Kimyasal özellikler. Benzenin fiziksel ve kimyasal özellikleri

başlık

Basit hidrokarbon. Bir organik madde sınıfı olan aromatik hidrokarbonları ifade eder.

Madde berrak bir sıvıdır, renksizdir, tatlımsı karakteristik bir kokuya sahiptir. Benzen, doymamış bir hidrokarbon olarak sınıflandırılır. Benzen halkası için ünlü formül, kimyada Nobel ödüllü Linus Pauling tarafından önerildi. Benzeni içinde daire bulunan altıgen şeklinde tasvir etmeyi öneren oydu. Bu görüntü, çift bağların yokluğunu ve 6 karbon atomunun tamamını kapsayan tek bir elektron bulutunun varlığının anlaşılmasını sağlar.

formül

benzen almak

Doğal Kaynaklar

Benzen elde etmek için doğal kaynak kömürdür. Koklaşabilir taş kömürü işlemi, 1825 yılında Michael Faraday tarafından keşfedildi. Sokak lambalarında kullanılan aydınlatma gazını inceledi ve benzeni izole edip tanımlayabildi. Artık kömür katranından bu şekilde neredeyse hiç benzen elde edilmiyor. Bunu elde etmenin daha birçok verimli yolu var.

Yapay elde etme kaynakları

• Benzinin yapay katalitik reformu.Üretim için benzin yağı fraksiyonları kullanılır. Bu süreçte büyük miktarda toluen oluşur. Toluen için pazar talebi çok yüksek değil, bu nedenle ondan benzen de üretiliyor. Benzen, bir toluen, ksilen karışımının dealkilasyon işlemi yoluyla piroliz yoluyla ağır yağ fraksiyonlarından elde edilir.
• Reppe yöntemiyle elde etme. 1948 yılına kadar benzen Berthelot yöntemi kullanılarak 400°C sıcaklıkta aktif karbon üzerinden asetilen geçirilerek elde ediliyordu. Benzen verimi büyüktü, ancak saflaştırılması zor olan çok bileşenli bir madde karışımı elde edildi. 1948'de Reppe, aktif karbonu nikel ile değiştirdi. Sonuç benzendi. süreç denir aseten trimerizasyonu- üç asetilen molekülü bir benzene dönüştürülür:

3C 2 H 2 → C 6 H 6 .

benzenin özellikleri

Fiziki ozellikleri

Yanma sırasında, hidrokarbon doymamış olduğundan (doymuş hidrokarbonların standart formülünü karşılamak için 8 hidrojen atomundan yoksundur) büyük miktarda kurum salınır. Düşük sıcaklıklarda, benzen beyaz kristal bir kütle haline gelir.

Kimyasal özellikler

Benzen, katalizörlerin - genellikle Al(3+) veya Fe(3+) tuzlarının varlığında ikame reaksiyonlarına girer:

• Halojenasyon - Br 2 ile benzene kalitatif bir reaksiyon:

C6H6 + Br2 \u003d C6H5Br + HBr.

• Nitrasyon - nitrik asit ile etkileşim. Organik kimyada, bu sürece OH grubunun ortadan kaldırılması eşlik eder:

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

• Katalitik alkilasyon, benzen homologlarının - alkilbenzenlerin üretilmesine yol açar:

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

Bir radikal içeren benzen homologları, benzenin kendisinden farklı reaksiyona girer. Tepkiler farklı ve genellikle ışıkta gider:

• halojenleme C6H5-CH3 + Br2 (ışıkta) = C6H5-CH2Br + HBr;
• nitrasyon - C 6 H 5 -CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3.

Benzen oksidasyon reaksiyonları çok karmaşıktır ve bu madde için tipik değildir. Oksidasyon, homologların karakteristiğidir. Burada, örneğin, benzoik asit elde etme reaksiyonu:

C6H5CH3 + [O] → C6H5COOH.

Bir maddenin yanma süreci, tüm organik maddeler için standart şemaya göre gerçekleşir:

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

Hidrojenasyon reaksiyonları. Reaksiyon zordur, katalizörler, basınç, sıcaklık gereklidir. Benzenin hidrojen ile reaksiyonlarında sikloheksan elde edilir:

C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

Ve bir hidrojen atomunun bir radikal grup -CH3 ile değiştirildiği alkilbenzen - metilsikloheksan ile reaksiyonlarda:

C 6 H 5 CH 3 + 3H 2 → C 6 H 11 -CH 3.

benzen uygulaması

Benzen saf haliyle pratikte kullanılmaz. Stiren ve polistirenin elde edildiği etilbenzen gibi diğer önemli bileşiklerin üretimi için üretilir.

Benzendeki aslan payı, naylon, boya, böcek ilacı ve ilaç üretiminde gerekli olan fenol üretiminde kullanılmaktadır. Ünlü ilaç aspirin, fenolün katılımı olmadan elde edilemez.

