Химични свойства. Физични и химични свойства на бензола

заглавка

Прост въглеводород. Отнася се за ароматни въглеводороди, клас органични вещества.

Веществото е бистра течност, безцветна, има характерна сладникава миризма. Бензолът се класифицира като ненаситен въглеводород. Известната формула за бензеновия пръстен е предложена от Нобеловия лауреат по химия Линус Полинг. Именно той предложи да се изобрази бензен под формата на шестоъгълник с кръг вътре. Това изображение дава представа за липсата на двойни връзки и наличието на единичен електронен облак, който покрива всичките 6 въглеродни атома.

Формула

Получаване на бензен

Естествени източници

Естественият източник за получаване на бензен са въглищата. Процесът на коксуване на въглища е открит от Майкъл Фарадей през 1825 г. Той изучава газа за осветление, използван в уличните лампи, и успява да изолира и опише бензен. Сега практически не се получава бензен от каменовъглен катран по този начин. Има много други по-продуктивни начини да го получите.

Изкуствени източници на получаване

• Изкуствен каталитичен реформинг на бензин.За производството се използват фракции на бензин. При този процес се образува голямо количество толуен. Пазарното търсене на толуен не е много високо, така че бензенът също се произвежда допълнително от него. Бензолът се получава от тежки фракции на масло чрез пиролиза чрез процеса на деалкилиране на смес от толуен, ксилен.
• Получаване по метода на Репе.До 1948 г. бензенът се получава по метода на Berthelot чрез преминаване на ацетилен върху активен въглен при температура 400°C. Добивът на бензен е голям, но се получава многокомпонентна смес от вещества, която трудно се пречиства. През 1948 г. Репе заменя активния въглен с никел. Резултатът беше бензен. Процесът се нарича тримеризация на ацетелен- три молекули ацетилен се превръщат в един бензен:

3C 2 H 2 → C 6 H 6 .

свойства на бензена

Физически свойства

По време на горенето се отделя голямо количество сажди, тъй като въглеводородът е ненаситен (липсват му 8 водородни атома, за да отговаря на стандартната формула на наситени въглеводороди). При ниски температури бензенът се превръща в бяла кристална маса.

Химични свойства

Бензолът влиза в реакции на заместване в присъствието на катализатори - обикновено Al(3+) или Fe(3+) соли:

• Халогениране - качествена реакция на бензен с Br 2:

C 6 H 6 + Br 2 \u003d C 6 H 5 Br + HBr.

• Нитриране - взаимодействие с азотна киселина. В органичната химия този процес е придружен от елиминирането на ОН групата:

C 6 H 6 + HO-NO 2 → C 6 H 5 NO 2 + H 2 O.

• Каталитичното алкилиране води до получаването на бензенови хомолози - алкилбензени:

C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl → C 6 H 5 C 2 H 5 + HCl.

Бензоловите хомолози, съдържащи радикал, реагират различно от самия бензен. Реакциите протичат по различен начин и често в светлината:

• халогениране C6H5-CH3 + Br2 (на светлина) = C6H5-CH2Br + HBr;
• нитриране - C 6 H 5 -CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3.

Реакциите на окисление на бензена са много сложни и не са характерни за това вещество. Окисляването е характерно за хомолозите. Ето, например, реакцията за получаване на бензоена киселина:

C 6 H 5 CH 3 + [O] → C 6 H 5 COOH.

Процесът на изгаряне на дадено вещество протича по стандартната схема за всички органични вещества:

C n H 2n-6 + (3n-3) \ 2 O 2 → nCO 2 + (n-3) H 2 O.

Реакции на хидрогениране. Реакцията е трудна, необходими са катализатори, налягане, температура. При реакциите на бензен с водород се получава циклохексан:

C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

И в реакции с алкилбензен - метилциклохексан, където един водороден атом е заменен с радикална група -CH3:

C 6 H 5 CH 3 + 3H 2 → C 6 H 11 -CH 3.

