Kemiska egenskaper. Fysikaliska och kemiska egenskaper hos bensen

Rubrik

Enkelt kolväte. Tillhör aromatiska kolväten, en klass av organiska ämnen.

Ämnet är en transparent vätska, har ingen färg och har en sötaktig karakteristisk lukt. Bensen klassificeras som ett omättat kolväte. Den berömda formeln för bensenringen föreslogs av Nobelpristagaren i kemi, Linus Pauling. Det var han som föreslog att avbilda bensen som en hexagon med en cirkel inuti. Denna bild ger en förståelse för frånvaron av dubbelbindningar och närvaron av ett enda elektronmoln, som täcker alla 6 kolatomer.

Formel

Erhålla bensen

Naturliga källor

En naturlig källa för bensen är kol. Processen med kokskol upptäcktes av Michael Faraday redan 1825. Han studerade den lysande gasen som används i gatlyktor och kunde isolera och beskriva bensen. Numera erhålls bensen praktiskt taget inte från stenkolstjära med denna metod. Det finns många andra mer produktiva sätt att få det.

Konstgjorda källor för att få

• Konstgjord katalytisk reformering av bensin. Bensin petroleumfraktioner används för produktion. Denna process producerar stora mängder toluen. Det finns inte så stor efterfrågan på toluen på marknaden, så bensen produceras också ytterligare av det. Bensen erhålls från tungoljefraktioner genom pyrolys genom processen för dealkylering av en blandning av toluen och xylen.
• Beredning enligt Reppemetoden. Fram till 1948 erhölls bensen med Berthelot-metoden genom att passera acetylen över aktivt kol vid en temperatur av 400°C. Utbytet av bensen var stort, men resultatet blev en flerkomponentblandning av ämnen som var svår att rena. 1948 bytte Reppe ut aktivt kol mot nickel. Resultatet blev bensen. Processen kallas trimerisering av acetylen– tre acetylenmolekyler omvandlas till en bensen:

3C2H2 → C6H6.

Egenskaper hos bensen

Fysikaliska egenskaper

Vid förbränning frigörs en stor mängd sot, eftersom kolvätet är omättat (det saknar 8 väteatomer för att uppfylla standardformeln för mättade kolväten). Vid låga temperaturer blir bensen en vit kristallin massa.

Kemiska egenskaper

Bensen genomgår substitutionsreaktioner i närvaro av katalysatorer - vanligtvis Al(3+) eller Fe(3+)-salter:

• Halogenering är en kvalitativ reaktion på bensen med Br 2:

C6H6 + Br2 = C6H5Br + HBr.

• Nitrering är interaktion med salpetersyra. I organisk kemi åtföljs denna process av eliminering av OH-gruppen:

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

• Katalytisk alkylering leder till produktion av bensenhomologer - alkylbensener:

C6H6 + C2H5Cl → C6H5 C2H5 + HCl.

Bensenhomologer som innehåller en radikal reagerar annorlunda än bensen själv. Reaktionerna går olika och ofta i ljuset:

• halogenering C6H5-CH3 + Br2 (i ljuset) = C6H5-CH2Br + HBr;
• nitrering – C 6 H 5 -CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3.

Oxidationsreaktionerna av bensen är mycket komplexa och är inte typiska för detta ämne. Oxidation är typisk för homologer. Här är till exempel reaktionen för att producera bensoesyra:

C6H5CH3 + [O] → C6H5COOH.

Förbränningsprocessen av ett ämne sker enligt standardschemat för alla organiska ämnen:

CnH2n-6 + (3n-3)\2O2 → nCO2 + (n-3)H2O.

Hydrogeneringsreaktioner. Reaktionen är komplicerad, katalysatorer, tryck och temperatur krävs. Reaktionerna mellan bensen och väte producerar cyklohexan:

C6H6 + 3H2 → C6H 12.

Och i reaktioner med alkylbensen - metylcyklohexan, där en väteatom är ersatt med en radikalgrupp -CH 3:

C6H5CH3 + 3H2 → C6H11-CH3.

Tillämpningar av bensen

Bensen i sin rena form används praktiskt taget aldrig. Den produceras för att producera andra viktiga föreningar, såsom etylbensen, från vilken styren och polystyren erhålls.

Lejonparten av bensen används för att producera fenol, vilket är nödvändigt vid tillverkning av nylon, färgämnen, bekämpningsmedel och mediciner. Den berömda medicinen aspirin kan inte erhållas utan medverkan av fenol.