Plastik ve suni elyaf üretimi için benzenden sikloheksan gereklidir, nitrobenzen kauçuk, boya ve herbisitler üretmek için kullanılan anilin üretimine gider.

Benzenin döngüsel yapısı ilk olarak F.A. 1865 yılında Kekule

Friedrich August Kekule von Stradonitz, 19. yüzyılın seçkin bir Alman kimyageridir. 1854'te kükürt - tiyoasetik asit (tiyoetanoik asit) içeren ilk organik bileşiği keşfetti. Ayrıca diazo bileşiklerinin yapısını da kurmuştur. Ancak kimyanın gelişimine yaptığı en ünlü katkı, benzenin yapısının kurulmasıdır (1866). Kekule, benzenin çift bağlarının halka etrafında değiştiğini gösterdi (bu fikir ilk olarak bir rüyada aklına geldi). Daha sonra iki olası çift bağ düzenlemesinin özdeş olduğunu ve benzen halkasının iki yapı arasında bir hibrit olduğunu gösterdi. Böylece, 1930'ların başında kimyasal bağ teorisinde ortaya çıkan rezonans (mezomerizm) kavramını öngördü.

Benzen gerçekten böyle bir yapıya sahipse, 1,2-iki ikame edilmiş türevlerinin her birinin iki izomeri olmalıdır. Örneğin,

Bununla birlikte, 1,2-iki ikameli benzenlerin hiçbiri iki izomeri izole edemez.

Bu nedenle Kekule daha sonra benzen molekülünün hızla birbirine geçen iki yapı olarak var olduğunu öne sürdü:

Benzen moleküllerinin ve türevlerinin bu tür şematik temsillerinin genellikle benzen halkasının karbon atomlarına bağlı hidrojen atomlarını göstermediğine dikkat edin.

Modern kimyada benzen molekülü, bu iki sınırlayıcı rezonant formun rezonant hibriti olarak kabul edilir (bkz. Bölüm 2.1). Benzen molekülünün başka bir tanımı, moleküler orbitallerinin değerlendirilmesine dayanmaktadır. saniyede Şekil 3.1'de, -bağ orbitallerinde bulunan -elektronların benzen halkasının tüm karbon atomları arasında delokalize olduğu ve bir -elektron bulutu oluşturduğu belirtildi. Bu gösterime uygun olarak, benzen molekülü geleneksel olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Deneysel veriler, benzende tam da böyle bir yapının varlığını doğrulamaktadır. Eğer benzen, Kekule'nin orijinal olarak önerdiği yapıya, üç eşlenik çift bağa sahip olsaydı, o zaman benzenin alkenler gibi katılma reaksiyonlarına girmesi gerekirdi. Ancak yukarıda bahsedildiği gibi benzen katılma reaksiyonlarına girmez. Ek olarak, benzen, üç izole çift bağa sahip olduğundan daha kararlıdır. saniyede 5.3, sikloheksan oluşumu ile benzenin hidrojenasyon entalpisinin daha büyük bir negatife sahip olduğu belirtilmiştir.

Tablo 18.3. Çeşitli karbon-karbon bağlarının uzunluğu

Pirinç. 18.6. Benzen molekülünün geometrik yapısı.

değeri, sikloheksenin hidrojenasyon entalpisinin üç katından daha fazladır. Bu değerler arasındaki farka genellikle delokalizasyon entalpisi, rezonans enerjisi veya benzen stabilizasyon enerjisi denir.

Benzen halkasındaki tüm karbon-karbon bağları aynı uzunluğa sahiptir; bu, alkanlardaki C-C bağlarının uzunluğundan daha kısa, ancak alkenlerdeki C=C bağlarının uzunluğundan daha uzundur (Tablo 18.3). Bu, benzendeki karbon-karbon bağlarının tek ve çift bağlar arasında bir hibrit olduğunu doğrular.

Benzen molekülü, Şekil 1'de gösterilen düz bir yapıya sahiptir. 18.6.

Fiziki ozellikleri

Normal şartlar altında benzen, 5.5°C'de donan ve 80°C'de kaynayan renksiz bir sıvıdır. Karakteristik hoş bir kokusu vardır, ancak yukarıda bahsedildiği gibi oldukça zehirlidir. Benzen su ile karışmaz ve benzen sisteminde iki tabakanın üstünü su oluşturur. Bununla birlikte, polar olmayan organik çözücülerde çözünür ve kendisi diğer organik bileşikler için iyi bir çözücüdür.

Kimyasal özellikler

Benzen belirli katılma reaksiyonlarına girmesine rağmen (aşağıya bakın), içlerindeki alkenlere özgü reaktiviteyi göstermez. Örneğin, bromlu suyun veya α-iyon çözeltilerinin rengini gidermez. Ayrıca benzen

hidroklorik veya sülfürik asit gibi kuvvetli asitlerle katılma reaksiyonlarına girer.