Приложение на бензол

Бензолът в чиста форма практически не се използва. Произвежда се за производството на други важни съединения, като например етилбензен, от който се получават стирен и полистирол.

Лъвският дял от бензена се използва за производството на фенол, който е необходим при производството на найлон, багрила, пестициди и лекарства. Известното лекарство аспирин не може да се получи без участието на фенол.

Циклохексанът от бензен е необходим за производството на пластмаси и изкуствени влакна, нитробензенът отива за производството на анилин, който се използва за производството на каучук, багрила и хербициди.

Цикличната структура на бензена е предложена за първи път от F.A. Кекуле през 1865г

Фридрих Август Кекуле фон Страдониц е изключителен немски химик от 19 век. През 1854 г. той открива първото органично съединение, съдържащо сяра - тиооцетна киселина (тиоетанова киселина). Освен това той установява структурата на диазо съединенията. Най-известният му принос в развитието на химията обаче е установяването на структурата на бензена (1866 г.). Кекуле показа, че двойните връзки на бензена се редуват около пръстена (тази идея му хрумна за първи път в сън). По-късно той показа, че двете възможни двойни връзки са идентични и че бензеновият пръстен е хибрид между двете структури. По този начин той предвижда концепцията за резонанс (мезомеризъм), която се появява в теорията на химическото свързване в началото на 30-те години.

Ако бензенът наистина има такава структура, тогава неговите 1,2-дизаместени производни трябва да имат по два изомера. Например,

Но нито един от 1,2-дизаместените бензени не може да изолира два изомера.

Следователно Кекуле впоследствие предполага, че молекулата на бензена съществува като две структури, които бързо преминават една в друга:

Имайте предвид, че такива схематични изображения на бензенови молекули и техните производни обикновено не показват водородните атоми, свързани с въглеродните атоми на бензеновия пръстен.

В съвременната химия молекулата на бензена се разглежда като резонансен хибрид на тези две ограничаващи резонансни форми (вижте раздел 2.1). Друго описание на молекулата на бензена се основава на разглеждане на нейните молекулни орбитали. В сек. 3.1, беше посочено, че -електроните, разположени в -свързващите орбитали, са делокализирани между всички въглеродни атоми на бензеновия пръстен и образуват -електронен облак. В съответствие с това представяне молекулата на бензена може условно да бъде изобразена, както следва:

Експерименталните данни потвърждават наличието на точно такава структура в бензена. Ако бензенът имаше структурата, която Кекуле първоначално предложи, с три спрегнати двойни връзки, тогава бензенът трябваше да влезе в реакции на добавяне като алкени. Въпреки това, както бе споменато по-горе, бензенът не влиза в реакции на добавяне. Освен това бензенът е по-стабилен, отколкото ако има три изолирани двойни връзки. В сек. 5.3 беше посочено, че енталпията на хидрогениране на бензен с образуването на циклохексан има по-голям отрицателен

Таблица 18.3. Дължина на различни въглерод-въглеродни връзки

Ориз. 18.6. Геометричната структура на молекулата на бензена.

стойност от три пъти енталпията на хидрогениране на циклохексен. Разликата между тези стойности обикновено се нарича енталпия на делокализация, резонансна енергия или енергия на стабилизиране на бензена.

Всички въглерод-въглеродни връзки в бензеновия пръстен имат еднаква дължина, която е по-малка от дължината на C-C връзките в алканите, но по-дълга от дължината на C=C връзките в алкените (Таблица 18.3). Това потвърждава, че въглерод-въглеродните връзки в бензена са хибрид между единични и двойни връзки.

Молекулата на бензена има плоска структура, която е показана на фиг. 18.6.

