Vetitë kimike. Vetitë fizike dhe kimike të benzenit

Drejtimi

Hidrokarbur i thjeshtë. I përket hidrokarbureve aromatike, një klasë substancash organike.

Substanca është një lëng transparent, nuk ka ngjyrë dhe ka një erë karakteristike të ëmbël. Benzeni klasifikohet si hidrokarbur i pangopur. Formula e famshme e unazës së benzenit u propozua nga laureati i Nobelit në kimi, Linus Pauling. Ishte ai që sugjeroi paraqitjen e benzenit si një gjashtëkëndësh me një rreth brenda. Ky imazh jep një kuptim të mungesës së lidhjeve të dyfishta dhe pranisë së një reje të vetme elektronike, e cila mbulon të 6 atomet e karbonit.

Formula

Marrja e benzenit

Burimet natyrore

Një burim natyror i benzenit është qymyri. Procesi i koksimit të qymyrit u zbulua nga Michael Faraday në vitin 1825. Ai studioi gazin ndriçues të përdorur në llambat e rrugëve dhe ishte në gjendje të izolonte dhe të përshkruante benzenin. Në ditët e sotme, benzeni praktikisht nuk merret nga katrani i qymyrit duke përdorur këtë metodë. Ka shumë mënyra të tjera më produktive për ta marrë atë.

Burimet artificiale të marrjes

• Reformimi katalitik artificial i benzinës. Fraksionet e naftës së benzinës përdoren për prodhim. Ky proces prodhon sasi të mëdha tolueni. Nuk ka shumë kërkesë në treg për toluen, kështu që benzeni prodhohet edhe më tej prej tij. Benzeni përftohet nga fraksionet e vajit të rëndë me pirolizë përmes procesit të delkilimit të një përzierjeje tolueni dhe ksileni.
• Përgatitja me metodën Reppe. Deri në vitin 1948, benzeni fitohej duke përdorur metodën Berthelot duke kaluar acetilenin mbi karbonin e aktivizuar në një temperaturë prej 400°C. Rendimenti i benzenit ishte i madh, por rezultati ishte një përzierje shumëpërbërëse e substancave që ishte e vështirë për t'u pastruar. Në vitin 1948, Reppe zëvendësoi karbonin e aktivizuar me nikel. Rezultati ishte benzinë. Procesi quhet trimerizimi i acetilenit- tre molekula acetilen shndërrohen në një benzen:

3C 2 H 2 → C 6 H 6.

Vetitë e benzenit

Vetitë fizike

Kur digjet, lëshohet një sasi e madhe blozë, pasi hidrokarburi është i pangopur (i mungojnë 8 atome hidrogjeni për të përmbushur formulën standarde për hidrokarburet e ngopura). Në temperatura të ulëta, benzeni bëhet një masë kristalore e bardhë.

Vetitë kimike

Benzeni i nënshtrohet reaksioneve të zëvendësimit në prani të katalizatorëve - zakonisht kripëra Al(3+) ose Fe(3+):

• Halogjenimi është një reagim cilësor ndaj benzenit me Br 2:

C 6 H 6 + Br 2 = C 6 H 5 Br + HBr.

• Nitrimi është ndërveprim me acidin nitrik. Në kiminë organike, ky proces shoqërohet me eliminimin e grupit OH:

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

• Alkilimi katalitik çon në prodhimin e homologëve të benzenit - alkilbenzeneve:

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

Homologët e benzenit që përmbajnë një radikal reagojnë ndryshe nga vetë benzeni. Reagimet shkojnë ndryshe dhe shpesh në dritë:

• halogjenimi C6H5-CH3 + Br2 (në dritë) = C6H5-CH2Br + HBr;
• nitrimi – C 6 H 5 -CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3.

Reaksionet e oksidimit të benzenit janë shumë komplekse dhe nuk janë tipike për këtë substancë. Oksidimi është tipik për homologët. Këtu, për shembull, është reagimi për prodhimin e acidit benzoik:

C 6 H 5 CH 3 + [O] → C 6 H 5 COOH.

Procesi i djegies së një substance ndodh sipas skemës standarde për të gjitha substancat organike:

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

Reaksionet e hidrogjenizimit. Reagimi është i ndërlikuar; kërkohen katalizatorë, presion dhe temperaturë. Reaksionet e benzenit me hidrogjen prodhojnë cikloheksan:

C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

Dhe në reaksionet me alkilbenzen - metilcikloheksan, ku një atom hidrogjeni zëvendësohet nga një grup radikal -CH 3:

C 6 H 5 CH 3 + 3H 2 → C 6 H 11 -CH 3.

Aplikimet e benzenit

Benzeni në formën e tij të pastër praktikisht nuk përdoret kurrë. Prodhohet për të prodhuar përbërës të tjerë të rëndësishëm, si etilbenzeni, nga i cili përftohet stiren dhe polistiren.

Pjesa më e madhe e benzenit përdoret për të prodhuar fenol, i cili është i nevojshëm në prodhimin e najlonit, ngjyrave, pesticideve dhe ilaçeve. Mjekësia e famshme aspirina nuk mund të merret pa pjesëmarrjen e fenolit.