Aynı zamanda, benzen bir dizi elektrofilik ikame reaksiyonunda yer alır. Aromatik bileşikler, bu tür reaksiyonların ürünleridir, çünkü benzenin delokalize -elektron sistemi bu reaksiyonlarda korunur. Bir benzen halkası üzerindeki bir hidrojen atomunun bir miktar elektrofil tarafından ikame edilmesinin genel mekanizması Bölüm 1'de açıklanmaktadır. 17.3. Benzenin elektrofilik sübstitüsyonunun örnekleri, nitrasyonu, halojenasyonu, sülfonasyonu ve Friedel-Crafts reaksiyonlarıdır.

nitrasyon. Benzen, konsantre nitrik ve sülfürik asitlerin bir karışımı ile işlenerek nitratlanabilir (içine bir grup sokulabilir):

nitrobenzen

Bu reaksiyonun koşulları ve mekanizması Sec. 17.3.

Nitrobenzen, karakteristik badem kokusuna sahip soluk sarı bir sıvıdır. Benzen nitrasyonu sırasında, nitrobenzene ek olarak, aşağıdaki reaksiyonun ürünü olan 1,3-dinitrobenzen kristalleri de oluşur:

halojenleme. Benzeni karanlıkta klor veya bromla karıştırırsanız kanser olmaz. Ancak Lewis asitlerinin özelliklerini taşıyan katalizörlerin varlığında bu tür karışımlarda elektrofilik yer değiştirme reaksiyonları meydana gelir. Bu reaksiyonlar için tipik katalizörler demir(III) bromür ve alüminyum klorürdür. Bu katalizörlerin eylemi, daha sonra katalizörle bir kompleks oluşturan halojen moleküllerinde polarizasyon yaratmalarıdır:

ancak bu durumda serbest iyonların oluştuğuna dair doğrudan bir kanıt yoktur. İyon taşıyıcı olarak demir (III) bromür kullanan benzen brominasyon mekanizması aşağıdaki gibi gösterilebilir:

sülfonasyon. Benzen, karışımını konsantre sülfürik asit ile birkaç saat geri akıtarak sülfonatlanabilir (içindeki bir hidrojen atomunu bir sülfo grubu ile değiştirerek). Bunun yerine benzen, dumanlı sülfürik asitle karıştırılarak hafifçe ısıtılabilir. Dumanlı sülfürik asit kükürt trioksit içerir. Bu reaksiyonun mekanizması şema ile temsil edilebilir.

Friedel-Crafts reaksiyonları. Friedel-Crafts reaksiyonları başlangıçta, susuz bir alüminyum klorür katalizörünün mevcudiyetinde aromatik bileşikler ve alkil halojenürler arasındaki yoğuşma reaksiyonları olarak adlandırılıyordu.

Yoğunlaşma reaksiyonlarında, iki reaktan molekülü (veya bir reaktan) birbiriyle birleşerek yeni bir bileşik molekülü oluştururken, su veya hidrojen klorür gibi bazı basit bileşiklerin bir molekülü onlardan ayrılır (elenir).

Şu anda, Friedel-Crafts reaksiyonu, bir karbokasyonun veya pozitif yüklü bir karbon atomuna sahip oldukça polarize bir kompleksin bir elektrofil rolü oynadığı aromatik bir bileşiğin herhangi bir elektrofilik ikamesidir. Elektrofilik madde genellikle bir alkil halojenür veya bir karboksilik asidin klorürüdür, ancak örneğin bir alken veya bir alkol de olabilir. Susuz alüminyum klorür genellikle bu reaksiyonlar için bir katalizör olarak kullanılır. Friedel-Crafts reaksiyonları genellikle iki türe ayrılır: alkilasyon ve asilasyon.

alkilasyon. Bu tip Friedel-Crafts reaksiyonlarında, benzen halkasındaki bir veya daha fazla hidrojen atomu alkil grupları ile değiştirilir. Örneğin, bir benzen ve klormetan karışımı susuz alüminyum klorür varlığında dikkatlice ısıtıldığında metilbenzen oluşur. Klorometan, bu reaksiyonda elektrofilik bir ajanın rolünü oynar. Halojen moleküllerinde olduğu gibi alüminyum klorür tarafından polarize edilir:

Söz konusu reaksiyonun mekanizması aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

Benzen ve klormetan arasındaki bu yoğunlaştırma reaksiyonunda, bir hidrojen klorür molekülünün ayrıldığına dikkat edilmelidir. Ayrıca, serbest iyon formundaki bir metal karbokatyonun gerçek varlığının şüpheli olduğuna da dikkat çekiyoruz.