Cyklohexan från bensen är nödvändigt för tillverkning av plast och konstgjorda fibrer, nitrobensen används för att producera anilin, som används för tillverkning av gummi, färgämnen och herbicider.

Den cykliska strukturen för bensen föreslogs först av F.A. Kekule 1865

Friedrich August Kekule von Stradonitz - en enastående tysk kemist från 1800-talet. 1854 upptäckte han den första organiska föreningen som innehöll svavel - tioättiksyra (tioetansyra). Dessutom etablerade han strukturen för diazoföreningar. Men hans mest kända bidrag till utvecklingen av kemi är upprättandet av strukturen för bensen (1866). Kekule visade att dubbelbindningarna av bensen alternerade runt ringen (denna idé uppstod först för honom i en dröm). Han visade senare att de två möjliga dubbelbindningsarrangemangen är identiska och att bensenringen är en hybrid mellan dessa två strukturer. Således förutsåg han idén om resonans (mesomerism), som dök upp i teorin om kemisk bindning i början av 1930-talet.

Om bensen verkligen hade en sådan struktur, borde dess 1,2-disubstituerade derivat ha två isomerer. Till exempel,

Ingen av de 1,2-disubstituerade bensenerna kan emellertid isoleras i två isomerer.

Därför föreslog Kekule därefter att bensenmolekylen existerar som två strukturer som snabbt omvandlas till varandra:

Observera att sådana schematiska representationer av bensenmolekyler och deras derivat vanligtvis inte indikerar de väteatomer som är bundna till kolatomerna i bensenringen.

I modern kemi anses bensenmolekylen vara en resonanshybrid av dessa två begränsande resonansformer (se avsnitt 2.1). En annan beskrivning av bensenmolekylen är baserad på en övervägande av dess molekylära orbitaler. I Sect. 3.1 indikerades att -elektroner belägna i -bindande orbitaler är delokaliserade mellan alla kolatomer i bensenringen och bildar ett -elektronmoln. I enlighet med denna representation kan bensenmolekylen konventionellt avbildas enligt följande:

Experimentella data bekräftar närvaron av just en sådan struktur i bensen. Om bensen hade strukturen som Kekulé ursprungligen föreslog, med tre konjugerade dubbelbindningar, borde bensen genomgå additionsreaktioner som alkener. Emellertid, såsom nämnts ovan, undergår bensen inte additionsreaktioner. Dessutom är bensen mer stabil än om den hade tre isolerade dubbelbindningar. I Sect. 5.3 indikerades att entalpin för bensenhydrering för att bilda cyklohexan har en större negativ

Tabell 18.3. Längden på olika kol-kolbindningar

Ris. 18.6. Geometrisk struktur för bensenmolekylen.

värde än tredubbla entalpin för hydrering av cyklohexen. Skillnaden mellan dessa storheter brukar kallas för delokaliseringsentalpi, resonansenergi eller stabiliseringsenergi för bensen.

Alla kol-kol-bindningar i bensenringen har samma längd, vilket är kortare än längden på C-C-bindningarna i alkaner, men längre än längden på C=C-bindningarna i alkener (tabell 18.3). Detta bekräftar att kol-kolbindningarna i bensen är en hybrid mellan enkel- och dubbelbindningar.

Bensenmolekylen har en platt struktur, som visas i fig. 18.6.

Fysikaliska egenskaper

Bensen under normala förhållanden är en färglös vätska som fryser vid 5,5 °C och kokar vid 80 °C. Den har en karakteristisk behaglig lukt, men är, som nämnts ovan, mycket giftig. Bensen blandas inte med vatten och i ett bensensystem bildar vatten det övre av de två lagren. Det är dock lösligt i opolära organiska lösningsmedel och är i sig ett bra lösningsmedel för andra organiska föreningar.

Kemiska egenskaper

Även om bensen genomgår vissa additionsreaktioner (se nedan), uppvisar det inte den reaktivitet som är typisk för alkener. Det missfärgar till exempel inte bromvatten eller -jonlösning. Dessutom är det inte bensen

inleder additionsreaktioner med starka syror, såsom salt- eller svavelsyra.