Cikloheksani nga benzeni është i nevojshëm për prodhimin e plastikës dhe fibrave artificiale; nitrobenzeni përdoret për të prodhuar anilinë, e cila përdoret për prodhimin e gomave, ngjyrave dhe herbicideve.

Struktura ciklike e benzenit u propozua për herë të parë nga F.A. Kekule në 1865

Friedrich August Kekule von Stradonitz - një kimist i shquar gjerman i shekullit të 19-të. Në 1854, ai zbuloi përbërjen e parë organike që përmban squfur - acid tioacetik (acidi tioetanoik). Përveç kësaj, ai krijoi strukturën e komponimeve diazo. Megjithatë, kontributi i tij më i famshëm në zhvillimin e kimisë është krijimi i strukturës së benzenit (1866). Kekule tregoi se lidhjet e dyfishta të benzenit alternonin rreth unazës (kjo ide i erdhi fillimisht në ëndërr). Ai më vonë tregoi se dy rregullimet e mundshme të lidhjeve të dyfishta janë identike dhe se unaza e benzenit është një hibrid midis këtyre dy strukturave. Kështu, ai parashikoi idenë e rezonancës (mesomerizmit), e cila u shfaq në teorinë e lidhjes kimike në fillim të viteve 1930.

Nëse benzeni kishte vërtet një strukturë të tillë, atëherë derivatet e tij me 1,2 të dyzëvendësuar duhet të kenë dy izomerë. Për shembull,

Megjithatë, asnjë nga benzenet e 1,2-të dyfishuara nuk mund të izolohet në dy izomere.

Prandaj, Kekule sugjeroi më pas që molekula e benzenit ekziston si dy struktura që transformohen shpejt në njëra-tjetrën:

Vini re se paraqitje të tilla skematike të molekulave të benzenit dhe derivateve të tyre zakonisht nuk tregojnë atomet e hidrogjenit të lidhur me atomet e karbonit të unazës së benzenit.

Në kiminë moderne, molekula e benzenit konsiderohet si një hibrid rezonant i këtyre dy formave rezonante kufizuese (shih seksionin 2.1). Një përshkrim tjetër i molekulës së benzenit bazohet në një konsideratë të orbitaleve të saj molekulare. Insekt. 3.1 u tregua se -elektronet e vendosura në orbitalet e lidhjes janë të delokalizuara midis të gjithë atomeve të karbonit të unazës së benzenit dhe formojnë një re -elektroni. Në përputhje me këtë paraqitje, molekula e benzenit mund të përshkruhet në mënyrë konvencionale si më poshtë:

Të dhënat eksperimentale konfirmojnë praninë e një strukture të tillë në benzen. Nëse benzeni kishte strukturën që propozoi fillimisht Kekulé, me tre lidhje të dyfishta të konjuguara, atëherë benzeni duhet t'i nënshtrohej reaksioneve të shtimit si alkenet. Megjithatë, siç u përmend më lart, benzeni nuk i nënshtrohet reaksioneve të shtimit. Për më tepër, benzeni është më i qëndrueshëm sesa nëse do të kishte tre lidhje të dyfishta të izoluara. Insekt. 5.3 u tregua se entalpia e hidrogjenizimit të benzenit për të formuar cikloheksan ka një negativ më të madh

Tabela 18.3. Gjatësia e lidhjeve të ndryshme karbon-karbon

Oriz. 18.6. Struktura gjeometrike e molekulës së benzenit.

vlerë se trefishi i entalpisë së hidrogjenizimit të cikloheksenit. Dallimi midis këtyre sasive zakonisht quhet entalpia e delokalizimit, energjia e rezonancës ose energjia e stabilizimit të benzenit.

Të gjitha lidhjet karbon-karbon në unazën e benzenit kanë të njëjtën gjatësi, e cila është më e shkurtër se gjatësia e lidhjeve C-C në alkane, por më e gjatë se gjatësia e lidhjeve C=C në alkenet (Tabela 18.3). Kjo konfirmon se lidhjet karbon-karbon në benzen janë një hibrid midis lidhjeve të vetme dhe të dyfishta.

Molekula e benzenit ka një strukturë të sheshtë, e cila tregohet në Fig. 18.6.

Vetitë fizike

Benzeni në kushte normale është një lëng pa ngjyrë që ngrin në 5,5 °C dhe vlon në 80 °C. Ka një erë karakteristike të këndshme, por, siç u përmend më lart, është shumë toksike. Benzeni nuk përzihet me ujin dhe në një sistem benzeni, uji formon pjesën e sipërme të dy shtresave. Megjithatë, është i tretshëm në tretës organikë jopolarë dhe është në vetvete një tretës i mirë për komponimet e tjera organike.

Vetitë kimike

Megjithëse benzeni i nënshtrohet disa reaksioneve të shtimit (shih më poshtë), ai nuk shfaq reaktivitetin tipik të alkeneve. Për shembull, nuk e çngjyr ujin e bromit ose tretësirën -jonike. Për më tepër, benzeni nuk është

hyn në reaksione shtimi me acide të forta, si acidi klorhidrik ose sulfurik.