Физически свойства

При нормални условия бензенът е безцветна течност, която замръзва при 5,5°C и кипи при 80°C. Има характерна приятна миризма, но, както бе споменато по-горе, е силно токсичен. Бензенът не се смесва с вода и в бензеновата система водата образува горната част на двата слоя. Въпреки това, той е разтворим в неполярни органични разтворители и сам по себе си е добър разтворител за други органични съединения.

Химични свойства

Въпреки че бензенът влиза в определени реакции на присъединяване (виж по-долу), той не проявява реактивоспособността, типична за алкените в тях. Например, не обезцветява бромната вода или разтворите на α-йони. В допълнение, бензен

влиза в присъединителни реакции със силни киселини, като солна или сярна киселина.

В същото време бензенът участва в редица реакции на електрофилно заместване. Ароматните съединения са продуктите на реакции от този тип, тъй като делокализираната -електронна система на бензена се запазва в тези реакции. Общият механизъм на заместване на водороден атом на бензенов пръстен с някакъв електрофил е описан в раздел. 17.3. Примери за електрофилно заместване на бензен са неговите реакции на нитриране, халогениране, сулфониране и реакции на Фридел-Крафтс.

Нитриране. Бензолът може да бъде нитриран (въвеждайки група в него) чрез третиране със смес от концентрирани азотна и сярна киселини:

Нитробензен

Условията за тази реакция и нейният механизъм са описани в раздел. 17.3.

Нитробензенът е бледожълта течност с характерна миризма на бадем. При нитриране на бензен, освен нитробензен, се образуват и кристали на 1,3-динитробензен, който е продукт на следната реакция:

Халогениране. Ако смесите бензен на тъмно с хлор или бром, няма да се появи рак. Въпреки това, в присъствието на катализатори със свойствата на киселините на Люис, в такива смеси възникват реакции на електрофилно заместване. Типичните катализатори за тези реакции са железен (III) бромид и алуминиев хлорид. Действието на тези катализатори е, че те създават поляризация в халогенните молекули, които след това образуват комплекс с катализатора:

въпреки че няма преки доказателства, че в този случай се образуват свободни йони. Механизмът на бензен бромиране с използване на железен (III) бромид като йонен носител може да бъде представен по следния начин:

Сулфониране. Бензолът може да бъде сулфониран (замествайки водороден атом в него със сулфогрупа) чрез кипене на сместа му с концентрирана сярна киселина в продължение на няколко часа. Вместо това бензенът може да бъде леко нагрят, смесен с димяща сярна киселина. Димящата сярна киселина съдържа серен триоксид. Механизмът на тази реакция може да бъде представен чрез схемата

Реакции на Фридел-Крафтс. Реакциите на Friedel-Crafts първоначално са били наричани реакции на кондензация между ароматни съединения и алкил халиди в присъствието на безводен катализатор алуминиев хлорид.

При реакциите на кондензация две молекули реагенти (или един реагент) се комбинират помежду си, образувайки молекула на ново съединение, докато молекула на някакво просто съединение, като вода или хлороводород, се отделя (елиминира) от тях.

Понастоящем реакцията на Фридел-Крафтс е всяко електрофилно заместване на ароматно съединение, при което карбокатион или силно поляризиран комплекс с положително зареден въглероден атом играе ролята на електрофил. Електрофилният агент обикновено е алкил халид или хлорид на карбоксилна киселина, въпреки че може също да бъде, например, алкен или алкохол. Безводният алуминиев хлорид обикновено се използва като катализатор за тези реакции. Реакциите на Friedel-Crafts обикновено се разделят на два вида: алкилиране и ацилиране.

Алкилиране. В реакциите на Friedel-Crafts от този тип един или повече водородни атоми в бензеновия пръстен се заместват с алкилови групи. Например, когато смес от бензен и хлорометан се нагрява внимателно в присъствието на безводен алуминиев хлорид, се образува метилбензен. Хлорометанът играе ролята на електрофилен агент в тази реакция. Той се поляризира от алуминиев хлорид по същия начин, както се случва с халогенните молекули:

Механизмът на разглежданата реакция може да бъде представен по следния начин:

Трябва да се отбележи, че при тази реакция на кондензация между бензен и хлорометан се отделя молекула хлороводород. Също така отбелязваме, че реалното съществуване на метален карбокатион под формата на свободен йон е съмнително.