Bir katalizör - susuz alüminyum klorür varlığında benzenin klorometan ile alkillenmesi, metilbenzen oluşumu ile bitmez. Bu reaksiyonda, benzen halkasının daha fazla alkilasyonu meydana gelir ve 1,2-dimetilbenzen oluşumuna yol açar:

asilasyon. Bu tip Friedel-Crafts reaksiyonlarında, benzen halkasındaki bir hidrojen atomu, bir asil grubu ile yer değiştirerek aromatik bir keton oluşmasına neden olur.

Asil grubu genel formüle sahiptir

Bir asil bileşiğinin sistematik adı, verilen asil bileşiğinin bir türevi olduğu karşılık gelen karboksilik asit adına -ova soneki ve -(o)yl sonekiyle biten -ova ile değiştirilir. Örneğin

Benzenin asilasyonu, susuz bir alüminyum klorür katalizörü varlığında bir klorür veya bir karboksilik asidin anhidriti kullanılarak gerçekleştirilir. Örneğin

Bu reaksiyon, bir hidrojen klorür molekülünün ortadan kaldırılmasının meydana geldiği bir yoğunlaşmadır. Ayrıca "fenil" adının, benzenin ana grup olmadığı bileşiklerde genellikle benzen halkasını belirtmek için kullanıldığına dikkat edin:

Ekleme reaksiyonları. Benzen, elektrofilik yer değiştirme reaksiyonlarının en karakteristik özelliği olmasına rağmen, bazı ekleme reaksiyonlarına da girer. Onlardan biriyle zaten tanıştık. Benzenin hidrojenasyonundan bahsediyoruz (bkz. Bölüm 5.3). Bir benzen ve hidrojen karışımı, 150-160 °C sıcaklıkta ince öğütülmüş bir nikel katalizörünün yüzeyinden geçirildiğinde, sikloheksan oluşumuyla sona eren bir dizi reaksiyon meydana gelir. Bu reaksiyon için genel stokiyometrik denklem şu şekilde temsil edilebilir:

Ultraviyole radyasyonun veya doğrudan güneş ışığının etkisi altında benzen ayrıca klor ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon karmaşık bir radikal mekanizma tarafından gerçekleştirilir. Nihai ürünü 1,2,3,4,5,6-hekzaklorosiklohekzandır:

Benzer bir reaksiyon, ultraviyole radyasyon veya güneş ışığının etkisi altında benzen ve brom arasında gerçekleşir.

Oksidasyon. Diğer aromatik bileşiklerdeki benzen ve benzen halkası, potasyum permanganatın asidik veya alkali çözeltisi gibi güçlü oksitleyici maddeler tarafından bile genellikle oksidasyona karşı dirençlidir. Bununla birlikte, benzen ve diğer aromatikler, yüksek nispi karbon içeriğine sahip hidrokarbonlar için tipik olan çok dumanlı bir alev oluşturmak üzere havada veya oksijende yanar.

Benzen homologları, reaktifin doğasına bağlı olarak bir aromatik çekirdek ve bir yan zincirin (alkil grupları) katılımıyla iki yönde reaksiyona girebilir.

1. Aromatik çekirdek üzerindeki reaksiyonlar

Alkil grubunun donör etkisi nedeniyle, S E ArH reaksiyonları şuna gider: orto- Ve çift- aromatik çekirdeğin konumları, koşullar ise benzenden daha ılımandır.

a) halojenasyon

b) nitrasyon

Alıcı grupların (-NO 2) sayısı arttıkça nitrasyon reaksiyonlarının sıcaklığının nasıl yükseldiğine dikkat edin.

c) sülfonasyon

Reaksiyon ağırlıklı olarak üretir P-izomer.

d) alkilasyon

e) asilasyon

2. Yan zincir reaksiyonları

Benzen molekülünün alkil fragmanı, bir karbon atomunun katılımıyla SR reaksiyonlarına girer. α -pozisyon (benzil pozisyon).

Benzen KMnO4 /100°C'nin tüm homologlarının oksidasyonu benzoik asit oluşumuna yol açar.

yoğun arenalar

Yoğun arenalar aromatik sistemlerdir (n=2 ve 3). Yoğunlaştırılmış arenlerin aromatiklik derecesi benzenden daha düşüktür. Benzen için olduğundan daha hafif koşullar altında meydana gelen elektrofilik ikame reaksiyonları, ekleme ve oksidasyon reaksiyonları ile karakterize edilirler.

naftalinin reaktivitesi

Naftalin için S E ArH reaksiyonları esas olarak şuna göre ilerler: α -pozisyon, sülfonasyon hariç. Ad E'nin elektrofilik ilavesi 1,4 pozisyonlarında ilerlerken, naftalin konjuge dienlerin özelliklerini sergiler.

