции за арените се реакциите на супституција.

Јас. Реакции на замена

1.Халогенација

2. Нитрација

Реакцијата се изведува со мешавина на киселини (нитрирачка смеса):

3.Сулфонација

4. Алкилација (замена на атомот „H“ со алкилна група) – Реакции на Фридел-Крафтс, се формираат бензен хомолози:

Наместо халоалкани, може да се користат алкени (во присуство на катализатор - AlCl 3 или неорганска киселина):

II. Реакции на додавање

1. Хидрогенизација

2. Додавање на хлор

III.Реакции на оксидација

1. Согорување

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. Нецелосна оксидација (KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 во кисела средина). Бензенскиот прстен е отпорен на оксидирачки агенси. Не се јавува никаква реакција.

Добивање бензен

Во индустријата:

1) преработка на нафта и јаглен;

2) дехидрогенизација на циклохексан:

3) дехидроциклизација (ароматизација) на хексан:

Во лабораторија:

Спојување на соли на бензоева киселина со:

Изомеризам и номенклатура на бензен хомолози

Секој хомолог на бензен има страничен синџир, т.е. алкилни радикали врзани за бензен прстен. Првиот хомолог на бензен е бензен прстен поврзан со метил радикал:

Толуенот нема изомери, бидејќи сите позиции во бензенскиот прстен се еквивалентни.

За следните хомолози на бензен, можен е еден вид изомеризам - изомеризам на страничен синџир, кој може да биде од два вида:

1) изомеризам на бројот и структурата на супституентите;

2) изомеризам на положбата на супституентите.

Физички својства на толуен

Толуен- безбојна течност со карактеристичен мирис, нерастворлива во вода, растворлива во органски растворувачи. Толуенот е помалку токсичен од бензенот.

Хемиски својства на толуен

Јас. Реакции на замена

1. Реакции кои го вклучуваат бензенскиот прстен

Метилбензенот влегува во сите реакции на супституција во кои е вклучен бензенот, а во исто време покажува поголема реактивност, реакциите продолжуваат со поголема брзина.

Метил радикалот содржан во молекулата на толуен е супституент од тој вид, затоа, како резултат на реакции на супституција во бензенскиот прстен, се добиваат орто- и пара-деривати на толуен или, во случај на вишок на реагенсот, тридеривати од општата формула:

а) халогенација

Со понатамошно хлорирање, може да се добијат дихлорометилбензен и трихлорометилбензен:

II. Реакции на додавање

Хидрогенизација

III.Реакции на оксидација

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

2. Нецелосна оксидација

За разлика од бензенот, неговите хомолози се оксидираат со одредени оксидирачки агенси; во овој случај, страничниот ланец е подложен на оксидација, во случај на толуен, метил групата. Благите оксидирачки агенси како MnO 2 го оксидираат до алдехидна група, посилните оксидирачки агенси (KMnO 4) предизвикуваат дополнителна оксидација до киселина:

Секој хомолог на бензен со еден страничен синџир се оксидира со силно оксидирачко средство како што е KMnO4 во бензоева киселина, т.е. страничниот ланец се кине со оксидација на делот што се одвојува до CO 2; На пример:

Ако има неколку странични синџири, секој од нив се оксидира до карбоксилна група и како резултат се формираат полибазни киселини, на пример:

Добивање толуен:

Во индустријата:

1) преработка на нафта и јаглен;

2) дехидрогенизација на метилциклохексан:

3) дехидроциклизација на хептан:

Во лабораторија:

1) Фридел-Крафтс алкилација;

2) Реакција на Вурц-Фитиг(реакција на натриум со мешавина од халобензен и халоалкан).

Арени (ароматични јаглеводороди) – тоа се незаситени (незаситени) циклични јаглеводороди, чии молекули содржат стабилни циклични групи атоми (јадра на бензен) со затворен систем на конјугирани врски.

Општа формула: C n H 2n–6за n ≥ 6.

Хемиски својства на арените

Арените– незаситени јаглеводороди, чии молекули содржат три двојни врски и прстен. Но, поради ефектот на конјугација, својствата на арените се разликуваат од својствата на другите незаситени јаглеводороди.

Ароматичните јаглеводороди се карактеризираат со следниве реакции:

• пристапувања,
• замени,
• оксидација (за бензен хомолози).

Ароматичниот систем на бензен е отпорен на оксидирачки агенси. Сепак, бензенските хомолози се оксидираат со калиум перманганат и други оксидирачки агенси.

1. Реакции на додавање

Бензенот додава хлор на светлина и водород кога се загрева во присуство на катализатор.

1.1. Хидрогенизација

Бензенот додава водород кога се загрева и под притисок во присуство на метални катализатори (Ni, Pt, итн.).