Алкилирането на бензен с хлорометан в присъствието на катализатор - безводен алуминиев хлорид не завършва с образуването на метилбензен. В тази реакция настъпва допълнително алкилиране на бензеновия пръстен, което води до образуването на 1,2-диметилбензен:

Ацилиране. В реакции на Friedel-Crafts от този тип, водороден атом в бензеновия пръстен се замества с ацилова група, което води до образуването на ароматен кетон.

Ацилната група има обща формула

Систематичното наименование на ацилното съединение се образува чрез замяна на наставката и окончанието -ова в името на съответната карбоксилна киселина, на която даденото ацилно съединение е производно, с наставката -(о)ил. Например

Ацилирането на бензен се извършва с помощта на хлорид или анхидрид на карбоксилна киселина в присъствието на безводен катализатор алуминиев хлорид. Например

Тази реакция е кондензация, при която се получава елиминиране на молекула хлороводород. Обърнете внимание също, че името "фенил" често се използва за обозначаване на бензеновия пръстен в съединения, където бензенът не е основната група:

Реакции на присъединяване. Въпреки че бензенът е най-характерен за реакциите на електрофилно заместване, той също влиза в някои реакции на добавяне. Вече се запознахме с един от тях. Говорим за хидрогениране на бензен (вижте раздел 5.3). Когато смес от бензен и водород преминава през повърхността на фино смлян никелов катализатор при температура 150–160 °C, възниква цяла последователност от реакции, които завършват с образуването на циклохексан. Общото стехиометрично уравнение за тази реакция може да бъде представено по следния начин:

Под въздействието на ултравиолетова радиация или пряка слънчева светлина бензенът реагира и с хлор. Тази реакция се осъществява по сложен радикален механизъм. Крайният му продукт е 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан:

Подобна реакция протича между бензен и бром под действието на ултравиолетова радиация или слънчева светлина.

Окисляване. Бензолът и бензеновият пръстен в други ароматни съединения обикновено са устойчиви на окисляване дори от такива силни окислители като киселинен или алкален разтвор на калиев перманганат. Въпреки това, бензенът и другите ароматни съединения изгарят във въздух или кислород, за да образуват много опушен пламък, който е типичен за въглеводороди с високо относително съдържание на въглерод.

Бензоловите хомолози са способни да реагират в две посоки с участието на ароматно ядро ​​и странична верига (алкилови групи), в зависимост от естеството на реагента.

1. Реакции на ароматното ядро

Поради донорния ефект на алкиловата група, реакциите S E ArH преминават към орто- и двойка- позиции на ароматното ядро, докато условията са по-меки, отколкото за бензена.

а) халогениране

б) нитриране

Забележете как с нарастването на броя на акцепторните групи (-NO 2) температурата на реакциите на нитриране се повишава.

в) сулфониране

Реакцията произвежда предимно П-изомер.

г) алкилиране

д) ацилиране

2. Странично верижни реакции

Алкилният фрагмент на бензеновата молекула влиза в реакции S R с участието на въглероден атом в α -позиция (бензилова позиция).

Окисляването на всички хомолози на бензена KMnO 4 /100°C води до образуването на бензоена киселина.

кондензирани арени

Кондензираните арени са ароматни системи (n=2 и 3). Степента на ароматност на кондензираните арени е по-ниска от тази на бензена. Те се характеризират с реакции на електрофилно заместване, реакции на добавяне и окисление, протичащи при по-меки условия, отколкото при бензена.