Samtidigt deltar bensen i ett antal elektrofila substitutionsreaktioner. Produkterna av denna typ av reaktion är aromatiska föreningar, eftersom det delokaliserade elektroniska systemet av bensen i dessa reaktioner bibehålls. Den allmänna mekanismen för att ersätta en väteatom på bensenringen med en elektrofil beskrivs i avsnitt. 17.3. Exempel på elektrofil substitution av bensen är dess nitrering, halogenering, sulfonering och Friedel-Crafts-reaktioner.

Nitrering. Bensen kan nitreras (en grupp läggs till det) genom att behandla det med en blandning av koncentrerad salpetersyra och svavelsyra:

Nitrobensen

Villkoren för denna reaktion och dess mekanism beskrivs i avsnitt. 17.3.

Nitrobensen är en blekgul vätska med en karakteristisk mandellukt. När bensen nitreras bildas förutom nitrobensen också kristaller av 1,3-dinitrobensen, som är produkten av följande reaktion:

Halogenering. Om du blandar bensen med klor eller brom i mörker sker ingen reaktion. I närvaro av katalysatorer som har Lewis-syrors egenskaper uppträder emellertid elektrofila substitutionsreaktioner i sådana blandningar. Typiska katalysatorer för dessa reaktioner är järn(III)bromid och aluminiumklorid. Verkan av dessa katalysatorer är att de skapar polarisering i halogenmolekylerna, som sedan bildar ett komplex med katalysatorn:

även om det inte finns några direkta bevis för att fria joner bildas i detta fall. Mekanismen för bensenbromering med användning av järn(III)bromid som en jonbärare kan representeras enligt följande:

Sulfonering. Bensen kan sulfoneras (ersätt en väteatom med en sulfogrupp) genom att återloppskoka dess blandning med koncentrerad svavelsyra i flera timmar. Istället kan bensen försiktigt värmas upp i en blandning med rykande svavelsyra. Rykande svavelsyra innehåller svaveltrioxid. Mekanismen för denna reaktion kan representeras av diagrammet

Friedel-Crafts reaktioner. Friedel-Crafts reaktioner kallades ursprungligen kondensationsreaktioner mellan aromatiska föreningar och alkylhalider i närvaro av en vattenfri aluminiumkloridkatalysator.

I kondensationsreaktioner kombineras två molekyler av reagens (eller ett reagens) med varandra och bildar en molekyl av en ny förening, medan en molekyl av någon enkel förening, såsom vatten eller väteklorid, spjälkas av (eliminerar) från dem.

För närvarande kallas Friedel-Crafts-reaktionen vilken som helst elektrofil substitution av en aromatisk förening där rollen som en elektrofil spelas av en karbokatjon eller ett högpolariserat komplex med en positivt laddad kolatom. Det elektrofila medlet är som regel en alkylhalogenid eller klorid av någon karboxylsyra, även om det också kan vara t.ex. en alken eller en alkohol. Vattenfri aluminiumklorid används vanligtvis som en katalysator för dessa reaktioner. Friedel-Crafts reaktioner delas vanligtvis in i två typer: alkylering och acylering.

Alkylering. I denna typ av Friedel-Crafts-reaktion ersätts en eller flera väteatomer på bensenringen med alkylgrupper. Till exempel, när en blandning av bensen och klormetan försiktigt upphettas i närvaro av vattenfri aluminiumklorid, bildas metylbensen. Klorometan spelar rollen som ett elektrofilt medel i denna reaktion. Det polariseras av aluminiumklorid på samma sätt som halogenmolekyler:

Mekanismen för reaktionen under övervägande kan presenteras enligt följande:

Det bör noteras att i denna kondensationsreaktion mellan bensen och klormetan, elimineras en vätekloridmolekyl. Observera också att den verkliga existensen av metallkarbokaten i form av en fri jon är tveksam.

Alkylering av bensen med klormetan i närvaro av en katalysator - vattenfri aluminiumklorid leder inte till bildning av metylbensen. I denna reaktion sker ytterligare alkylering av bensenringen, vilket leder till bildningen av 1,2-dimetylbensen:

Acylering. I denna typ av Friedel-Crafts-reaktion ersätts en väteatom på bensenringen med en acylgrupp, vilket resulterar i bildandet av en aromatisk keton.

