Lihtne süsivesinik. Kuulub aromaatsete süsivesinike hulka, orgaaniliste ainete klassi.
Aine on läbipaistev vedelik, sellel ei ole värvi ja sellel on iseloomulik magusakas lõhn. Benseen on klassifitseeritud küllastumata süsivesinikeks. Benseenirõnga kuulsa valemi pakkus välja Nobeli keemiapreemia laureaat Linus Pauling. Just tema soovitas benseeni kujutada kuusnurgana, mille sees on ring. See pilt annab ülevaate kaksiksideme puudumisest ja ühe elektronpilve olemasolust, mis katab kõik 6 süsinikuaatomit.
Valem
Benseeni saamine
Looduslikud allikad
Benseeni looduslik allikas on kivisüsi. Söe koksistamise protsessi avastas Michael Faraday 1825. aastal. Ta uuris tänavavalgustites kasutatavat valgustusgaasi ning suutis isoleerida ja kirjeldada benseeni. Tänapäeval kivisöetõrvast selle meetodiga benseeni praktiliselt ei saada. Selle hankimiseks on palju muid produktiivsemaid viise.
Kunstlikud saamise allikad
- Bensiini kunstlik katalüütiline reformimine. Tootmiseks kasutatakse bensiini naftafraktsioone. See protsess toodab suures koguses tolueeni. Tolueeni järele pole turul suurt nõudlust, seega toodetakse sellest ka benseeni edasi. Benseeni saadakse raskete õlide fraktsioonidest pürolüüsi teel tolueeni ja ksüleeni segu dealküleerimise teel.
- Valmistamine Reppe meetodil. Kuni 1948. aastani saadi benseeni Berthelot' meetodil atsetüleeni juhtimisel üle aktiivsöe temperatuuril 400°C. Benseeni saagis oli suur, kuid tulemuseks oli mitmekomponentne ainete segu, mida oli raske puhastada. 1948. aastal asendas Reppe aktiivsöe nikliga. Tulemuseks oli benseen. Protsessi nimetatakse atsetüleeni trimeriseerimine– kolm atsetüleeni molekuli muudetakse üheks benseeniks:
3C2H2 → C6H6.
Benseeni omadused
Füüsikalised omadused
Põlemisel eraldub suur kogus tahma, kuna süsivesinik on küllastumata (küllastunud süsivesinike standardvalemi täitmiseks puudub tal 8 vesinikuaatomit). Madalatel temperatuuridel muutub benseen valgeks kristalseks massiks.
Keemilised omadused
Benseen läbib asendusreaktsiooni katalüsaatorite – tavaliselt Al(3+) või Fe(3+) soolade – juuresolekul:
- Halogeenimine on kvalitatiivne reaktsioon benseenile koos Br2-ga:
C6H6 + Br2 = C6H5Br + HBr.
- Nitreerimine on koostoime lämmastikhappega. Orgaanilises keemias kaasneb selle protsessiga OH-rühma kõrvaldamine:
C6H6 + HO-NO2 → C6H5NO2 + H2O.
- Katalüütilise alküülimise tulemusena tekivad benseeni homoloogid - alküülbenseenid:
C6H6 + C2H5Cl → C6H5C2H5 + HCl.
Radikaali sisaldavad benseeni homoloogid reageerivad teisiti kui benseen ise. Reaktsioonid kulgevad erinevalt ja sageli valguses:
- halogeenimine C6H5-CH3 + Br2 (valguses) = C6H5-CH2Br + HBr;
- nitreerimine – C 6 H 5 -CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3.
Benseeni oksüdatsioonireaktsioonid on väga keerulised ega ole sellele ainele tüüpilised. Oksüdatsioon on tüüpiline homoloogidele. Siin on näiteks reaktsioon bensoehappe tootmiseks:
C6H5CH3 + [O] → C6H5COOH.
Aine põlemisprotsess toimub kõigi orgaaniliste ainete standardskeemi kohaselt:
C n H 2n-6 + (3n-3)\2O2 → nCO2 + (n-3)H2O.
Hüdrogeenimisreaktsioonid. Reaktsioon on keeruline, vaja on katalüsaatoreid, rõhku ja temperatuuri. Benseeni ja vesiniku reaktsioonid annavad tsükloheksaani:
C6H6 + 3H2 → C6H12.
Ja reaktsioonides alküülbenseeniga - metüültsükloheksaan, kus üks vesinikuaatom asendatakse radikaalrühmaga -CH3:
C6H5CH3 + 3H2 → C6H11-CH3.
Benseeni rakendused
Benseeni puhtal kujul praktiliselt ei kasutata. Seda toodetakse muude oluliste ühendite, näiteks etüülbenseeni tootmiseks, millest saadakse stüreeni ja polüstüreeni.
Lõviosa benseenist kasutatakse fenooli tootmiseks, mis on vajalik nailoni, värvainete, pestitsiidide ja ravimite tootmisel. Kuulsat ravimit aspiriini ei saa ilma fenooli osaluseta.