Në të njëjtën kohë, benzeni merr pjesë në një sërë reaksionesh të zëvendësimit elektrofilik. Produktet e këtij lloj reaksioni janë komponime aromatike, pasi në këto reaksione ruhet sistemi elektronik i delokalizuar i benzenit. Mekanizmi i përgjithshëm për zëvendësimin e një atomi hidrogjeni në unazën e benzenit me një elektrofil përshkruhet në seksion. 17.3. Shembuj të zëvendësimit elektrofilik të benzenit janë reaksionet e tij të nitrimit, halogjenimit, sulfonimit dhe Friedel-Crafts.

Nitrimi. Benzeni mund të nitratohet (një grup i shtuar në të) duke e trajtuar atë me një përzierje të acideve nitrik dhe sulfurik të koncentruar:

Nitrobenzeni

Kushtet për këtë reaksion dhe mekanizmi i tij janë përshkruar në seksion. 17.3.

Nitrobenzeni është një lëng i verdhë i zbehtë me erë karakteristike të bajames. Kur benzeni nitratohet, përveç nitrobenzenit, formohen edhe kristale të 1,3-dinitrobenzenit, i cili është produkt i reaksionit të mëposhtëm:

Halogjenimi. Nëse përzieni benzenin me klorin ose bromin në errësirë, nuk do të ketë asnjë reagim. Sidoqoftë, në prani të katalizatorëve që posedojnë vetitë e acideve Lewis, në përzierje të tilla ndodhin reaksione të zëvendësimit elektrofilik. Katalizatorët tipikë për këto reaksione janë bromidi i hekurit (III) dhe kloruri i aluminit. Veprimi i këtyre katalizatorëve është se ata krijojnë polarizim në molekulat halogjene, të cilat më pas formojnë një kompleks me katalizatorin:

edhe pse nuk ka prova të drejtpërdrejta që në këtë rast formohen jone të lira. Mekanizmi i brominimit të benzenit duke përdorur bromurin e hekurit (III) si një bartës jonesh mund të përfaqësohet si më poshtë:

Sulfonimi. Benzeni mund të sulfonohet (zëvendësojë një atom hidrogjeni me një grup sulfo) duke e kthyer përzierjen e tij me acid sulfurik të koncentruar për disa orë. Në vend të kësaj, benzeni mund të nxehet me kujdes në një përzierje me acid sulfurik të tymosur. Acidi sulfurik tymi përmban trioksid squfuri. Mekanizmi i këtij reaksioni mund të paraqitet me diagram

Reagimet Friedel-Crafts. Reaksionet Friedel-Crafts fillimisht quheshin reaksione kondensimi midis komponimeve aromatike dhe halogjenëve alkil në prani të një katalizatori anhidrik të klorurit të aluminit.

Në reaksionet e kondensimit, dy molekula reagentësh (ose një reagjent) kombinohen me njëra-tjetrën, duke formuar një molekulë të një përbërje të re, ndërsa një molekulë e disa përbërësve të thjeshtë, si uji ose kloruri i hidrogjenit, ndahet (eliminohet) prej tyre.

Aktualisht, reaksioni Friedel-Crafts quhet çdo zëvendësim elektrofilik i një përbërje aromatike në të cilën roli i një elektrofili luhet nga një karbokacion ose një kompleks shumë i polarizuar me një atom karboni të ngarkuar pozitivisht. Agjenti elektrofilik, si rregull, është një alkil halid ose klorur i disa acideve karboksilike, megjithëse mund të jetë gjithashtu, për shembull, një alken ose një alkool. Kloruri i aluminit anhidrik zakonisht përdoret si katalizator për këto reaksione. Reaksionet Friedel-Crafts zakonisht ndahen në dy lloje: alkilimi dhe acilimi.

Alkilimi. Në këtë lloj reaksioni Friedel-Crafts, një ose më shumë atome hidrogjeni në unazën e benzenit zëvendësohen nga grupet alkil. Për shembull, kur një përzierje e benzenit dhe klorometanit nxehet butësisht në prani të klorurit anhidrik të aluminit, formohet metilbenzen. Klorometani luan rolin e një agjenti elektrofilik në këtë reaksion. Ai polarizohet nga kloruri i aluminit në të njëjtën mënyrë si molekulat halogjene:

Mekanizmi i reagimit në shqyrtim mund të paraqitet si më poshtë:

Duhet të theksohet se në këtë reaksion kondensimi midis benzenit dhe klorometanit, eliminohet një molekulë klorur hidrogjeni. Vini re gjithashtu se ekzistenca reale e karbokacionit metalik në formën e një joni të lirë është e dyshimtë.