1. Elektrofilik yer değiştirme reaksiyonları,S E ArH

2. Elektrofilik ekleme, indirgeme ve oksidasyon reaksiyonları.

Antrasen ve fenantrenin reaktivitesi

Antrasen için elektrofilik ikame, S E ArH ve elektrofilik ekleme, Ad E reaksiyonları ağırlıklı olarak 9 ve 10 konumlarında ilerler (aşağıdaki şemaya bakın).

Fenantren için elektrofilik ikame, S E ArH ve elektrofilik ekleme, Ad E reaksiyonları, antrasen için olduğu gibi ağırlıklı olarak 9 ve 10 konumlarında ilerler (aşağıdaki şemaya bakın).

Antrasen ve fenantren için oksidasyon ve indirgeme reaksiyonları.

Naftalin bazlı bazı ilaçların yapıları, antrasen ve fenantren

naftizin(nafazolin, sanorin)

vazokonstriktör etki(rinit, sinüzit tedavisi)

(ana yapı başlıkta altı çizilmiştir, numaralandırmaya dikkat ediniz)

naftifin

antifungal eylem (dermatit tedavisi)

Nabumeton

antiinflamatuar, antipiretik, analjezik etki(osteoartrit, romatoid artrit tedavisi).

nadolol

(bu durumda cis terimi, hidroksil gruplarının karşılıklı düzenlenmesini belirtir)

hipotansif(kan basıncını düşürür) ve antiaritmik eylem

Morfin, kodein

"ARENA" bölümü için güvenlik soruları

1. Benzenin hangi özellikleri onu diğer doymamış bileşiklerden (alkenler, alkinler) ayırır? "Aromatik bileşik" terimi ne anlama geliyor?

2. Aşağıdaki bileşiklerin yapı formüllerini yazınız: a) etilbenzen; b) 1,3-dimetilbenzen ( M -ksilen); c) 1,3,5-trimetilbenzen (mesitilen); d) izopropilbenzen (kümen); e) 3-fenilpentan; f) vinilbenzen (stiren); g) fenilasetilen; H) trans -difeniletilen ( trans -stilben).

3. Aromatiklik sergileyen bileşiklerin yapısal özelliklerini tanımlar. Hückel'in kuralını belirtin. Aşağıdaki bileşiklerden hangisi aromatiktir?

4. Belirtilen koşullar altında sikloheksen ve benzen oranını aşağıdaki reaktiflerle karşılaştırın : a) Br 2 (H 2 Ç.20 C); b) KMnO 4 (H 2 Ah, 0 C); c)H 2 BU YÜZDEN 4 (kons.), 20 C; ç)H 2 (Sf, 30 C); önce 3 , ardından H 2 O(Zn); e) HBr.

5. Benzenin aşağıdaki reaktiflerle reaksiyonlarında oluşan tekli ikame edilmiş benzenin yapısal formüllerini yazın: a)H 2 BU YÜZDEN 4 (kons.); b) HNO 3 ; H 2 BU YÜZDEN 4 (kons.); c) Br 2 /fe; d) CI 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlCl 3 . Reaksiyonları ve ürünlerini adlandırın. Her özel durumda hangi elektrofil benzenin reaksiyona girdiğini belirtin.

6. Benzenin elektrofilik bir reaktif ile etkileşimi için genel bir şema verin ( E + ). Ara kompleksleri adlandırın. Bir reaksiyonun hızını genellikle hangi adım belirler? Ele alınan reaksiyonun potansiyel enerjisindeki değişimin grafiğini çiziniz.

7. Aşağıdaki kavramları tanımlayın: a) geçiş durumu; b) ara bağlantı; c) -kompleks; d) -kompleks. Hangileri aynıdır? Bir katalizör varlığında benzen bromlama örneğini kullanarak bu kavramları açıklayın. FeBr 3 .

8. Eten ve benzenin brom ile reaksiyonları örneğini kullanarak, alkenlerdeki elektrofilik ekleme mekanizmasını aromatik serilerdeki elektrofilik ikame mekanizmasıyla karşılaştırın. Fark hangi aşamada görülür ve neden?

9. Endüktif ve mezomerik etkileri kullanarak, ikame edicinin belirtilen bileşiklerde benzen halkası ile etkileşimini tanımlayın:

Elektron veren (ED) ve elektron çeken (EA) sübstitüentlere dikkat edin.

10. Aşağıdaki bileşikler için mononitrasyon şemalarını yazın: a) fenol; b) benzensülfonik asitler; c) izopropilbenzen; d) klorobenzen. Bağıl ikame oranı hangi bileşik için en yüksek olmalıdır ve neden?

11. Bileşiklerin monosülfonasyonu sırasında hangi ürünlerin beklenmesi gerektiğinin oluşumu: a) toluen; b) nitrobenzen; c) benzoik asit; d) bromobenzen? Hangi bileşik en kolay sülfonlanmalıdır? Neden?