Benseenist saadav tsükloheksaan on vajalik plastide ja tehiskiudude tootmiseks, nitrobenseeni kasutatakse aniliini tootmiseks, mida kasutatakse kummide, värvainete ja herbitsiidide tootmiseks.
Benseeni tsüklilise struktuuri pakkus esmakordselt välja F.A. Kekule 1865. aastal
Friedrich August Kekule von Stradonitz – 19. sajandi silmapaistev saksa keemik. 1854. aastal avastas ta esimese väävlit sisaldava orgaanilise ühendi – tioäädikhappe (tioetaanhape). Lisaks tegi ta kindlaks diasoühendite struktuuri. Tema kuulsaim panus keemia arendamisse on aga benseeni struktuuri loomine (1866). Kekule näitas, et benseeni kaksiksidemed vaheldusid rõnga ümber (see mõte tekkis tal esmakordselt unenäos). Hiljem näitas ta, et kaks võimalikku kaksiksideme paigutust on identsed ja et benseenitsükkel on nende kahe struktuuri vaheline hübriid. Seega nägi ta ette resonantsi (mesomerismi) ideed, mis ilmus keemilise sideme teoorias 1930. aastate alguses.
Kui benseenil tõesti oli selline struktuur, siis selle 1,2-diasendatud derivaatidel peaks olema kaks isomeeri. Näiteks,
Ühtegi 1,2-diasendatud benseene ei saa siiski eraldada kaheks isomeeriks.
Seetõttu soovitas Kekule hiljem, et benseeni molekul eksisteerib kahe struktuurina, mis muutuvad kiiresti üksteiseks:
Pange tähele, et sellised benseeni molekulide ja nende derivaatide skemaatilised kujutised ei näita tavaliselt vesinikuaatomeid, mis on seotud benseenitsükli süsinikuaatomitega.
Kaasaegses keemias peetakse benseeni molekuli nende kahe piirava resonantsvormi resonantshübriidiks (vt jaotis 2.1). Teine benseeni molekuli kirjeldus põhineb selle molekulaarorbitaalidel. In Sect. 3.1 näidati, et -sidumisorbitaalidel paiknevad -elektronid on delokaliseerunud benseenitsükli kõigi süsinikuaatomite vahele ja moodustavad -elektronpilve. Selle esituse kohaselt võib benseeni molekuli tavapäraselt kujutada järgmiselt:
Eksperimentaalsed andmed kinnitavad just sellise struktuuri olemasolu benseenis. Kui benseenil oli Kekulé algselt välja pakutud struktuur kolme konjugeeritud kaksiksidemega, peaks benseen läbima liitumisreaktsioonid nagu alkeenid. Kuid nagu eespool mainitud, ei toimu benseen liitumisreaktsioonidega. Lisaks on benseen stabiilsem kui siis, kui sellel oleks kolm isoleeritud kaksiksidet. In Sect. 5.3 näidati, et benseeni hüdrogeenimise entalpial tsükloheksaaniks on suurem negatiivne
Tabel 18.3. Erinevate süsinik-süsinik sidemete pikkus
Riis. 18.6. Benseeni molekuli geomeetriline struktuur.
väärtus kui kolmekordne tsüklohekseeni hüdrogeenimise entalpia. Nende suuruste erinevust nimetatakse tavaliselt benseeni delokalisatsiooni entalpiaks, resonantsenergiaks või stabiliseerimisenergiaks.
Kõik süsinik-süsinik sidemed benseenitsüklis on sama pikkusega, mis on lühem alkaanide C-C sidemete pikkusest, kuid pikem kui alkeenide C=C sidemete pikkus (tabel 18.3). See kinnitab, et benseeni süsinik-süsinik sidemed on üksik- ja kaksiksidemete hübriid.
Benseeni molekulil on lame struktuur, mis on näidatud joonisel fig. 18.6.
Füüsikalised omadused
Benseen on tavatingimustes värvitu vedelik, mis külmub temperatuuril 5,5 °C ja keeb temperatuuril 80 °C. Sellel on iseloomulik meeldiv lõhn, kuid nagu eespool mainitud, on see väga mürgine. Benseen ei segune veega ja benseenisüsteemis moodustab vesi kahest kihist ülemise. Siiski lahustub see mittepolaarsetes orgaanilistes lahustites ja on ise hea lahusti teistele orgaanilistele ühenditele.
Keemilised omadused
Kuigi benseen läbib teatud liitumisreaktsioonid (vt allpool), ei ole sellel alkeenidele tüüpilist reaktsioonivõimet. Näiteks ei muuda see broomvett ega -ioonilahust. Pealegi ei ole benseen seda
astub liitumisreaktsioonidesse tugevate hapetega, nagu vesinikkloriid- või väävelhape.
Samal ajal osaleb benseen mitmetes elektrofiilsetes asendusreaktsioonides. Seda tüüpi reaktsiooni produktid on aromaatsed ühendid, kuna nendes reaktsioonides säilib benseeni delokaliseeritud elektrooniline süsteem. Üldist mehhanismi benseenitsükli vesinikuaatomi asendamiseks elektrofiiliga on kirjeldatud jaotises. 17.3. Benseeni elektrofiilse asendamise näideteks on selle nitreerimine, halogeenimine, sulfoneerimine ja Friedel-Craftsi reaktsioonid.