Alkilimi i benzenit me klorometan në prani të një katalizatori - klorur alumini anhidrik nuk rezulton në formimin e metilbenzenit. Në këtë reagim, ndodh alkilimi i mëtejshëm i unazës së benzenit, duke çuar në formimin e 1,2-dimetilbenzenit:

Acilimi. Në këtë lloj reaksioni Friedel-Crafts, një atom hidrogjeni në unazën e benzenit zëvendësohet nga një grup acil, duke rezultuar në formimin e një ketoni aromatik.

Grupi acil ka formulën e përgjithshme

Emri sistematik i një përbërje acil formohet duke zëvendësuar prapashtesën dhe mbaresën -ova në emrin e acidit karboksilik përkatës, derivat i të cilit është ky përbërje acil, me prapashtesën -(o) yl. Për shembull

Acilimi i benzenit kryhet duke përdorur klorur ose anhidrid të çdo acidi karboksilik në prani të një katalizatori, klorur alumini anhidrik. Për shembull

Ky reaksion është një kondensim në të cilin eliminohet një molekulë e klorurit të hidrogjenit. Vini re gjithashtu se emri "fenil" përdoret shpesh për t'iu referuar unazës së benzenit në përbërjet ku benzeni nuk është grupi kryesor:

Reaksionet e shtimit. Megjithëse benzeni karakterizohet më shumë nga reaksionet e zëvendësimit elektrofilik, ai gjithashtu i nënshtrohet disa reaksioneve të shtimit. Njërin prej tyre tashmë e kemi takuar. Ne po flasim për hidrogjenizimin e benzenit (shih seksionin 5.3). Kur një përzierje e benzenit dhe hidrogjenit kalohet mbi sipërfaqen e një katalizatori nikel të bluar imët në një temperaturë prej 150-160 °C, ndodh një sekuencë e tërë reaksionesh, e cila përfundon me formimin e cikloheksanit. Ekuacioni i përgjithshëm stekiometrik për këtë reagim mund të përfaqësohet si më poshtë:

Kur ekspozohet ndaj rrezatimit ultravjollcë ose rrezet e diellit direkte, benzeni gjithashtu reagon me klorin. Ky reagim ndodh nëpërmjet një mekanizmi kompleks radikal. Produkti i tij përfundimtar është 1,2,3,4,5,6-heksaklorocikloheksan:

Një reagim i ngjashëm ndodh midis benzenit dhe bromit nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë ose rrezet e diellit.

Oksidimi. Benzeni dhe unaza e benzenit në përbërje të tjera aromatike janë, në përgjithësi, rezistente ndaj oksidimit edhe nga agjentë të tillë oksidues të fortë si një tretësirë ​​acidike ose alkaline e permanganatit të kaliumit. Megjithatë, benzeni dhe komponimet e tjera aromatike digjen në ajër ose oksigjen për të prodhuar një flakë shumë të tymosur, e cila është tipike për hidrokarburet me një përmbajtje të lartë relative të karbonit.

Homologët e benzenit janë në gjendje të reagojnë në dy drejtime me pjesëmarrjen e një bërthame aromatike dhe një zinxhiri anësor (grupet alkil), në varësi të natyrës së reagentit.

1.Reaksionet në unazën aromatike

Për shkak të efektit dhurues të grupit alkil, reaksionet S E ArH vazhdojnë orto- Dhe çift-pozicioni i unazës aromatike, ndërsa kushtet janë më të buta se sa për benzenin.

a) halogjenimi

b) nitrimi

Vini re se si, me rritjen e numrit të grupeve pranuese (-NO2), rritet temperatura e reaksioneve të nitrimit.

c) sulfonimi

Reagimi prodhon kryesisht P-izomer.

d) alkilimi

e) acilimi

2. Reaksionet e zinxhirit anësor

Fragmenti alkil i molekulës së benzenit hyn në reaksionet SR që përfshijnë atomin e karbonit në α -pozicioni (pozicioni benzilik).

Oksidimi i të gjithë homologëve të benzenit me KMnO 4 /100°C çon në formimin e acidit benzoik.

Arena të kondensuar

Arenet e kondensuar janë sisteme aromatike (n=2 dhe 3). Shkalla e aromaticitetit të areneve të kondensuar është më e ulët se ajo e benzenit. Ato karakterizohen nga reaksione zëvendësimi elektrofilik, reaksione shtimi dhe oksidimi, që ndodhin në kushte më të buta se sa për benzenin.

Reaktiviteti i naftalinës

Reaksionet S E ArH për naftalinën vazhdojnë kryesisht sipas α -pozicioni, me përjashtim të sulfonimit. Shtimi elektrofilik i Ad E ndodh në pozicionet 1,4, me naftalinë që shfaq vetitë e dieneve të konjuguara.

1. Reaksionet e zëvendësimit elektrofil,S E ArH

2.Reaksionet e shtimit elektrofilik, reduktimit dhe oksidimit.

Reaktiviteti i antracenit dhe fenantrenit

Reaksionet e zëvendësimit elektrofilik, S E ArH dhe shtimi elektrofilik, Ad E për antracenin ndodhin kryesisht në pozicionet 9 dhe 10 (shih diagramin më poshtë).