Acylgruppen har den allmänna formeln

Det systematiska namnet på en acylförening bildas genom att ersätta suffixet och ändelsen -ova i namnet på motsvarande karboxylsyra, av vilken denna acylförening är ett derivat, med suffixet -(o) yl. Till exempel

Acyleringen av bensen utförs med användning av kloriden eller anhydriden av vilken karboxylsyra som helst i närvaro av en katalysator, vattenfri aluminiumklorid. Till exempel

Denna reaktion är en kondensation där en vätekloridmolekyl elimineras. Observera också att namnet "fenyl" ofta används för att referera till bensenringen i föreningar där bensen inte är huvudgruppen:

Tilläggsreaktioner. Även om bensen mest kännetecknas av elektrofila substitutionsreaktioner, genomgår den också några additionsreaktioner. Vi har redan träffat en av dem. Vi talar om hydreringen av bensen (se avsnitt 5.3). När en blandning av bensen och väte passeras över ytan av en finmald nickelkatalysator vid en temperatur av 150-160 °C uppstår en hel sekvens av reaktioner som slutar med bildningen av cyklohexan. Den övergripande stökiometriska ekvationen för denna reaktion kan representeras enligt följande:

Vid exponering för ultraviolett strålning eller direkt solljus reagerar bensen också med klor. Denna reaktion sker via en komplex radikalmekanism. Dess slutprodukt är 1,2,3,4,5,6-hexaklorcyklohexan:

En liknande reaktion sker mellan bensen och brom under påverkan av ultraviolett strålning eller solljus.

Oxidation. Bensen och bensenringen i andra aromatiska föreningar är generellt sett resistenta mot oxidation även av så starka oxidationsmedel som en sur eller alkalisk lösning av kaliumpermanganat. Men bensen och andra aromatiska föreningar brinner i luft eller syre och ger en mycket rökig låga, vilket är typiskt för kolväten med hög relativ kolhalt.

Bensenhomologer kan reagera i två riktningar med deltagande av en aromatisk kärna och en sidokedja (alkylgrupper), beroende på reagensens natur.

1.Reaktioner på den aromatiska ringen

På grund av donatoreffekten av alkylgruppen fortsätter S E ArH-reaktionerna in orto- Och par-position av den aromatiska ringen, medan förhållandena är mildare än för bensen.

a) halogenering

b) nitrering

Lägg märke till hur, när antalet acceptorgrupper (-NO2) ökar, ökar temperaturen på nitreringsreaktionerna.

c) sulfonering

Reaktionen producerar främst P-isomer.

d) alkylering

e) acylering

2. Sidokedjereaktioner

Alkylfragmentet av bensenmolekylen går in i S R-reaktioner som involverar kolatomen i α -position (bensylposition).

Oxidation av alla bensenhomologer med KMnO 4 /100°C leder till bildning av bensoesyra.

Förtätade arenor

Kondenserade arener är aromatiska system (n=2 och 3). Graden av aromaticitet hos kondenserade arener är lägre än för bensen. De kännetecknas av elektrofila substitutionsreaktioner, additions- och oxidationsreaktioner, som sker under mildare förhållanden än för bensen.

Reaktivitet av naftalen

S E ArH-reaktionerna för naftalen fortskrider huvudsakligen enligt α -position, med undantag för sulfonering. Den elektrofila tillsatsen av Ad E sker vid positionerna 1,4, med naftalen som uppvisar egenskaperna hos konjugerade diener.

1. Elektrofila substitutionsreaktioner,S E ArH

2.Reaktioner av elektrofil addition, reduktion och oxidation.

Reaktivitet av antracen och fenantren

Reaktionerna av elektrofil substitution, S E ArH och elektrofil addition, Ad E för antracen inträffar övervägande vid positionerna 9 och 10 (se diagrammet nedan).

Reaktionerna av elektrofil substitution, S E ArH och elektrofil addition, Ad E för fenantren sker övervägande vid positionerna 9 och 10, som för antracen (se diagrammet nedan).

Oxidations- och reduktionsreaktioner för antracen och fenantren.

Strukturer av vissa läkemedel baserade på naftalen, antracen och fenantren

Naftyzin(nafazolin, sanorin)

vasokonstriktor effekt(behandling av rinit, bihåleinflammation)

(den ursprungliga strukturen framhävs i titeln, var uppmärksam på numreringen)

Naftifin

svampdödande verkan (behandling av dermatit)

Nabumethon

antiinflammatorisk, febernedsättande, smärtstillande effekt(behandling av artros, reumatoid artrit).