Nitreerimine. Benseeni saab nitreerida (sellele on lisatud rühm), töödeldes seda kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappe seguga:
Nitrobenseen
Selle reaktsiooni tingimusi ja selle mehhanismi kirjeldatakse jaotises. 17.3.
Nitrobenseen on kahvatukollane vedelik, millel on iseloomulik mandlilõhn. Benseeni nitreerimisel tekivad lisaks nitrobenseenile ka 1,3-dinitrobenseeni kristallid, mis on järgmise reaktsiooni saadus:
Halogeenimine. Kui segate benseeni pimedas kloori või broomiga, siis reaktsiooni ei toimu. Kuid Lewise hapete omadustega katalüsaatorite juuresolekul toimuvad sellistes segudes elektrofiilsed asendusreaktsioonid. Nende reaktsioonide tüüpilised katalüsaatorid on raud(III)bromiid ja alumiiniumkloriid. Nende katalüsaatorite toime seisneb selles, et nad tekitavad halogeeni molekulides polarisatsiooni, mis seejärel moodustavad katalüsaatoriga kompleksi:
kuigi puuduvad otsesed tõendid selle kohta, et sel juhul tekivad vabad ioonid. Benseeni broomimise mehhanismi, kasutades ioonkandjana raud(III)bromiidi, võib kujutada järgmiselt:
Sulfoneerimine. Benseeni saab sulfoonida (asendada vesinikuaatom sulforühmaga), kuumutades selle segu kontsentreeritud väävelhappega tagasijooksul mitu tundi. Selle asemel võib benseeni ettevaatlikult kuumutada segus suitseva väävelhappega. Suitsev väävelhape sisaldab vääveltrioksiidi. Selle reaktsiooni mehhanismi saab kujutada diagrammiga
Friedeli-Craftsi reaktsioonid. Friedel-Craftsi reaktsioone nimetati algselt kondensatsioonireaktsioonideks aromaatsete ühendite ja alküülhalogeniidide vahel veevaba alumiiniumkloriidi katalüsaatori juuresolekul.
Kondensatsioonireaktsioonides ühinevad kaks reagendi molekuli (või üks reagent) omavahel, moodustades uue ühendi molekuli, samal ajal kui mõne lihtsa ühendi molekul, näiteks vesi või vesinikkloriid, eraldub (elimineerub) nendest.
Praegu nimetatakse Friedel-Craftsi reaktsiooniks aromaatse ühendi mis tahes elektrofiilset asendust, milles elektrofiili rolli täidab karbokatioon või tugevalt polariseeritud kompleks positiivselt laetud süsinikuaatomiga. Elektrofiilseks aineks on reeglina mõne karboksüülhappe alküülhalogeniid või kloriid, kuigi see võib olla ka näiteks alkeen või alkohol. Nende reaktsioonide katalüsaatorina kasutatakse tavaliselt veevaba alumiiniumkloriidi. Friedel-Craftsi reaktsioonid jagunevad tavaliselt kahte tüüpi: alküülimine ja atsüülimine.
Alküleerimine. Seda tüüpi Friedel-Craftsi reaktsioonis asendatakse benseenitsüklis üks või mitu vesinikuaatomit alküülrühmadega. Näiteks kui benseeni ja klorometaani segu kuumutatakse õrnalt veevaba alumiiniumkloriidi juuresolekul, tekib metüülbenseen. Klorometaan mängib selles reaktsioonis elektrofiilse aine rolli. Seda polariseerib alumiiniumkloriid samamoodi nagu halogeenmolekulid:
Vaadeldava reaktsiooni mehhanismi saab esitada järgmiselt:
Tuleb märkida, et selles benseeni ja klorometaani vahelises kondensatsioonireaktsioonis elimineeritakse vesinikkloriidi molekul. Pange tähele ka seda, et metalli karbokatiooni tegelik olemasolu vaba iooni kujul on kaheldav.
Benseeni alküülimisel klorometaaniga katalüsaatori – veevaba alumiiniumkloriidi juuresolekul ei teki metüülbenseeni. Selles reaktsioonis toimub benseenitsükli edasine alküülimine, mille tulemusena moodustub 1,2-dimetüülbenseen:
Atsüülimine. Seda tüüpi Friedel-Craftsi reaktsioonis asendatakse vesinikuaatom benseenitsüklis atsüülrühmaga, mille tulemusena moodustub aromaatne ketoon.