Reaksionet e zëvendësimit elektrofilik, S E ArH dhe shtimi elektrofilik, Ad E për fenantrenin ndodhin kryesisht në pozicionet 9 dhe 10, si për antracenin (shih diagramin më poshtë).

Reaksionet e oksidimit dhe reduktimit për antracenin dhe fenantrenin.

Strukturat e disa barnave të bazuara në naftalinë, antraceni dhe fenantreni

Naftizina(nafazoline, sanorin)

efekt vazokonstriktor(trajtimi i rinitit, sinusitit)

(struktura origjinale theksohet në titull, kushtojini vëmendje numërimit)

Naftifin

antimykotike veprim (trajtimi i dermatitit)

Nabumethon

efekt anti-inflamator, antipiretik, analgjezik(trajtimi i osteoartritit, artritit reumatoid).

Nadolol

(termi cis, në këtë rast, tregon pozicionin relativ të grupeve hidroksil)

hipotensive(ul presionin e gjakut) dhe efekt antiaritmik

Morfinë, kodeinë

Pyetjet e testit për kapitullin “ARENAS”

1. Cilat veti të benzenit e dallojnë atë nga përbërjet e tjera të pangopura - alkenet, alkinet? Çfarë do të thotë termi "përbërje aromatike"?

2. Shkruani formulat strukturore të përbërjeve: a) etilbenzen; b) 1,3-dimetilbenzen ( m -ksilen); c) 1,3,5-trimetilbenzen (mesitilen); d) izopropilbenzen (kumen); e) 3-fenilpentan; f) vinilbenzen (stiren); g) fenilacetileni; h) ekstazë -difeniletileni ( ekstazë -stilbene).

3. Përshkruani veçoritë strukturore të përbërjeve që shfaqin aromatik. Formuloni rregullin e Hükelit. Cilat nga komponimet e mëposhtme janë aromatike:

4. Krahasoni raportin e cikloheksenit dhe benzenit me reagentët e mëposhtëm në kushtet e treguara : a) Br 2 (H 2 O, 20 C); b) KMnO 4 (H 2 O.0 C); c) N 2 KËSHTU QË 4 (konc.) , 20 C; d) H 2 (Pd, 30 C); përpara 3 , pastaj H 2 O(Zn); f) HBr.

5. Shkruani formulat strukturore të benzeneve të monozëvendësuar të formuar në reaksionet e benzenit me reagentët e mëposhtëm: a) N 2 KËSHTU QË 4 (konc.); b) HNO 3 ; N 2 KËSHTU QË 4 (konc.); c) Br 2 /Fe; d) Cl 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlСl 3 . Emërtoni reaksionet dhe produktet e tyre. Tregoni me cilin elektrofil benzeni reagon në secilin rast specifik.

6. Jepni një skemë të përgjithshme për bashkëveprimin e benzenit me një reagent elektrofilik ( E + ). Emërtoni komplekset e ndërmjetme. Cili hap zakonisht përcakton shpejtësinë e një reaksioni? Jepni një grafik të ndryshimit të energjisë potenciale të reaksionit në shqyrtim.

7. Përcaktoni konceptet e mëposhtme: a) gjendje kalimtare; b) lidhjen e ndërmjetme; c) -kompleks; d)-kompleks. Cilat prej tyre janë identike? Ilustrojini këto koncepte duke përdorur shembullin e brominimit të benzenit në prani të një katalizatori. shkurt 3 .

8. Duke përdorur shembullin e reaksioneve të etenit dhe benzenit me bromin, krahasoni mekanizmin e shtimit elektrofil te alkenet me mekanizmin e zëvendësimit elektrofil në serinë aromatike. Në cilën fazë vihet re dallimi dhe pse?

9. Duke përdorur efektet induktive dhe mezomerike, përshkruani ndërveprimin e zëvendësuesit me unazën e benzenit në përbërjet e treguara:

Etiketoni zëvendësuesit elektron-dhurues (ED) dhe elektron-tërheqës (EA).

10. Shkruani skema për mononitrimin e përbërjeve: a) fenol; b) acidet benzensulfonike; c) izopropilbenzen; d) klorobenzen. Për cilin përbërës shkalla relative e zëvendësimit duhet të jetë më e larta dhe pse?

11. Formimi i produkteve që duhen pritur gjatë monosulfonimit të komponimeve: a) tolueni; b) nitrobenzen; c) acid benzoik; d) bromobenzen? Cili përbërës duhet të sulfonohet më lehtë? Pse?

12. Renditni përbërjet e mëposhtme sipas radhës së rritjes së reaktivitetit kur i brominoni në një unazë benzeni: a) benzeni; b) fenol; c) benzaldehid; d) etilbenzen. Jepni një shpjegim.

13. Emërtoni hidrokarburet e mëposhtme:

14. Shkruani reaksionet e benzenit me reagentët e mëposhtëm : a) Cl 2 (Fe); b) 3Cl 2 (dritë); c) HNO 3 (H 2 KËSHTU QË 4 ); d) O 2 (ajër) (V 2 RRETH 5 , 450  C); e) 3O 3 , pastaj N 2 O (Zn); e) H 2 KËSHTU QË 4 (oleum); g) 3H 2 (Ni, 200 C,fq ). Cilat janë veçoritë e reaksioneve të shtimit në benzen?