Кога бензенот се хидрогенизира, се формира циклохексан:

Кога хомолозите се хидрогенизираат, се формираат деривати на циклоалкани. Кога толуенот се загрева со водород под притисок и во присуство на катализатор, се формира метилциклохексан:

1.2. Хлорирање на арените

Се јавува додавање на хлор во бензен со радикален механизам со висока температура , под влијание на ултравиолетово зрачење.

Кога бензенот се хлорира на светлина, тој се формира 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан (хексахлоран).

Хексахлоран е пестицид кој се користи за контрола на штетните инсекти. Употребата на хексахлоран во моментов е забранета.

Хомолозите на бензен не додаваат хлор. Ако бензен хомолог реагира со хлор или бром на светлина или на висока температура (300°C), потоа се заменуваат атомите на водород на приврзокот алкил супституент наместо на ароматичниот прстен.

2. Реакции на замена

2.1. Халогенација

Бензенот и неговите хомолози влегуваат во реакции на супституција со халогени (хлор, бром) во присуство на катализатори (AlCl 3, FeBr 3) .

При интеракција со хлор на катализаторот AlCl 3, се формира хлоробензен:

Ароматичните јаглеводороди реагираат со бром кога се загреваат и во присуство на катализатор - FeBr 3. Металното железо може да се користи и како катализатор.

Бромот реагира со железо за да формира железо(III) бромид, кој ја катализира бромирањето на бензенот:

Мета-хлоротолуенот се формира во мали количини.

Кога бензенските хомолози комуницираат со халогени на светлина или на високи температури(300 o C) водородот се заменува не во бензенскиот прстен, туку во страничниот јаглеводороден радикал.

На пример, при хлорирање на етилбензен:

2.2. Нитрација

Бензенот реагира со концентрирана азотна киселина во присуство на концентрирана сулфурна киселина (нитрирачка смеса).

Ова произведува нитробензен:

Толуенот реагира со концентрирана азотна киселина во присуство на концентрирана сулфурна киселина.

Во производите на реакцијата укажуваме или О-нитротолуен:

или П-нитротолуен:

Нитрација на толуен може да се случи и со замена на три атоми на водород. Ова произведува 2,4,6-тринитротолуен (ТНТ, тол):

2.3. Алкилација на ароматични јаглеводороди

• Арените реагираат со халоалканите во присуство на катализатори (AlCl 3, FeBr 3, итн.) за да формираат бензен хомолози.

• Ароматичните јаглеводороди реагираат со алкени во присуство на алуминиум хлорид, железо (III) бромид, фосфорна киселина итн.

• Алкилацијата со алкохоли се случува во присуство на концентрирана сулфурна киселина.

2.4. Сулфонација на ароматични јаглеводороди

Бензенот реагира кога се загрева со концентрирана сулфурна киселина или раствор од SO 3 во сулфурна киселина (олеум) за да формира бензенсулфонска киселина:

3. Оксидација на арените

Бензенот е отпорен дури и на силни оксидирачки агенси. Но, хомолозите на бензенот се оксидираат под влијание на силни оксидирачки агенси. Бензенот и неговите хомолози горат.

3.1. Целосна оксидација - согорување

Кога согоруваат бензенот и неговите хомолози, се формираат јаглерод диоксид и вода. Реакцијата на согорување на арените е придружена со ослободување на голема количина топлина.

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

Равенката за согорување на арените во општа форма:

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

Кога ароматичните јаглеводороди согоруваат во недостаток на кислород, може да се формира јаглерод моноксид CO или саѓи C.

Бензенот и неговите хомолози горат во воздухот со зачаден пламен. Бензенот и неговите хомолози формираат експлозивни смеси со воздух и кислород.

3.2. ЗАоксидација на бензен хомолози

Бензенските хомолози лесно се оксидираат со калиум перманганат и дихромат во кисела или неутрална средина кога се загреваат.

Ова се случува оксидација на сите врски во јаглеродниот атом, во непосредна близина на бензенскиот прстен, освен врската на овој јаглероден атом со бензенскиот прстен.

Толуенот оксидира калиум перманганат во сулфурна киселинасо образование бензоева киселина:

Ако дојде до оксидација на толуен во неутрален раствор кога се загрева, потоа се формира сол на бензоева киселина - калиум бензоат:

Така, толуен обезбојува закиселениот раствор на калиум перманганаткога се загрева.

Подолгите радикали се оксидираат до бензоева киселина и карбоксилна киселина:

Со оксидација на пропилбензен се добиваат бензоева и оцетна киселина:

Изопропилбензенот се оксидира со калиум перманганат во кисела средина до бензоева киселина и јаглерод диоксид:

4. Ориентирачки ефект на супституентите на бензенскиот прстен

Ако бензенскиот прстен содржи супституенти, не само алкил, туку содржи и други атоми (хидроксил, амино група, нитро група итн.), тогаш реакциите на супституција на атомите на водород во ароматичниот систем продолжуваат на строго дефиниран начин, во согласност со природата влијание на супституентот врз ароматичниот π-систем.