Nadolol

(termen cis, i detta fall, betecknar den relativa positionen för hydroxylgrupper)

hypotensiva(sänker blodtrycket) och antiarytmisk effekt

Morfin, kodein

Testfrågor för kapitlet "ARENAS"

1. Vilka egenskaper hos bensen skiljer den från andra omättade föreningar - alkener, alkyner? Vad betyder termen "aromatisk förening"?

2. Skriv strukturformlerna för föreningarna: a) etylbensen; b) 1,3-dimetylbensen ( m -xylen); c) 1,3,5-trimetylbensen (mesitylen); d) isopropylbensen (kumen); e) 3-fenylpentan; f) vinylbensen (styren); g) fenylacetylen; h) Trans -difenyletylen ( Trans -stilben).

3. Beskriv de strukturella egenskaperna hos föreningar som uppvisar aromaticitet. Formulera Hückels regel. Vilka av följande föreningar är aromatiska:

4. Jämför förhållandet mellan cyklohexen och bensen med följande reagens under de angivna förhållandena : a) Br 2 (H 2 O, 20 C); b) KMnO 4 (H 2 O.0 C); c) N 2 SÅ 4 (konc.), 20 C; d) H 2 (Pd, 30 C); innan 3 , sedan H 2 O(Zn); f) HBr.

5. Skriv strukturformlerna för monosubstituerade bensener som bildas vid reaktioner av bensen med följande reagens: en 2 SÅ 4 (konc.); b) HNO 3 ; N 2 SÅ 4 (konc.); c) Br 2 /Fe; d) Cl 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlCl 3 . Nämn reaktionerna och deras produkter. Ange med vilken elektrofil bensen som reagerar i varje enskilt fall.

6. Ge ett allmänt schema för växelverkan mellan bensen och ett elektrofilt reagens ( E + ). Namnge de mellanliggande komplexen. Vilket steg bestämmer vanligtvis reaktionshastigheten? Ge en graf över förändringen i potentiell energi för reaktionen i fråga.

7. Definiera följande begrepp: a) övergångstillstånd; b) mellanförbindelse; c) -komplex; d)-komplex. Vilka av dem är identiska? Illustrera dessa koncept med exemplet med bensenbromering i närvaro av en katalysator. FeBr 3 .

8. Använd exemplet på reaktioner av eten och bensen med brom, jämför mekanismen för elektrofil addition i alkener med mekanismen för elektrofil substitution i den aromatiska serien. I vilket skede observeras skillnaden och varför?

9. Använd induktiva och mesomera effekter, beskriv interaktionen mellan substituenten och bensenringen i de angivna föreningarna:

Märk de elektrondonerande (ED) och elektronbortdragande (EA) substituenterna.

10. Skriv scheman för mononitrering av föreningar: a) fenol; b) bensensulfonsyror; c) isopropylbensen; d) klorbensen. För vilken förening bör den relativa substitutionsgraden vara högst och varför?

11. Bildandet av vilka produkter som bör förväntas under monosulfonering av föreningar: a) toluen; b) nitrobensen; c) bensoesyra; d) brombensen? Vilken förening bör sulfoneras lättast? Varför?

12. Ordna följande föreningar i den ordning de ökar reaktiviteten när de bromeras till en bensenring: a) bensen; b) fenol; c) bensaldehyd; d) etylbensen. Ge en förklaring.

13. Nämn följande kolväten:

14. Skriv reaktionerna för bensen med följande reagens : a) Cl 2 (Fe); b) 3Cl 2 (ljus); c) HNO 3 (H 2 SÅ 4 ); d) O 2 (luft) (V 2 HANDLA OM 5 , 450  C); e) 3O 3 , sedan N 2 O (Zn); e) H 2 SÅ 4 (oleum); g) 3H 2 (Ni, 200 C,sid ). Vilka egenskaper har additionsreaktioner i bensen?

15. Skriv toluens reaktioner med de angivna reagensen : a) 3H 2 (Ni, 200 C, 9806,7 kPa); b) KMnO 4 V N 2 HANDLA OM; c*) Cl 2 , ljus; d*) Cl 2 (Fe); d*) CH 3 Cl(AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl (AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 SÅ 4 ). För reaktioner markerade med en asterisk, ange mekanismer.

16. Skriv reaktionerna av nitrering av etylbensen under de angivna förhållandena: a) 65 % HNO 3 +H 2 SÅ 4 (konc.); b) 10% HNO 3 , uppvärmning, tryck. Ta med mekanismerna.