15. Shkruani reaksionet e toluenit me reagentët e treguar : a) 3H 2 (Ni, 200 C, 9806,7 kPa); b) KMnO 4 V N 2 RRETH; c*) Cl 2 , dritë; d*) Cl 2 (Fe); d*) CH 3 Cl(AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl (AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 KËSHTU QË 4 ). Për reagimet e shënuara me yll, jepni mekanizmat.

16. Shkruani reaksionet e nitrimit të etilbenzenit në kushtet e treguara: a) 65% HNO 3 +H 2 KËSHTU QË 4 (konc.); b) 10% HNO 3 , ngrohje, presion. Sillni mekanizmat.

17. Krahasoni raportin e izopropilbenzenit me bromin: a) ne prani AlBr 3 ; b) nën ndriçim dhe ngrohje. Jepni reagimet dhe mekanizmat e tyre.

18. Cilat komponime formohen nga etilbenzeni dhe P -ksilen nën veprimin e agjentëve oksidues të treguar: a) O 3 , pastaj H 2 O (Zn); b) KMnO 4 në H 2 RRETH,t ; QV 2 Kr 2 O 7 në H 2 KËSHTU QË 4 , t ?

19. Me çfarë reaksionesh mund të dallohen çiftet e mëposhtme të përbërjeve: a) etilbenzen dhe m -ksilen; b) etilbenzen dhe stiren; c) stiren dhe fenilacetileni; G) O - Dhe P -ksilenet?

20. Cilat komponime janë produktet e reaksioneve të mëposhtme:

21. Bazuar në benzen dhe çdo reagent tjetër, merrni përbërjet e mëposhtme: a) P -fërkime -butiltoluen; b) etil- P -toyl keton; c) alilbenzen; G) P -acidi bromobenzoik.

22. Emërtoni përbërjet kryesore të formuara në reaksionet e mëposhtme:

PËRKUFIZIM

Benzeni(ciklohekzatrieni - 1,3,5) është një substancë organike, përfaqësuesi më i thjeshtë i një numri hidrokarburesh aromatike.

Formula – C 6 H 6 (formula strukturore – Fig. 1). Pesha molekulare - 78,11.

Oriz. 1. Formulat strukturore dhe hapësinore të benzenit.

Të gjashtë atomet e karbonit në molekulën e benzenit janë në gjendjen hibride sp 2. Çdo atom karboni formon lidhje 3σ me dy atome të tjera karboni dhe një atom hidrogjeni, të shtrirë në të njëjtin rrafsh. Gjashtë atome karboni formojnë një gjashtëkëndësh të rregullt (σ-skeleti i molekulës së benzenit). Çdo atom karboni ka një orbital p të pahibridizuar që përmban një elektron. Gjashtë p-elektrone formojnë një re të vetme π-elektroni (sistemi aromatik), i cili përshkruhet si një rreth brenda një unaze me gjashtë anëtarë. Radikali hidrokarbur i përftuar nga benzeni quhet C 6 H 5 - - fenil (Ph-).

Vetitë kimike të benzenit

Benzeni karakterizohet nga reaksione zëvendësimi që ndodhin nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik:

- halogjenimi (benzeni reagon me klorin dhe bromin në prani të katalizatorëve - AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3 pa ujë)

C6H6 + Cl2 = C6H5-Cl + HCl;

- nitrimi (benzeni reagon lehtësisht me përzierjen nitruese - një përzierje e acideve nitrik dhe sulfurik të koncentruar)

- alkilimi me alkene

C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5-CH(CH3)2;

Reagimet e shtimit në benzen çojnë në shkatërrimin e sistemit aromatik dhe ndodhin vetëm në kushte të vështira:

— hidrogjenizimi (reaksioni ndodh kur nxehet, katalizatori është Pt)

- shtimi i klorit (ndodh nën ndikimin e rrezatimit UV me formimin e një produkti të ngurtë - heksaklorocikloheksani (heksaklorani) - C 6 H 6 Cl 6)

Ashtu si çdo përbërës organik, benzeni i nënshtrohet një reaksioni djegieje me formimin e dioksidit të karbonit dhe ujit si produkte reagimi (digjet me një flakë tymi):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Vetitë fizike të benzenit

Benzeni është një lëng pa ngjyrë, por ka një erë specifike të mprehtë. Formon një përzierje azeotropike me ujin, përzihet mirë me eteret, benzinën dhe tretës të ndryshëm organikë. Pika e vlimit – 80,1C, pika e shkrirjes – 5,5C. Toksike, kancerogjene (d.m.th. nxit zhvillimin e kancerit).