12. Aşağıdaki bileşikleri, bir benzen halkası halinde bromlandıklarında reaktivitelerindeki artışa göre sıralayın: a) benzen; b) fenol; c) benzaldehit; d) etilbenzen. Açıklamalar yapın.

13. Aşağıdaki hidrokarbonları adlandırın:

14. Aşağıdaki reaktiflerle benzenin reaksiyonlarını yazınız. : a) CI 2 (Fe); b) 3CI 2 (ışık); c) HNO 3 (H 2 BU YÜZDEN 4 ); d) Ah 2 (hava) (V 2 HAKKINDA 5 , 450  C); e) 3O 3 , ardından H 2 O(Zn); f)H 2 BU YÜZDEN 4 (oleum); g) 3H 2 (Ni, 200 C,P ). Benzendeki katılma reaksiyonlarının özelliği nedir?

15. Toluenin belirtilen reaktiflerle reaksiyonlarını yazınız. : a) 3H 2 (Ni, 200 C, 9806.7 kPa); b) KMnO 4 V H 2 HAKKINDA; c*) Сl 2 , ışık; d*) Cl 2 (Fe); e*) CH 3 Cl (AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl(AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 BU YÜZDEN 4 ). Yıldız işaretiyle işaretlenmiş reaksiyonlar için mekanizmaları belirtiniz.

16. Etilbenzenin nitrasyon reaksiyonlarını belirtilen koşullar altında yazınız: a) %65 HNO 3 + H 2 BU YÜZDEN 4 (kons.); b) %10 HNO 3 , ısıtma, basınç. Mekanizmalar getirin.

17. İzopropilbenzenin broma oranını karşılaştırın: a) varlığında AlBr 3 ; b) aydınlatıldığında ve ısıtıldığında. Tepkimeleri ve mekanizmalarını veriniz.

18. Etilbenzenden hangi bileşikler oluşur ve P - belirtilen oksitleyici ajanların etkisi altında ksilen: a) Ah 3 , ardından H 2 O(Zn); b) KMnO 4 H'de 2 HAKKINDA,T ; VK 2 cr 2 Ö 7 H'de 2 BU YÜZDEN 4 , T ?

19. Aşağıdaki bileşik çiftleri hangi reaksiyonların yardımıyla ayırt edilebilir: a) etilbenzen ve M -ksilen; b) etilbenzen ve stiren; c) stiren ve fenilasetilen; G) Ö - Ve P -ksilenler?

20. Aşağıdaki reaksiyonların ürünleri hangi bileşiklerdir:

21. Benzen ve diğer reaktiflere dayalı olarak aşağıdaki bileşikleri elde edin: a) P -tert -bütiltoluen; b) etil- P - tolil keton; c) alilbenzen; G) P - bromobenzoik asit.

22. Aşağıdaki reaksiyonlarda oluşan ana bileşikleri adlandırın:

TANIM

Benzen(siklohekzatrien - 1,3,5) - bir dizi aromatik hidrokarbonun en basit temsilcisi olan organik bir madde.

Formül - C6H6 (yapısal formül - Şekil 1). Moleküler ağırlık - 78, 11.

Pirinç. 1. Benzen'in yapısal ve uzaysal formülleri.

Benzen molekülündeki altı karbon atomunun tamamı sp2 hibrit durumdadır. Her bir karbon atomu, aynı düzlemde bulunan diğer iki karbon atomu ve bir hidrojen atomu ile 3σ bağı oluşturur. Altı karbon atomu düzenli bir altıgen oluşturur (benzen molekülünün σ-iskeleti). Her karbon atomunun bir elektron içeren hibritleşmemiş bir p-orbitali vardır. Altı p-elektron, altı üyeli bir döngü içinde bir daire olarak gösterilen tek bir π-elektron bulutu (aromatik sistem) oluşturur. Benzenden türetilen hidrokarbon radikali C6H5 - - fenil (Ph-) olarak adlandırılır.

benzenin kimyasal özellikleri

Benzen, elektrofilik mekanizmaya göre ilerleyen ikame reaksiyonları ile karakterize edilir:

- halojenleme (benzen, katalizörlerin varlığında klor ve brom ile etkileşime girer - susuz AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 \u003d C6H5-Cl + HC1;

- nitrasyon (benzen, nitratlayıcı bir karışımla - konsantre nitrik ve sülfürik asitlerin bir karışımıyla kolayca reaksiyona girer)

- alkenlerle alkilasyon

C6H6 + CH2 \u003d CH-CH3 → C6H5 -CH (CH3)2;

Benzene katılma reaksiyonları, aromatik sistemin yok olmasına yol açar ve yalnızca zorlu koşullar altında gerçekleşir:

- hidrojenasyon (reaksiyon ısıtıldığında devam eder, katalizör Pt'dir)