17. Jämför förhållandet mellan isopropylbensen och brom: a) i närvaro AlBr 3 ; b) under belysning och uppvärmning. Ge reaktionerna och deras mekanismer.

18. Vilka föreningar bildas av etylbensen och P -xylen under inverkan av de angivna oxidationsmedlen: a) O 3 , sedan H 2 O (Zn); b) KMnO 4 i H 2 HANDLA OM,t ; VC 2 Cr 2 O 7 i H 2 SÅ 4 , t ?

19. Med hjälp av vilka reaktioner kan följande par av föreningar särskiljas: a) etylbensen och m -xylen; b) etylbensen och styren; c) styren och fenylacetylen; G) O - Och P -xylener?

20. Vilka föreningar är produkterna av reaktionerna nedan:

21. Baserat på bensen och andra reagens, skaffa föreningarna nedan: a) P -gnuggar -butyltoluen; b) etyl- P -tolylketon; c) alylbensen; G) P -brombensoesyra.

22. Nämn de viktigaste föreningarna som bildas i följande reaktioner:

DEFINITION

Bensen(cyklohexatrien - 1,3,5) är en organisk substans, den enklaste representanten för ett antal aromatiska kolväten.

Formel – C 6 H 6 (strukturformel – Fig. 1). Molekylvikt – 78,11.

Ris. 1. Strukturella och rumsliga formler för bensen.

Alla sex kolatomer i bensenmolekylen är i sp 2-hybridtillståndet. Varje kolatom bildar 3σ-bindningar med två andra kolatomer och en väteatom, som ligger i samma plan. Sex kolatomer bildar en regelbunden hexagon (σ-skelett av bensenmolekylen). Varje kolatom har en ohybridiserad p-orbital som innehåller en elektron. Sex p-elektroner bildar ett enda π-elektronmoln (aromatiskt system), som avbildas som en cirkel inuti en sexledad ring. Kolväteradikalen som erhålls från bensen kallas C 6 H 5 - - fenyl (Ph-).

Kemiska egenskaper hos bensen

Bensen kännetecknas av substitutionsreaktioner som sker via en elektrofil mekanism:

- halogenering (bensen reagerar med klor och brom i närvaro av katalysatorer - vattenfri AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 = C6H5-Cl + HCl;

- nitrering (bensen reagerar lätt med nitreringsblandningen - en blandning av koncentrerad salpetersyra och svavelsyra)

- alkylering med alkener

C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5-CH(CH3)2;

Additionsreaktioner till bensen leder till att det aromatiska systemet förstörs och sker endast under svåra förhållanden:

— hydrering (reaktionen sker vid upphettning, katalysatorn är Pt)

- tillsats av klor (förekommer under inverkan av UV-strålning med bildning av en fast produkt - hexaklorcyklohexan (hexakloran) - C 6 H 6 Cl 6)

Som alla organiska föreningar genomgår bensen en förbränningsreaktion med bildning av koldioxid och vatten som reaktionsprodukter (brinner med en rökig låga):

2C6H6 +15O2 → 12CO2 + 6H2O.

Bensens fysikaliska egenskaper

Bensen är en färglös vätska, men har en specifik stickande lukt. Bildar en azeotrop blandning med vatten, blandas väl med etrar, bensin och olika organiska lösningsmedel. Kokpunkt – 80,1C, smältpunkt – 5,5C. Giftigt, cancerframkallande (dvs främjar utvecklingen av cancer).

Beredning och användning av bensen

De viktigaste metoderna för att få bensen:

— dehydrocyklisering av hexan (katalysatorer – Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

— dehydrering av cyklohexan (reaktionen sker vid upphettning, katalysatorn är Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

— trimerisering av acetylen (reaktionen sker vid upphettning till 600°C, katalysatorn är aktivt kol)

3HC=CH → C6H6.

Bensen fungerar som ett råmaterial för framställning av homologer (etylbensen, kumen), cyklohexan, nitrobensen, klorbensen och andra ämnen. Tidigare användes bensen som tillsats till bensin för att öka dess oktantal, men nu, på grund av dess höga toxicitet, är bensenhalten i bränsle strikt reglerad. Bensen används ibland som lösningsmedel.