Реактивност на нафталина

S E ArH реакциите за нафталин протичат главно според α -позиция, с изключение на сулфониране. Електрофилното добавяне на Ad E протича в позиции 1,4, докато нафталинът проявява свойствата на спрегнати диени.

1. Реакции на електрофилно заместване,С д ArH

2. Реакции на електрофилно присъединяване, редукция и окисление.

Реактивност на антрацен и фенантрен

Реакциите на електрофилно заместване, S E ArH и електрофилно присъединяване, Ad E за антрацен протичат предимно в позиции 9 и 10 (вижте схемата по-долу).

Реакциите на електрофилно заместване, S E ArH и електрофилно присъединяване, Ad E за фенантрен протичат предимно в позиции 9 и 10, както при антрацена (вижте диаграмата по-долу).

Реакции на окисление и редукция на антрацен и фенантрен.

Структури на някои лекарства на базата на нафталин, антрацен и фенантрен

Нафтизин(нафазолин, санорин)

вазоконстрикторно действие(лечение на ринит, синузит)

(родителската структура е подчертана в заглавието, обърнете внимание на номерацията)

Нафтифин

противогъбичнидействие (лечение на дерматит)

Набуметон

противовъзпалително, антипиретично, аналгетично действие(лечение на остеоартрит, ревматоиден артрит).

Надолол

(терминът cis в този случай означава взаимното разположение на хидроксилните групи)

хипотензивен(понижава кръвното налягане) и антиаритмично действие

Морфин, кодеин

Сигурни въпроси към глава "АРЕНА"

1. Какви свойства на бензена го отличават от други ненаситени съединения - алкени, алкини? Какво означава терминът "ароматно съединение"?

2. Напишете структурните формули на съединенията: а) етилбензен; б) 1,3-диметилбензен ( м -ксилен); в) 1,3,5-триметилбензен (мезитилен); г) изопропилбензен (кумол); д) 3-фенилпентан; е) винилбензен (стирен); g) фенилацетилен; з) транс -дифенилетилен ( транс -стилбен).

3. Опишете структурните характеристики на съединенията, които проявяват ароматност. Посочете правилото на Хюкел. Кои от следните съединения са ароматни?

4. Сравнете съотношението на циклохексен и бензен към следните реактиви при посочените условия : а) Бр 2 (З 2 O.20 ° С); б) KMnO 4 (З 2 О, 0 ° С); в) З 2 ТАКА 4 (конц.), 20 ° С; г) З 2 (Pd, 30 ° С); преди 3 , след това H 2 O(Zn); д) HBr.

5. Напишете структурните формули на монозаместен бензен, образуван в реакциите на бензен със следните реагенти: а) З 2 ТАКА 4 (конц.); б) HNO 3 ; з 2 ТАКА 4 (конц.); в) Бр 2 /fe; г) Кл 2 /AlCl 3 ; д) CH 3 Br/AlBr 3 ; д) CH 3 COCl/AlCl 3 . Назовете реакциите и техните продукти. Посочете с кой електрофил реагира бензенът във всеки отделен случай.

6. Дайте обща схема за взаимодействие на бензен с електрофилен реагент ( д + ). Назовете междинни комплекси. Коя стъпка обикновено определя скоростта на реакцията? Дайте графика на промяната в потенциалната енергия на разглежданата реакция.

7. Дефинирайте следните понятия: а) преходно състояние; б) междинна връзка; в) -комплекс; г) -комплекс. Кои от тях са идентични? Илюстрирайте тези концепции, като използвате примера за бромиране на бензен в присъствието на катализатор. FeBr 3 .

8. Използвайки примера на реакциите на етен и бензен с бром, сравнете механизма на електрофилно добавяне в алкени с механизма на електрофилно заместване в ароматната серия. На какъв етап се наблюдава разликата и защо?

9. Използвайки индуктивни и мезомерни ефекти, опишете взаимодействието на заместителя с бензеновия пръстен в посочените съединения:

Обърнете внимание на електрон-донорните (ED) и електрон-оттеглящите (EA) заместители.