Përgatitja dhe përdorimi i benzenit

Metodat kryesore të marrjes së benzenit:

- dehidrociklizim i heksanit (katalizatorët - Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 – (CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2;

- dehidrogjenimi i cikloheksanit (reaksioni ndodh kur nxehet, katalizatori është Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

- trimerizimi i acetilenit (reaksioni ndodh kur nxehet në 600C, katalizatori është karboni i aktivizuar)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

Benzeni shërben si lëndë e parë për prodhimin e homologëve (etilbenzen, kumen), cikloheksan, nitrobenzen, klorobenzen dhe substanca të tjera. Më parë, benzeni përdorej si një shtesë në benzinë ​​për të rritur numrin e oktanit, por tani, për shkak të toksicitetit të lartë, përmbajtja e benzenit në karburant është e rregulluar rreptësisht. Benzeni ndonjëherë përdoret si tretës.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

Ushtrimi

Shkruani ekuacionet që mund të përdoren për të kryer shndërrimet e mëposhtme: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Zgjidhje

Për të prodhuar acetilen nga metani, përdoret reagimi i mëposhtëm: 2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2 (t = 1400C). Prodhimi i benzenit nga acetilen është i mundur nga reaksioni i trimerizimit të acetilenit, i cili ndodh kur nxehet (t = 600C) dhe në prani të karbonit të aktivizuar: 3C 2 H 2 → C 6 H 6. Reagimi i klorinimit të benzenit për të prodhuar klorobenzen si produkt kryhet në prani të klorurit të hekurit (III): C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

SHEMBULL 2

Ushtrimi	Në 39 g benzen në prani të klorurit të hekurit (III), u shtua 1 mol ujë me brom. Çfarë sasie të substancës dhe sa gram të çfarë produkteve është prodhuar?
Zgjidhje	Le të shkruajmë ekuacionin për reaksionin e brominimit të benzenit në prani të klorurit të hekurit (III): C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Produktet e reaksionit janë bromobenzeni dhe bromidi i hidrogjenit. Masa molare e benzenit, e llogaritur duke përdorur tabelën e elementeve kimike nga D.I. Mendeleev – 78 g/mol. Le të gjejmë sasinë e benzenit: n(C6H6) = m(C6H6) / M(C6H6); n(C 6 H 6) = 39 / 78 = 0,5 mol. Sipas kushteve të problemit, benzeni reagoi me 1 mol brom. Për rrjedhojë, benzeni është në mungesë dhe llogaritjet e mëtejshme do të bëhen duke përdorur benzen. Sipas ekuacionit të reaksionit n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br) : n (HBr) = 1: 1: 1, pra n(C 6 H 6) = n (C 6 H 5 Br) =: n(HBr) = 0,5 mol. Atëherë, masat e bromobenzenit dhe hidrogjenit do të jenë të barabarta: m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br); m(HBr) = n(HBr)×M(HBr). Masat molare të bromobenzenit dhe hidrogjenit, të llogaritura duke përdorur tabelën e elementeve kimike nga D.I. Mendeleev - përkatësisht 157 dhe 81 g/mol. m(C6H5Br) = 0.5 × 157 = 78.5 g; m(HBr) = 0,5×81 = 40,5 g.
Përgjigju	Produktet e reaksionit janë bromobenzeni dhe bromidi i hidrogjenit. Masat e bromobenzenit dhe hidrogjenit janë përkatësisht 78,5 dhe 40,5 g.

Vetitë fizike

Benzeni dhe homologët e tij më të afërt janë lëngje pa ngjyrë me një erë specifike. Hidrokarburet aromatike janë më të lehta se uji dhe nuk treten në të, por ato janë lehtësisht të tretshme në tretës organikë - alkool, eter, aceton.

Benzeni dhe homologët e tij janë vetë tretës të mirë për shumë substanca organike. Të gjitha arenat digjen me një flakë tymi për shkak të përmbajtjes së lartë të karbonit në molekulat e tyre.

Karakteristikat fizike të disa arenave janë paraqitur në tabelë.

Tabela. Vetitë fizike të disa arenave

Emri	Formula	p°.pl., °C	p°.b.p., °C
Benzeni	C6H6	5,5	80,1
Tolueni (metilbenzen)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Etilbenzen	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ksyleni (dimetilbenzen)	C 6 H 4 (CH 3) 2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
çift ​​-		13,26	138,35
Propilbenzen	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Kumen (izopropilbenzen)	C6H5CH(CH3) 2	96,0	152,39
Stiren (vinilbenzen)	C6H5CH=CH2	30,6	145,2

Benzeni – vlimi i ulët ( tbalon= 80,1°C), lëng pa ngjyrë, i patretshëm në ujë

Kujdes! Benzeni – helm, prek veshkat, ndryshon formulën e gjakut (me ekspozim të zgjatur), mund të prishë strukturën e kromozomeve.

Shumica e hidrokarbureve aromatike janë të rrezikshme për jetën dhe toksike.