Exempel på problemlösning

EXEMPEL 1

Träning

Skriv ner ekvationerna som kan användas för att utföra följande transformationer: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Lösning

För att producera acetylen från metan används följande reaktion: 2CH4 -> C2H2 + 3H2 (t = 140°C). Produktionen av bensen från acetylen är möjlig genom trimeriseringsreaktionen av acetylen, som uppstår vid upphettning (t = 600 C) och i närvaro av aktivt kol: 3C2H2 → C6H6. Kloreringsreaktionen av bensen för att producera klorbensen som en produkt utförs i närvaro av järn(III)klorid: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl.

EXEMPEL 2

Träning	Till 39 g bensen i närvaro av järn(III)klorid sattes 1 mol bromvatten. Vilken mängd ämne och hur många gram av vilka produkter producerades?
Lösning	Låt oss skriva ekvationen för reaktionen av bensenbromering i närvaro av järn(III)klorid: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr. Reaktionsprodukterna är brombensen och vätebromid. Molär massa av bensen, beräknad med hjälp av tabellen över kemiska grundämnen av D.I. Mendelejev – 78 g/mol. Låt oss ta reda på mängden bensen: n(C6H6) = m(C6H6)/M(C6H6); n(C6H6) = 39/78 = 0,5 mol. Enligt villkoren för problemet reagerade bensen med 1 mol brom. Följaktligen är bensen en bristvara och ytterligare beräkningar kommer att göras med hjälp av bensen. Enligt reaktionsekvationen n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br): n(HBr) = 1:1:1, därför n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) =: n(HBr) = 0,5 mol. Då kommer massorna av brombensen och vätebromid att vara lika: m(C6H5Br) = n(C6H5Br)xM(C6H5Br); m(HBr) = n(HBr)xM(HBr). Molära massor av brombensen och vätebromid, beräknade med hjälp av tabellen över kemiska grundämnen av D.I. Mendeleev - 157 respektive 81 g/mol. m(C6H5Br) = 0,5 x 157 = 78,5 g; m(HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 g.
Svar	Reaktionsprodukterna är brombensen och vätebromid. Massorna av brombensen och vätebromid är 78,5 respektive 40,5 g.

Fysikaliska egenskaper

Bensen och dess närmaste homologer är färglösa vätskor med en specifik lukt. Aromatiska kolväten är lättare än vatten och löser sig inte i det, men de är lättlösliga i organiska lösningsmedel - alkohol, eter, aceton.

Bensen och dess homologer är i sig bra lösningsmedel för många organiska ämnen. Alla arenor brinner med en rökig låga på grund av den höga kolhalten i sina molekyler.

De fysiska egenskaperna hos vissa arenor presenteras i tabellen.

Tabell. Fysiska egenskaper hos vissa arenor

namn	Formel	t°.pl., °C	t°.b.p., °C
Bensen	C6H6	5,5	80,1
Toluen (metylbensen)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Etylbensen	C6H5C2H5	95,0	136,2
Xylen (dimetylbensen)	C6H4(CH3)2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
par-		13,26	138,35
Propylbensen	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Kumen (isopropylbensen)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Styren (vinylbensen)	C6H5CH=CH2	30,6	145,2

Bensen - lågkokande ( tbal= 80,1°C), färglös vätska, olöslig i vatten

Uppmärksamhet! Bensen – gift, påverkar njurarna, ändrar blodformeln (vid långvarig exponering), kan störa kromosomernas struktur.

De flesta aromatiska kolväten är livsfarliga och giftiga.

Beredning av arener (bensen och dess homologer)

I laboratoriet

1. Fusion av bensoesyrasalter med fasta alkalier

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

natriumbensoat

2. Wurtz-passande reaktion: (här är G halogen)

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

MED 6 H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl

I industrin

• isolerad från olja och kol genom fraktionerad destillation och reformering;
• från stenkolstjära och koksugnsgas

1. Dehydrocyklisering av alkaner med mer än 6 kolatomer:

C6H14 t , kat→C6H6 + 4H2

2. Trimerisering av acetylen(endast för bensen) – R. Zelinsky:

3C 2 H 2 600°C, Spela teater. kol→C6H6

3. Dehydrering cyklohexan och dess homologer:

Den sovjetiske akademikern Nikolai Dmitrievich Zelinsky slog fast att bensen bildas från cyklohexan (dehydrering av cykloalkaner