Atsüülrühmal on üldvalem
Atsüülühendi süstemaatiline nimetus moodustub, asendades vastava karboksüülhappe, mille tuletis see atsüülühend on, nimes sufiksi ja lõpu -ova sufiksiga -(o) üül. Näiteks
Benseeni atsüülimiseks kasutatakse mis tahes karboksüülhappe kloriidi või anhüdriidi katalüsaatori, veevaba alumiiniumkloriidi juuresolekul. Näiteks
See reaktsioon on kondensatsioon, mille käigus vesinikkloriidi molekul elimineeritakse. Pange tähele, et nimetust "fenüül" kasutatakse sageli benseenitsükli tähistamiseks ühendites, mille põhirühm ei ole benseen:
Lisamisreaktsioonid. Kuigi benseeni iseloomustavad enim elektrofiilsed asendusreaktsioonid, läbib see ka mõningaid liitumisreaktsioone. Ühega neist oleme juba kohtunud. Jutt käib benseeni hüdrogeenimisest (vt punkt 5.3). Kui benseeni ja vesiniku segu juhitakse üle peeneks jahvatatud nikkelkatalüsaatori pinna temperatuuril 150-160 °C, toimub terve rida reaktsioone, mis lõppevad tsükloheksaani moodustumisega. Selle reaktsiooni üldise stöhhiomeetrilise võrrandi võib esitada järgmiselt:
Ultraviolettkiirguse või otsese päikesevalguse käes reageerib benseen ka klooriga. See reaktsioon toimub keerulise radikaalse mehhanismi kaudu. Selle lõppsaadus on 1,2,3,4,5,6-heksaklorotsükloheksaan:
Sarnane reaktsioon toimub benseeni ja broomi vahel ultraviolettkiirguse või päikesevalguse mõjul.
Oksüdatsioon. Benseen ja benseenitsükkel teistes aromaatsetes ühendites on üldiselt oksüdatsioonikindlad isegi selliste tugevate oksüdeerivate ainete nagu happelise või leeliselise kaaliumpermanganaadi lahusega. Kuid benseen ja teised aromaatsed ühendid põlevad õhus või hapnikus, tekitades väga suitsuse leegi, mis on tüüpiline kõrge suhtelise süsinikusisaldusega süsivesinikele.
Benseeni homoloogid on olenevalt reagendi olemusest võimelised reageerima kahes suunas aromaatse tuuma ja kõrvalahela (alküülrühmade) osalusel.
1.Reaktsioonid aromaatse tsükliga
Alküülrühma doonoriefekti tõttu kulgevad S E ArH reaktsioonid sisse orto- Ja paar-aromaatse tsükli asend, samas kui tingimused on leebemad kui benseeni puhul.
a) halogeenimine
b) nitreerimine
Pange tähele, kuidas aktseptorrühmade (-NO2) arvu suurenedes nitreerimisreaktsioonide temperatuur tõuseb.
c) sulfoneerimine
Reaktsioon tekitab valdavalt P-isomeer.
d) alküülimine
e) atsüülimine
2. Kõrvalahela reaktsioonid
Benseeni molekuli alküülfragment siseneb SR reaktsioonidesse, milles osaleb süsinikuaatom α -positsioon (bensüülasend).
Kõigi benseeni homoloogide oksüdeerimine KMnO 4 /100°C-ga viib bensoehappe moodustumiseni.
Tihendatud areenid
Kondenseerunud areenid on aromaatsed süsteemid (n=2 ja 3). Kondenseeritud areenide aromaatsusaste on madalam kui benseenil. Neid iseloomustavad elektrofiilsed asendusreaktsioonid, liitumis- ja oksüdatsioonireaktsioonid, mis toimuvad leebemates tingimustes kui benseeni puhul.
Naftaleeni reaktsioonivõime
Naftaleeni S E ArH reaktsioonid kulgevad peamiselt vastavalt α -positsioon, välja arvatud sulfoneerimine. Ad E elektrofiilne lisamine toimub positsioonides 1, 4, kusjuures naftaleenil on konjugeeritud dieenide omadused.
1. elektrofiilsed asendusreaktsioonid,S E ArH
2.Elektrofiilse lisamise, redutseerimise ja oksüdatsiooni reaktsioonid.
Antratseeni ja fenantreeni reaktsioonivõime
Elektrofiilse asendusreaktsioonid, S E ArH ja elektrofiilne lisamine, Ad E antratseenile toimuvad valdavalt positsioonides 9 ja 10 (vt allolevat diagrammi).
Fenantreeni elektrofiilse asendus-, S E ArH ja elektrofiilse lisamise, Ad E reaktsioonid toimuvad valdavalt positsioonides 9 ja 10, nagu antratseeni puhul (vt allolevat diagrammi).
Antratseeni ja fenantreeni oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonid.
Mõnede naftaleenil põhinevate ravimite struktuurid, antratseen ja fenantreen
Naftüsiin(nafasoliin, sanoriin)
vasokonstriktsiooniefekt(riniidi, sinusiidi ravi)
(pealkirjas on esile tõstetud algne struktuur, pöörake tähelepanu nummerdamisele)
Naftifin
seenevastane toime (dermatiidi ravi)
Nabumethon
põletikuvastane, palavikuvastane, valuvaigistav toime(osteoartriidi, reumatoidartriidi ravi).