Видови супституенти на бензенскиот прстен

Ви претставуваме видео лекција посветена на темата „Хемиски својства на бензенот“. Користејќи го ова видео, можете да стекнете разбирање за хемиските својства на бензенот, како и за суровите услови потребни за бензенот да реагира со други супстанции.

Тема:Ароматични јаглеводороди

Лекција:Хемиски својства на бензенот

Ориз. 1. Молекула на бензен

Тешко е да се скрши р-електронскиот облак во молекула на бензен. Затоа, бензенот влегува во хемиски реакции многу помалку активно во споредба со незаситените соединенија.

За да може бензенот да влезе во хемиски реакции, потребни се прилично строги услови: покачена температура и во многу случаи, катализатор. Во повеќето реакции, стабилниот бензенски прстен се задржува.

1. Бромирање.

Потребен е катализатор (железо (III) или алуминиум бромид, па дури и мали количини на вода не се дозволени. Улогата на катализаторот е дека молекулата на бром е привлечена од еден од атомите на бром до атомот на железо. Како резултат на тоа, тој е поларизиран - пар на сврзувачки електрони оди до атомот на бром поврзан со железо:

Бр +…. Бр - 3 февруари .

Br+ е силен електрофил. Тој е привлечен кон облакот од шест електрони на бензенскиот прстен и го раскинува, формирајќи ковалентна врска со јаглеродниот атом:

Бром анјон може да се приклучи на добиениот катјон. Но, намалувањето на ароматичниот систем на бензенскиот прстен е енергетски поповолно од додавањето на анјонот на бром. Затоа, молекулата оди во стабилна состојба, исфрлајќи водороден јон:

Сите реакции на електрофилна супституција во бензенскиот прстен се одвиваат со сличен механизам.

2. Нитрација

Бензенот и неговите хомолози реагираат со мешавина од концентрирана сулфурна и азотна киселина (нитрирачка смеса). Во смесата за нитрација, нитрониумскиот јон NO 2 + постои во рамнотежа, што е електрофил:

3. Сулфонација.

Бензенот и другите арени, кога се загреваат, реагираат со концентрирана сулфурна киселина или олеум - раствор на SO 3 во сулфурна киселина:

4 . Алкилација на Friedel-Crafts

5. Алкилација со алкени

Овие реакции се енергетски неповолни и затоа се јавуваат само кога се загреваат или зрачат.

1. Хидрогенизација.

Кога се загреваат, под висок притисок и во присуство на катализатор Ni, Pt или Pd, бензенот и другите арени додаваат водород за да формираат циклохексан:

2. Хлорирање на бензен.

Под влијание на ултравиолетовото зрачење, бензенот додава хлор. Ако кварцно стаклена колба која содржи раствор од хлор во бензен биде изложена на сончева светлина, растворот брзо ќе се обезбојува и хлорот ќе се комбинира со бензенот за да формира 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан, кој е познат како хексахлоран(претходно користен како инсектицид):

3. Согорување на бензен.

За разлика од алканите, бензенот и другите ароматични јаглеводороди имаат светол, зачаден пламен.

Сумирајќи ја лекцијата

Во оваа лекција ја проучувавте темата „Хемиски својства на бензенот“. Користејќи го овој материјал, можевте да стекнете разбирање за хемиските својства на бензенот, како и за суровите услови кои се неопходни за бензенот да реагира со други супстанции.

Библиографија

1. Руџитис Г.Е. Хемија. Основи на општа хемија. 10-то одделение: учебник за општообразовни институции: основно ниво на/ Г. Е. Руџитис, Ф.Г. Фелдман. - 14-то издание. - М.: Образование, 2012 година.

2. Хемија. Одделение 10. Ниво на профил: тетратка за општо образование институции/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и соработници - М.: Бустард, 2008. - 463 стр.

3. Хемија. 11 одделение. Ниво на профил: академски. за општо образование институции/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин et al - М.: Bustard, 2010. - 462 стр.

4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Збирка проблеми по хемија за оние кои влегуваат на универзитетите. - 4-то издание. - М.: РИА „Нов бран“: Издавач Умеренков, 2012. - 278 стр.

Домашна работа

1. Бр. 13, 14 (стр. 62) Руџитис Г.Е., Фелдман Ф.Г. Хемија: Органска хемија. 10-то одделение: учебник за општообразовни институции: основно ниво / Г. Е. Руџитис, Ф.Г. Фелдман. - 14-то издание. - М.: Образование, 2012 година.

2. Зошто ароматичните соединенија се разликуваат по хемиски својства и од заситените и од незаситените јаглеводороди?

3. Напиши ги равенките за реакција за согорување на етилбензен и ксилен.