10. Напишете схемите на мононитриране на следните съединения: а) фенол; б) бензенсулфонови киселини; в) изопропилбензен; г) хлоробензен. За кое съединение относителната степен на заместване трябва да бъде най-висока и защо?

11. Образуването на какви продукти трябва да се очаква при моносулфониране на съединения: а) толуен; б) нитробензен; в) бензоена киселина; г) бромобензен? Кое съединение трябва да се сулфонира най-лесно? Защо?

12. Подредете следните съединения в редица според увеличаването на реактивността им при бромиране в бензенов пръстен: а) бензен; б) фенол; в) бензалдехид; г) етилбензен. Давайте обяснения.

13. Назовете следните въглеводороди:

14. Напишете реакциите на бензен със следните реактиви : а) Кл 2 (Fe); б) 3Cl 2 (светлина); в) HNO 3 (З 2 ТАКА 4 ); г) О 2 (въздух) (В 2 О 5 , 450  ° С); д) 3О 3 , след това H 2 O(Zn); е) З 2 ТАКА 4 (олеум); ж) ЗН 2 (Ni, 200 ° С,стр ). Каква е особеността на реакциите на присъединяване в бензена?

15. Напишете реакциите на толуен с посочените реактиви : а) 3H 2 (Ni, 200 С, 9806.7 kPa); б) KMnO 4 в з 2 О; в*) Сl 2 , светлина; d*) Cl 2 (Fe); e*) CH 3 Cl (AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl(AlCl 3 ); g) HNO 3 (З 2 ТАКА 4 ). За реакциите, отбелязани със звездичка, посочете механизмите.

16. Напишете реакциите на нитриране на етилбензен при посочените условия: а) 65% HNO 3 + З 2 ТАКА 4 (конц.); б) 10% HNO 3 , отопление, налягане. Носете механизми.

17. Сравнете съотношението на изопропилбензен към бром: а) в присъствието на AlBr 3 ; б) при осветяване и нагряване. Посочете реакциите и техните механизми.

18. Какви съединения се образуват от етилбензен и П -ксилен под действието на посочените окислители: а) О 3 , след това H 2 O(Zn); б) KMnO 4 в Х 2 О,T ; VC 2 Кр 2 О 7 в Х 2 ТАКА 4 , T ?

19. С помощта на какви реакции могат да се разграничат следните двойки съединения: а) етилбензен и м -ксилен; б) етилбензен и стирен; в) стирен и фенилацетилен; G) относно - и П -ксилоли?

20. Кои съединения са продуктите на следните реакции:

21. На базата на бензен и всякакви други реактиви получете следните съединения: а) П -трет -бутилтолуен; б) етил- П - толил кетон; в) алилбензен; G) П - бромобензоена киселина.

22. Посочете основните съединения, образувани в следните реакции:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

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

Формула - C 6 H 6 (структурна формула - фиг. 1). Молекулно тегло - 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 същата равнина. Шест въглеродни атома образуват правилен шестоъгълник (σ-скелет на молекулата на бензена). Всеки въглероден атом има една нехибридизирана p-орбитала, която съдържа един електрон. Шест p-електрона образуват единичен π-електронен облак (ароматна система), който е изобразен като кръг вътре в шестчленен цикъл. Въглеводородният радикал, получен от бензен, се нарича C 6 H 5 - - фенил (Ph-).

Химични свойства на бензола

Бензолът се характеризира с реакции на заместване, протичащи съгласно електрофилния механизъм:

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

C6H6 + Cl2 \u003d C6H5-Cl + HCl;

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

- алкилиране с алкени

C 6 H 6 + CH 2 \u003d CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH (CH 3) 2;

Реакциите на добавяне към бензен водят до разрушаване на ароматната система и протичат само при тежки условия:

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

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

Както всяко органично съединение, бензенът влиза в реакция на горене с образуването на въглероден диоксид и вода като реакционни продукти (гори с димен 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. допринася за развитието на рак).