Nadolol
(termin cis tähistab antud juhul hüdroksüülrühmade suhtelist asendit)
hüpotensiivne( alandab vererõhku) ja antiarütmiline toime
Morfiin, kodeiin
Testiküsimused peatüki “AREENAD” jaoks
1. Millised omadused eristavad benseeni teistest küllastumata ühenditest – alkeenidest, alküünidest? Mida tähendab mõiste "aromaatne ühend"?
2. Kirjutage ühendite struktuurivalemid: a) etüülbenseen; b) 1,3-dimetüülbenseen ( m -ksüleen); c) 1,3,5-trimetüülbenseen (mesitüleen); d) isopropüülbenseen (kumeen); e) 3-fenüülpentaan; f) vinüülbenseen (stüreen); g) fenüülatsetüleen; h) transs -difenüületüleen ( transs -stilbeen).
3. Kirjeldage aromaatsusega ühendite struktuurilisi iseärasusi. Sõnasta Hückeli reegel. Millised järgmistest ühenditest on aromaatsed:
4. Võrrelge tsüklohekseeni ja benseeni suhet järgmiste reagentidega näidatud tingimustel : a) Br 2 (H 2 O, 20 C); b) KMnO 4 (H 2 O.0 C); c) N 2 NII 4 (konts.), 20 C; d) H 2 (Pd, 30 C); enne 3 , siis H 2 O(Zn); f) HBr.
5. Kirjutage monoasendatud benseenide struktuurivalemid, mis tekivad benseeni reaktsioonides järgmiste reagentidega: a) N 2 NII 4 (konts.); b) HNO 3 ; N 2 NII 4 (konts.); c) Br 2 /Fe; d) Cl 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlСl 3 . Nimetage reaktsioonid ja nende produktid. Märkige, millise elektrofiilse benseeniga konkreetsel juhul reageerib.
6. Esitage benseeni ja elektrofiilse reagendi vastasmõju üldine skeem ( E + ). Nimetage vahepealsed kompleksid. Milline etapp määrab tavaliselt reaktsiooni kiiruse? Esitage vaadeldava reaktsiooni potentsiaalse energia muutumise graafik.
7. Defineeri järgmised mõisted: a) siirdeolek; b) vaheühendus; c) -kompleks; d)-kompleks. Millised neist on identsed? Illustreerige neid mõisteid benseeni broomimise näitel katalüsaatori juuresolekul. FeBr 3 .
8. Võrrelge eteeni ja benseeni reaktsioonide näitel broomiga alkeenide elektrofiilse liitumise mehhanismi aromaatsete ridade elektrofiilse asendusmehhanismiga. Millises etapis erinevust täheldatakse ja miks?
9. Kasutades induktiivseid ja mesomeerseid efekte, kirjeldage asendaja interaktsiooni benseenitsükliga näidatud ühendites:
Märgistage elektrone loovutavad (ED) ja elektrone eemaldavad (EA) asendajad.
10. Kirjutage skeemid ühendite mononitreerimiseks: a) fenool; b) benseensulfoonhapped; c) isopropüülbenseen; d) klorobenseen. Millise ühendi puhul peaks suhteline asendusmäär olema kõrgeim ja miks?
11. Milliste saaduste teket tuleks eeldada ühendite monosulfoonimisel: a) tolueen; b) nitrobenseen; c) bensoehape; d) bromobenseen? Millist ühendit tuleks kõige lihtsam sulfoneerida? Miks?
12. Järjesta järgmised ühendid reaktsioonivõime suurenemise järjekorda nende broomimisel benseenitsükliks: a) benseen; b) fenool; c) bensaldehüüd; d) etüülbenseen. Andke selgitus.
13. Nimetage järgmised süsivesinikud:
14. Kirjutage benseeni reaktsioonid järgmiste reagentidega : a) Cl 2 (Fe); b) 3Cl 2 (valgus); c) HNO 3 (H 2 NII 4 ); d) O 2 (õhk) (V 2 KOHTA 5 , 450 C); e) 30 3 , siis N 2 O (Zn); e) H 2 NII 4 (oleum); g) 3H 2 (Ni, 200 C,lk ). Millised on benseeni liitumisreaktsioonide omadused?
15. Kirjutage tolueeni reaktsioonid näidatud reagentidega : a) 3H 2 (Ni, 200 C, 9806,7 kPa); b) KMnO 4 V N 2 ABOUT; c*) Cl 2 , valgus; d*) Cl 2 (Fe); d*) CH 3 Cl(AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl (AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 NII 4 ). Tärniga tähistatud reaktsioonide puhul esitage mehhanismid.
16. Kirjutage etüülbenseeni nitreerimise reaktsioonid näidatud tingimustel: a) 65% HNO 3 +H 2 NII 4 (konts.); b) 10% HNO 3 , küte, rõhk. Tooge mehhanismid.
17. Võrrelge isopropüülbenseeni ja broomi suhet: a) juuresolekul AlBr 3 ; b) valgustuse ja kütte all. Esitage reaktsioonid ja nende mehhanismid.
18. Millised ühendid tekivad etüülbenseenist ja P -ksüleen näidatud oksüdeerivate ainete toimel: a) O 3 , siis H 2 O(Zn); b) KMnO 4 aastal H 2 KOHTA,t ; VC 2 Kr 2 O 7 aastal H 2 NII 4 , t ?