Përgatitja e areneve (benzeni dhe homologët e tij)

Në laborator

1. Shkrirja e kripërave të acidit benzoik me alkalet e ngurta

C6H5-COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3

benzoat natriumi

2. Reagimi Wurtz-Fitting: (këtu G është halogjen)

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

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

Në industri

• izoluar nga nafta dhe qymyri me distilim të pjesshëm dhe reformim;
• nga katrani i qymyrit dhe gazi i furrës së koksit

1. Dehidrociklizimi i alkaneve me më shumë se 6 atome karboni:

C6H14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2

2. Trimerizimi i acetilenit(vetëm për benzen) - R. Zelinsky:

3С 2 H 2 600°C, Akt. qymyri→ C 6 H 6

3. Dehidrogjenimi cikloheksani dhe homologët e tij:

Akademiku sovjetik Nikolai Dmitrievich Zelinsky vërtetoi se benzeni formohet nga ciklohekani (dehidrogjenimi i cikloalkaneve

C6H12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2

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

metilcikloheksantoluen

4. Alkilimi i benzenit(përgatitja e homologëve të benzenit) – r Friedel-Crafts.

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

kloroetani etilbenzen

Vetitë kimike të areneve

I. REAKSIONET E OXIDIMIT

1. Djegia (flaka e tymosjes):

2C6H6 + 15O2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Në kushte normale, benzeni nuk e çngjyr ujin me brom dhe një tretësirë ​​ujore të permanganatit të kaliumit

3. Homologët e benzenit oksidohen nga permanganati i kaliumit (çngjyros permanganatin e kaliumit):

A) në një mjedis acid në acid benzoik

Kur homologët e benzenit ekspozohen ndaj permanganatit të kaliumit dhe agjentëve të tjerë të fortë oksidues, zinxhirët anësor oksidohen. Pavarësisht se sa kompleks është zinxhiri i zëvendësuesit, ai shkatërrohet, me përjashtim të atomit të karbonit a, i cili oksidohet në një grup karboksil.

Homologët e benzenit me një zinxhir anësor japin acid benzoik:

Homologët që përmbajnë dy vargje anësore japin acide dibazike:

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

E thjeshtuar :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

B) në kripërat neutrale dhe pak alkaline ndaj acidit benzoik

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

II. REAKSIONET E SHTESËS (më e fortë se alkenet)

1. Halogjenimi

C 6 H 6 + 3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksaklorocikloheksan - heksakloran)

2. Hidrogjenizimi

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

3. Polimerizimi

III. REAKSIONET E ZËVENDËSIMIT – mekanizmi jonik (më e lehtë se alkanet)

b) homologët e benzenit me rrezatim ose ngrohje

Vetitë kimike të radikaleve alkil janë të ngjashme me alkanet. Atomet e hidrogjenit në to zëvendësohen me halogjen nga një mekanizëm radikal i lirë. Prandaj, në mungesë të një katalizatori, pas ngrohjes ose rrezatimit UV, ndodh një reaksion zëvendësimi radikal në zinxhirin anësor. Ndikimi i unazës së benzenit në zëvendësuesit e alkilit çon në faktin se Atomi i hidrogjenit zëvendësohet gjithmonë në atomin e karbonit të lidhur drejtpërdrejt me unazën e benzenit (atom karboni).

1) C6H5-CH3 + Cl2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

c) homologët e benzenit në prani të një katalizatori

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (përzierje orta, çift derivatesh) +HCl

2. Nitrimi (me acid nitrik)

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

nitrobenzen - erë bajame!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ ME H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

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

Aplikimi i benzenit dhe homologëve të tij

Benzeni C 6 H 6 është një tretës i mirë. Benzeni si një aditiv përmirëson cilësinë e karburantit motorik. Shërben si lëndë e parë për prodhimin e shumë përbërjeve organike aromatike - nitrobenzen C 6 H 5 NO 2 (tretës nga i cili merret anilina), klorobenzen C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, stiren etj.

Tolueni C 6 H 5 – CH 3 – tretës, i përdorur në prodhimin e ngjyrave, ilaçeve dhe eksplozivëve (TNT (TNT), ose 2,4,6-trinitrotoluen TNT).

Xylene C6H4(CH3)2. Ksileni teknik është një përzierje e tre izomerëve ( orto-, meta- Dhe çift-ksilenet) – përdoret si tretës dhe produkt fillestar për sintezën e shumë përbërjeve organike.

Izopropilbenzeni C6H5-CH(CH3)2 përdoret për të prodhuar fenol dhe aceton.

Derivatet e klorur të benzenit përdoret për mbrojtjen e bimëve. Kështu, produkti i zëvendësimit të atomeve H në benzen me atome klori është heksaklorobenzen C 6 Cl 6 - një fungicid; përdoret për trajtimin e thatë të farave të grurit dhe thekrës kundër shkumës. Produkti i shtimit të klorit në benzen është heksaklorocikloheksani (heksaklorani) C 6 H 6 Cl 6 - një insekticid; përdoret për të kontrolluar insektet e dëmshme. Substancat e përmendura i përkasin pesticideve - mjeteve kimike të luftimit të mikroorganizmave, bimëve dhe kafshëve.

Stireni C 6 H 5 – CH = CH 2 polimerizohet shumë lehtë, duke formuar polistiren dhe kur kopolimerohet me butadien, gomat stiren-butadien.

EKSPERIENCA VIDEO