Получаване и използване на бензен

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 му токсичност, съдържанието на бензол в горивото е строго регулирано. Понякога бензенът се използва като разтворител.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Запишете уравненията, с които можете да извършите следните трансформации: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Решение

За получаване 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 ацетилен, която се получава 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 от веществото и колко грама от какви продукти е довело до това?
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. Моларната маса на бензена, изчислена с помощта на таблицата на химичните елементи на D.I. Менделеев - 78 g/mol. Намерете количеството вещество бензен: n(C6H6) = m(C6H6) / M(C6H6); n(C6H6) = 39/78 = 0.5 mol. Според условието на задачата бензенът реагира с 1 mol бром. Следователно бензенът е в недостиг и ще бъдат направени допълнителни изчисления за бензена. Съгласно реакционното уравнение n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) \u003d 1: 1: 1, следователно n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5 Br) \u003d: 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 на D.I. Менделеев - съответно 157 и 81 g/mol. m(C6H5Br) = 0.5×157 = 78.5 g; m(HBr) = 0,5 х 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.

Физически 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 лесно се разтварят в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон.

Бензолът и неговите хомолози сами по себе си са добри разтворители за много органични вещества. 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°.bp., °C
Бензол	C 6 H 6	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)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

Бензол - нискокипяща ( Tкип= 80,1°C), безцветна течност, неразтворима във вода

внимание! Бензол - отрова, действа върху бъбреците, променя кръвната формула (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)

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

ОТ 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, реформинг;
• от въглищен катран и коксов газ

1. Дехидроциклизация на алканис повече от 6 въглеродни атома:

C 6 H 14 T , кат→C 6 H 6 + 4H 2

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

3C 2 H2 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

C 6 H 12 t, кат→C 6 H 6 + 3H 2

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

метилциклохексанетолуен

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

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

хлороетан етилбензен

Химични свойства на арените

аз. РЕАКЦИИ НА ОКИСЛЕНИЕ

1. Изгаряне (димен пламък):

2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Бензолът при нормални условия не обезцветява бромната вода и водния разтвор на калиев перманганат

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

А) в кисела среда до бензоена киселина

Под действието на калиев перманганат и други силни окислители върху хомолозите на бензола, страничните вериги се окисляват. Колкото и сложна да е веригата на заместителя, тя се разрушава, с изключение на a-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 соли на бензоената киселина

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 + 3Cl2 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)

б) бензенови хомолози при облъчване или нагряване

По отношение на химичните свойства алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях се заместват с халогени по свободнорадикален механизъм. Следователно, в отсъствието на катализатор, нагряването или UV облъчването води до 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 → (смес от орта, двойка производни) +HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

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

нитробензен - миризма бадемово!

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

2,4,6-тринитротолуен (тол, тротил)

Използването на бензен 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 (от него се получава разтворител, 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, лекарства и експлозиви (тротил (тол) или 2,4,6-тринитротолуен TNT).

Ксилол 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 служи за получаване на фенол и ацетон.

Хлорни производни на бензенаизползвани за растителна защита. По този начин, продуктът от заместване на Н атоми в бензен с хлорни атоми е хексахлоробензен C 6 Cl 6 - фунгицид; използва се за суха обработка на семената на пшеница и ръж срещу твърда главица. Продуктът от добавянето на хлор към бензена е хексахлорциклохексан (хексахлоран) C 6 H 6 Cl 6 - инсектицид; използва се за борба с вредните насекоми. Тези вещества се отнасят до пестицидите - химически средства за борба с микроорганизми, растения и животни.

стирен C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 полимеризира много лесно, образувайки полистирен и съполимеризирайки с бутадиен - стирен-бутадиенови каучуци.

ВИДЕО ИЗЖИВЯВАНИЯ