- klor ilavesi (katı bir ürün oluşumu ile UV radyasyonunun etkisi altında oluşur - hekzaklorosikloheksan (hekzakloran) - C6H6Cl6)

Herhangi bir organik bileşik gibi, benzen de reaksiyon ürünleri olarak karbondioksit ve su oluşumu ile yanma reaksiyonuna girer (dumanlı bir alevle yanar):

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

benzenin fiziksel özellikleri

Benzen renksiz bir sıvıdır, ancak kendine özgü keskin bir kokusu vardır. Su ile azeotropik bir karışım oluşturur, eterler, benzin ve çeşitli organik çözücüler ile iyi karışır. Kaynama noktası - 80.1C, erime noktası - 5.5C. Toksik, kanserojen (yani kanser gelişimine katkıda bulunur).

Benzen elde etme ve kullanma

Benzen elde etmenin ana yöntemleri:

— heksanın dehidrosiklizasyonu (katalizörler - Pt, Cr302)

CH3 -(CH2)4 -CH3 → C6H6 + 4H2;

- sikloheksanın dehidrojenasyonu (reaksiyon ısıtıldığında devam eder, katalizör Pt'dir)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

– asetilenin trimerleştirilmesi (reaksiyon 60°C'ye ısıtıldığında devam eder, katalizör aktif karbondur)

3HC≡CH → C6H6 .

Benzen, homologların (etilbenzen, kümen), sikloheksan, nitrobenzen, klorobenzen ve diğer maddelerin üretimi için bir hammadde görevi görür. Daha önce benzen, oktan sayısını artırmak için benzine katkı maddesi olarak kullanılıyordu, ancak şimdi yüksek toksisitesi nedeniyle yakıttaki benzen içeriği katı bir şekilde düzenleniyor. Bazen çözücü olarak benzen kullanılır.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak

Aşağıdaki dönüşümleri gerçekleştirebileceğiniz denklemleri yazın: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Çözüm

Metandan asetilen elde etmek için aşağıdaki reaksiyon kullanılır: 2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C). Asetilenden benzen elde edilmesi, ısıtıldığında (t = 600C) ve aktif karbon varlığında meydana gelen asetilenin trimerleşmesinin reaksiyonu ile mümkündür: 3C 2 H 2 → C 6 H 6 . Bir ürün olarak klorobenzen elde etmek için benzenin klorlama reaksiyonu, demir (III) klorür varlığında gerçekleştirilir: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCI.

ÖRNEK 2

Egzersiz yapmak	Demir (III) klorür varlığında 39 g benzene 1 mol bromlu su ilave edildi. Hangi maddeden ne kadar ve hangi ürünlerden kaç gram sonuç verdi?
Çözüm	Demir (III) klorür varlığında benzen brominasyon reaksiyonu için denklemi yazalım: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr. Reaksiyon ürünleri bromobenzen ve hidrojen bromürdür. D.I.'nin kimyasal element tablosu kullanılarak hesaplanan benzenin molar kütlesi. Mendeleyev - 78 g/mol. Benzen maddesi miktarını bulun: n(C6H6) = m(C6H6) / M(C6H6); n(C6H6) = 39/78 = 0.5 mol. Problemin durumuna göre benzen 1 mol brom ile tepkimeye girmiştir. Sonuç olarak, benzen arzı yetersizdir ve benzen için daha fazla hesaplama yapılacaktır. Reaksiyon denklemine göre n (C6H6): n (C6H5Br) : n (HBr) \u003d 1: 1: 1, bu nedenle n (C6H6) \u003d n (C6H5) Br) \u003d: n(HBr) = 0,5 mol. Daha sonra, bromobenzen ve hidrojen bromürün kütleleri eşit olacaktır: m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br); m(HBr) = n(HBr)×M(HBr). D.I.'nin kimyasal element tablosu kullanılarak hesaplanan bromobenzen ve hidrojen bromürün molar kütleleri. Mendeleev - sırasıyla 157 ve 81 g/mol. m(C6H5Br) = 0.5×157 = 78.5 g; m(HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 gr.
Cevap	Reaksiyon ürünleri bromobenzen ve hidrojen bromürdür. Bromobenzen ve hidrojen bromürün kütleleri sırasıyla 78.5 ve 40.5 g'dır.

Fiziki ozellikleri

Benzen ve en yakın homologları, belirli bir kokuya sahip renksiz sıvılardır. Aromatik hidrokarbonlar sudan daha hafiftir ve içinde çözünmezler, ancak organik çözücüler - alkol, eter, aseton - içinde kolayca çözünürler.

Benzen ve homologları birçok organik madde için iyi çözücülerdir. Tüm arenalar, moleküllerinin yüksek karbon içeriği nedeniyle dumanlı bir alevle yanar.