19. Milliste reaktsioonide abil saab eristada järgmisi ühendipaare: a) etüülbenseen ja m -ksüleen; b) etüülbenseen ja stüreen; c) stüreen ja fenüülatsetüleen; G) O - Ja P -ksüleenid?
20. Millised ühendid on järgmiste reaktsioonide produktid:
21. Võtke benseeni ja muude reaktiivide põhjal järgmised ühendid: a) P -hõõrub -butüültolueen; b) etüül- P -tolüülketoon; c) alüülbenseen; G) P - bromobensoehape.
22. Nimetage peamised ühendid, mis tekivad järgmistes reaktsioonides:
MÄÄRATLUS
Benseen(tsükloheksatrieen - 1,3,5) on orgaaniline aine, paljude aromaatsete süsivesinike lihtsaim esindaja.
Valem – C 6 H 6 (struktuurivalem – joon. 1). Molekulmass – 78,11.
Riis. 1. Benseeni struktuuri- ja ruumivalemid.
Kõik kuus süsinikuaatomit benseeni molekulis on sp 2 hübriidseisundis. Iga süsinikuaatom moodustab 3σ sidet kahe teise süsinikuaatomi ja ühe vesinikuaatomiga, mis asuvad samas tasapinnas. Kuus süsinikuaatomit moodustavad korrapärase kuusnurga (benseeni molekuli σ-skeleti). Igal süsinikuaatomil on üks hübridiseerimata p-orbitaal, mis sisaldab ühte elektroni. Kuus p-elektroni moodustavad ühe π-elektronide pilve (aromaatne süsteem), mis on kujutatud ringina kuueliikmelise rõnga sees. Benseenist saadavat süsivesinikradikaali nimetatakse C 6 H 5 - - fenüüliks (Ph-).
Benseeni keemilised omadused
Benseeni iseloomustavad asendusreaktsioonid, mis toimuvad elektrofiilse mehhanismi kaudu:
- halogeenimine (benseen reageerib kloori ja broomiga katalüsaatorite juuresolekul - veevaba AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)
C6H6 + Cl2 = C6H5-Cl + HCl;
- nitreerimine (benseen reageerib kergesti nitreeriva seguga - kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappe segu)
- alküülimine alkeenidega
C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5-CH(CH3)2;
Benseeni lisamisreaktsioonid põhjustavad aromaatse süsteemi hävimise ja toimuvad ainult karmides tingimustes:
— hüdrogeenimine (reaktsioon toimub kuumutamisel, katalüsaatoriks on Pt)
- kloori lisamine (toimub UV-kiirguse mõjul koos tahke toote moodustumisega - heksaklorotsükloheksaan (heksakloraan) - C 6 H 6 Cl 6)
Nagu iga orgaaniline ühend, läbib benseen põlemisreaktsiooni, mille käigus moodustuvad reaktsiooniproduktidena süsinikdioksiid ja vesi (põleb suitsuse leegiga):
2C6H6 +15O2 → 12CO2 + 6H2O.
Benseeni füüsikalised omadused
Benseen on värvitu vedelik, kuid sellel on spetsiifiline terav lõhn. Moodustab aseotroopse segu veega, seguneb hästi eetrite, bensiini ja erinevate orgaaniliste lahustitega. Keemistemperatuur – 80,1C, sulamistemperatuur – 5,5C. Mürgine, kantserogeen (s.t. soodustab vähi teket).
Benseeni valmistamine ja kasutamine
Peamised benseeni saamise meetodid:
— heksaani dehüdrotsüklistamine (katalüsaatorid – Pt, Cr 3 O 2)
CH3–(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;
— tsükloheksaani dehüdrogeenimine (reaktsioon toimub kuumutamisel, katalüsaatoriks on Pt)
C6H12 → C6H6 + 4H2;
— atsetüleeni trimeriseerimine (reaktsioon toimub kuumutamisel temperatuurini 600 °C, katalüsaatoriks on aktiivsüsi)
3HC≡CH → C6H6.
Benseen on toorainena homoloogide (etüülbenseen, kumeen), tsükloheksaani, nitrobenseeni, klorobenseeni ja muude ainete tootmiseks. Varem kasutati benseeni bensiini lisandina selle oktaanarvu tõstmiseks, kuid nüüd on selle kõrge toksilisuse tõttu benseenisisaldus kütuses rangelt reguleeritud. Benseeni kasutatakse mõnikord lahustina.
Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
| Harjutus | Kirjutage üles võrrandid, mida saab kasutada järgmiste teisenduste läbiviimiseks: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl. |
| Lahendus | Atsetüleeni tootmiseks metaanist kasutatakse järgmist reaktsiooni: 2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C). Benseeni tootmine atsetüleenist on võimalik atsetüleeni trimerisatsioonireaktsiooniga, mis toimub kuumutamisel (t = 600 C) ja aktiivsöe juuresolekul: 3C2H2 → C6H6. Benseeni kloorimisreaktsioon klorobenseeni saamiseks tootena viiakse läbi raud(III)kloriidi juuresolekul: C6H6 + Cl2 → C6H5CI + HCl. |
NÄIDE 2
| Harjutus | 39 g benseenile lisati raud(III)kloriidi juuresolekul 1 mol broomvett. Kui palju ainet ja mitu grammi milliseid tooteid toodeti? |
| Lahendus | Kirjutame benseeni broomimise reaktsiooni võrrandi raud(III)kloriidi juuresolekul: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr. Reaktsiooniproduktid on bromobenseen ja vesinikbromiid. Benseeni molaarmass, mis on arvutatud D.I. keemiliste elementide tabeli abil. Mendelejev – 78 g/mol. Leiame benseeni koguse: n(C6H6) = m(C6H6)/M(C6H6); n(C6H6) = 39/78 = 0,5 mol. Vastavalt probleemi tingimustele reageeris benseen 1 mooli broomiga. Järelikult on benseeni defitsiit ja edasised arvutused tehakse benseeni abil. Vastavalt reaktsioonivõrrandile n(C6H6): n(C6H5Br) : n(HBr) = 1:1:1, seega n(C6H6) = n(C6H5Br) =: n(HBr) = 0,5 mol. Seejärel on bromobenseeni ja vesinikbromiidi massid võrdsed: m(C6H5Br) = n(C6H5Br) × M(C6H5Br); m(HBr) = n(HBr) x M(HBr). Bromobenseeni ja vesinikbromiidi molaarmassid, mis on arvutatud D.I. keemiliste elementide tabeli abil. Mendelejev - vastavalt 157 ja 81 g/mol. m(C6H5Br) = 0,5 × 157 = 78,5 g; m (HBr) = 0,5 × 81 = 40,5 g. |
| Vastus | Reaktsiooniproduktid on bromobenseen ja vesinikbromiid. Bromobenseeni ja vesinikbromiidi massid on vastavalt 78,5 ja 40,5 g. |
Füüsikalised omadused
Benseen ja selle lähimad homoloogid on spetsiifilise lõhnaga värvitud vedelikud. Aromaatsed süsivesinikud on veest kergemad ega lahustu selles, kuid lahustuvad kergesti orgaanilistes lahustites – alkoholis, eetris, atsetoonis.
Benseen ja selle homoloogid on ise paljude orgaaniliste ainete head lahustid. Kõik areenid põlevad suitsuse leegiga nende molekulide suure süsinikusisalduse tõttu.
Mõne areeni füüsikalised omadused on toodud tabelis.
Tabel. Mõne areeni füüsikalised omadused
|
Nimi |
Valem |
t°.pl., |
t°.b.p., |
|
Benseen |
C6H6 |
5,5 |
80,1 |
|
Tolueen (metüülbenseen) |
C6H5CH3 |
95,0 |
110,6 |
|
Etüülbenseen |
C6H5 C2H5 |
95,0 |
136,2 |
|
Ksüleen (dimetüülbenseen) |
C6H4(CH3)2 |
||
|
orto- |
25,18 |
144,41 |
|
|
meta- |
47,87 |
139,10 |
|
|
paar- |
13,26 |
138,35 |
|
|
Propüülbenseen |
C6H5(CH2)2CH3 |
99,0 |
159,20 |
|
Kumeen (isopropüülbenseen) |
C6H5CH(CH3)2 |
96,0 |
152,39 |
|
Stüreen (vinüülbenseen) |
C6H5CH=CH2 |
30,6 |
145,2 |
Benseen - madala keemistemperatuuriga ( tpall= 80,1°C), värvitu vedelik, vees lahustumatu
Tähelepanu! Benseen - mürk, mõjutab neere, muudab vere valemit (pikaajalise kokkupuute korral), võib häirida kromosoomide struktuuri.
Enamik aromaatsetest süsivesinikest on eluohtlikud ja mürgised.
Areenide (benseen ja selle homoloogid) valmistamine
Laboris
1. Bensoehappe soolade liitmine tahkete leelistega
C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3
naatriumbensoaat
2. Wurtz-Fitting reaktsioon: (siin G on halogeen)
C 6H 5 -G + 2Na + R-G →C 6 H 5 - R + 2 NaG
KOOS 6 H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl
Tööstuses
- eraldatud naftast ja kivisöest fraktsioneeriva destilleerimise ja reformimise teel;
- kivisöetõrvast ja koksiahju gaasist
1. Alkaanide dehüdrotsüklistamine rohkem kui 6 süsinikuaatomiga:
C6H14 t , kat→C6H6 + 4H2
2. Atsetüleeni trimmeriseerimine(ainult benseeni jaoks) – R. Zelinsky:
3С 2 H 2 600°C, seadus. kivisüsi→C6H6
3. Dehüdrogeenimine tsükloheksaan ja selle homoloogid:
Nõukogude akadeemik Nikolai Dmitrijevitš Zelinski tegi kindlaks, et benseen moodustub tsükloheksaanist (tsükloalkaanide dehüdrogeenimine