C6H12 t, kat→C6H6 + 3H2

C6H11-CH3 t , kat→C6H5-CH3 + 3H2

metylcyklohexantoluen

4. Alkylering av bensen(framställning av bensenhomologer) – r Friedel-Hantverk.

C6H6 + C2H5-Cl t, AICI3→C6H5-C2H5 + HCl

kloretan etylbensen

Kemiska egenskaper hos arenor

jag. OXIDATIONSREAKTIONER

1. Förbränning (rökande låga):

2C6H6 + 15O2 t→12CO2 + 6H2O + Q

2. Under normala förhållanden missfärgar inte bensen bromvatten och en vattenlösning av kaliumpermanganat

3. Bensenhomologer oxideras av kaliumpermanganat (missfärgar kaliumpermanganat):

A) i sur miljö till bensoesyra

När bensenhomologer utsätts för kaliumpermanganat och andra starka oxidationsmedel oxideras sidokedjorna. Oavsett hur komplex kedjan av substituenten är, förstörs den, med undantag för a-kolatomen, som oxideras till en karboxylgrupp.

Homologer av bensen med en sidokedja ger bensoesyra:

Homologer som innehåller två sidokedjor ger tvåbasiska syror:

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

5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 +14H2O

Förenklat :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C6H5COOH + H2O

B) i neutrala och lätt alkaliska till bensoesyrasalter

C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COO K + K OH + 2MnO2 + H2O

II. TILLÄGGSREAKTIONER (hårdare än alkener)

1. Halogenering

C6H6+3Cl2 h ν → C6H6Cl6 (hexaklorcyklohexan - hexakloran)

2. Hydrering

C6H6 + 3H2 t , PtellerNi→C6H12 (cyklohexan)

3. Polymerisation

III. ERSÄTTNINGSREAKTIONER – jonmekanism (lättare än alkaner)

b) bensenhomologer vid bestrålning eller upphettning

De kemiska egenskaperna hos alkylradikaler liknar alkaner. Väteatomerna i dem ersätts av halogen med en fri radikalmekanism. Därför, i frånvaro av en katalysator, vid upphettning eller UV-bestrålning, inträffar en radikalsubstitutionsreaktion i sidokedjan. Inverkan av bensenringen på alkylsubstituenter leder till det faktum att Väteatomen ersätts alltid vid kolatomen direkt bunden till bensenringen (a-kolatom).

1) C6H5-CH3 + Cl2 h ν → C6H5-CH2-Cl + HCl

c) bensenhomologer i närvaro av en katalysator

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (ortablandning, par av derivat) +HCl

2. Nitrering (med salpetersyra)

C6H6 + HO-NO2 t, H2S04→C6H5-NO2 + H2O

nitrobensen - lukt mandlar!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2S04→ MED H3-C6H2 (NO2)3 + 3H2O

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

Användning av bensen och dess homologer

Bensen C6H6 är ett bra lösningsmedel. Bensen som tillsats förbättrar kvaliteten på motorbränsle. Det fungerar som ett råmaterial för produktion av många aromatiska organiska föreningar - nitrobensen C 6 H 5 NO 2 (lösningsmedel från vilket anilin erhålls), klorbensen C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, styren, etc.

Toluen C 6 H 5 –CH 3 – lösningsmedel, används vid tillverkning av färgämnen, läkemedel och sprängämnen (TNT (TNT), eller 2,4,6-trinitrotoluen TNT).

Xylener C6H4(CH3)2. Teknisk xylen är en blandning av tre isomerer ( orto-, meta- Och par-xylener) – används som lösningsmedel och utgångsprodukt för syntes av många organiska föreningar.

Isopropylbensen C 6 H 5 – CH(CH 3) 2 används för att producera fenol och aceton.

Klorerade derivat av bensen används för växtskydd. Sålunda är produkten av ersättning av H-atomer i bensen med kloratomer hexaklorbensen C6Cl6 - en fungicid; den används för torrbehandling av vete och rågfrön mot smuts. Produkten av tillsatsen av klor till bensen är hexaklorcyklohexan (hexakloran) C 6 H 6 Cl 6 - en insekticid; det används för att bekämpa skadliga insekter. De nämnda ämnena tillhör bekämpningsmedel - kemiska medel för att bekämpa mikroorganismer, växter och djur.

Styren C 6 H 5 – CH = CH 2 polymeriserar mycket lätt och bildar polystyren, och vid sampolymerisation med butadien styren-butadien-gummin.

VIDEOUPPLEVELSER