C6H12 t, kat→C6H6 + 3H2
C6H11-CH3 t , kat→C6H5-CH3 + 3H2
metüültsükloheksantolueen
4. Benseeni alküülimine(benseeni homoloogide valmistamine) – r Friedel-Crafts.
C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl
kloroetaan etüülbenseen
Areenide keemilised omadused
I. OKSIDATSIOONI REAKTSIOONID
1. Põlemine (suitsuleek):
2C6H6 + 15O2 t→12CO2 + 6H2O + Q
2. Normaaltingimustes ei muuda benseen broomvett ja kaaliumpermanganaadi vesilahust
3. Benseeni homoloogid oksüdeeritakse kaaliumpermanganaadiga (muutb kaaliumpermanganaadi värvi):
A) happelises keskkonnas bensoehappeks
Kui benseeni homoloogid puutuvad kokku kaaliumpermanganaadi ja teiste tugevate oksüdeerivate ainetega, külgahelad oksüdeeruvad. Ükskõik kui keeruline on asendaja ahel, see hävib, välja arvatud a-süsiniku aatom, mis oksüdeerub karboksüülrühmaks.
Ühe kõrvalahelaga benseeni homoloogid annavad bensoehappe:
Kaht külgahelat sisaldavad homoloogid annavad kahealuselisi happeid:
5C6H5-C2H5 + 12KMnO4 + 18H2SO4 → 5C6H5COOH + 5CO2 + 6K2SO4 + 12MnSO4 +28H2O
5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 +14H2O
Lihtsustatud :
C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O
B) neutraalsetes ja kergelt aluselistes kuni bensoehappe soolades
C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O
II. LISAREAKTSIOONID (kõvem kui alkeenid)
1. Halogeenimine
C6H6 +3Cl2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksaklorotsükloheksaan - heksakloraan)
2. Hüdrogeenimine
C6H6 + 3H2 t , PtvõiNi→C6H12 (tsükloheksaan)
3. Polümerisatsioon
III. ASENDUSREAKTSIOONID - ioonmehhanism (kergem kui alkaanid)
b) benseeni homoloogid kiiritamisel või kuumutamisel
Alküülradikaalide keemilised omadused on alkaanidega sarnased. Nendes olevad vesinikuaatomid asendatakse vabade radikaalide mehhanismi abil halogeeniga. Seetõttu toimub katalüsaatori puudumisel kuumutamisel või UV-kiirgusel kõrvalahelas radikaalne asendusreaktsioon. Benseenitsükli mõju alküülasendajatele toob kaasa asjaolu, et Vesinikuaatom asendatakse alati süsinikuaatomiga, mis on otseselt seotud benseenitsükliga (a-süsiniku aatom).
1) C6H5-CH3 + Cl2 h ν → C6H5-CH2-Cl + HCl
c) benseeni homoloogid katalüsaatori juuresolekul
C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (orta segu, derivaatide paar) +HCl
2. Nitreerimine (lämmastikhappega)
C6H6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C6H5-NO2 + H2O
nitrobenseen - lõhn mandlid!
C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ KOOS H3-C6H2(NO2)3 + 3H2O2,4,6-trinitrotolueen (tol, TNT)
Benseeni ja selle homoloogide kasutamine
Benseen C6H6 on hea lahusti. Benseen lisandina parandab mootorikütuse kvaliteeti. See toimib toorainena paljude aromaatsete orgaaniliste ühendite tootmiseks - nitrobenseen C 6 H 5 NO 2 (lahusti, millest saadakse aniliini), klorobenseen C 6 H 5 Cl, fenool C 6 H 5 OH, stüreen jne.
Tolueen C 6 H 5 –CH 3 – lahusti, kasutatakse värvainete, ravimite ja lõhkeainete (TNT (TNT) või 2,4,6-trinitrotolueen TNT) tootmisel.
Ksüleenid C6H4(CH3)2. Tehniline ksüleen on kolme isomeeri segu ( orto-, meta- Ja paar-ksüleenid) – kasutatakse lahustina ja lähteproduktina paljude orgaaniliste ühendite sünteesil.
Isopropüülbenseen C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 kasutatakse fenooli ja atsetooni tootmiseks.
Benseeni klooritud derivaadid kasutatakse taimekaitseks. Seega on benseeni H-aatomite asendamise produkt klooriaatomitega heksaklorobenseen C 6 Cl 6 - fungitsiid; seda kasutatakse nisu- ja rukkiseemnete kuivtöötlemiseks tatu vastu. Benseenile kloori lisamise saadus on heksaklorotsükloheksaan (heksakloraan) C 6 H 6 Cl 6 - insektitsiid; seda kasutatakse kahjulike putukate tõrjeks. Nimetatud ained kuuluvad pestitsiidide hulka – keemilised vahendid mikroorganismide, taimede ja loomade vastu võitlemiseks.
Stüreen C 6 H 5 – CH = CH 2 polümeriseerub väga kergesti, moodustades polüstüreeni ja kopolümeriseerumisel butadieeniga stüreen-butadieenkummid.
VIDEOKOGEMUSED