Bazı arenelerin fiziksel özellikleri tabloda verilmiştir.

Masa. Bazı sahaların fiziksel özellikleri

İsim	formül	t°.pl., °C	t°.bp., °C
Benzen	C6H6	5,5	80,1
Toluen (metilbenzen)	C6H5CH3	95,0	110,6
etilbenzen	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ksilen (dimetilbenzen)	C6H4(CH3)2
orto		25,18	144,41
meta		47,87	139,10
çift-		13,26	138,35
propilbenzen	C6H5(CH2)2CH3	99,0	159,20
Kümen (izopropilbenzen)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Stiren (vinilbenzen)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

Benzen - düşük kaynama ( Tkip= 80.1°C), renksiz sıvı, suda çözünmez

Dikkat! Benzen - zehir, böbreklere etki eder, kan formülünü değiştirir (uzun süreli maruz kalma ile), kromozomların yapısını bozabilir.

Aromatik hidrokarbonların çoğu yaşamı tehdit edici ve zehirlidir.

Arenlerin elde edilmesi (benzen ve homologları)

laboratuvarda

1. Benzoik asit tuzlarının katı alkalilerle füzyonu

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

sodyum benzoat

2. Wurtz-Fitting reaksiyonu: (burada G halojendir)

6'dan itibarenH 5 -G+2hayır + R-G →C 6 H 5 - R + 2 hayırG

İLE 6 H 5 -Cl + 2Na + CH3 -Cl → C6H5 -CH3 + 2NaCl

Endüstride

• petrol ve kömürden fraksiyonel damıtma, reforming yoluyla izole edilmiş;
• kömür katranı ve kok fırını gazından

1. alkanların dehidrosiklizasyonu 6'dan fazla karbon atomu ile:

C6H14 T , kat→C 6 H 6 + 4H 2

2. asetilenin trimerleştirilmesi(sadece benzen için) – R. zelinsky:

3С 2 H2 600°C, Davranmak. kömür→C 6 H 6

3. dehidrojenasyon sikloheksan ve homologları:

Sovyet Akademisyeni Nikolai Dmitrievich Zelinsky, benzenin sikloheksandan (sikloalkanların dehidrojenasyonu) oluştuğunu tespit etti.

C6H12 t, kedi→C 6 H 6 + 3H 2

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

metilsikloheksantoluen

4. benzenin alkilasyonu(benzenin homologlarının elde edilmesi) – r Friedel-Crafts.

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

kloretan etilbenzen

Arenlerin kimyasal özellikleri

BEN. OKSİDASYON REAKSİYONLARI

1. Yanma (dumanlı alev):

2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Normal koşullar altında benzen, bromlu suyun ve sulu bir potasyum permanganat çözeltisinin rengini gidermez.

3. Benzen homologları potasyum permanganat tarafından oksitlenir (potasyum permanganatın rengini bozar):

A) asidik bir ortamda benzoik aside

Potasyum permanganat ve diğer güçlü oksidanların benzen homologları üzerindeki etkisi altında yan zincirler oksitlenir. İkame zinciri ne kadar karmaşık olursa olsun, bir karboksil grubuna oksitlenen a-karbon atomu dışında yok edilir.

Bir yan zincire sahip benzenin homologları benzoik asit verir:

İki yan zincir içeren homologlar, dibazik asitler verir:

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

Basitleştirilmiş :

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

B) nötr ve hafif alkali ila benzoik asit tuzlarında

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO2 + H20

III. İLAVE REAKSİYONLAR (alkenlerden daha sert)

1. Halojenasyon

C6H6 + 3Cl2 H ν → C 6 H 6 CI 6 (hekzaklorosikloheksan - hekzakloran)

2. Hidrojenasyon

C6H6 + 3H2 T , noktaveyaNi→C6H12 (sikloheksan)

3. Polimerizasyon

III. İKAME REAKSİYONLARI – iyonik mekanizma (alkanlardan daha hafif)

b) ışınlama veya ısıtma üzerine benzen homologları

Kimyasal özellikler açısından, alkil radikalleri alkanlara benzer. İçlerindeki hidrojen atomları, serbest radikal bir mekanizma ile halojenler ile değiştirilir. Bu nedenle, bir katalizörün yokluğunda, ısıtma veya UV ışıması, yan zincirde bir radikal ikame reaksiyonuna yol açar. Benzen halkasının alkil sübstitüentleri üzerindeki etkisi şu gerçeğine yol açar: hidrojen atomu her zaman doğrudan benzen halkasına (a-karbon atomu) bağlı karbon atomunda değiştirilir.

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

c) bir katalizör varlığında benzen homologları

C6H5-CH3 + Cl2 AlCI 3 → (orta karışımı, türev çifti) +HCl

2. Nitrasyon (nitrik asit ile)

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

nitrobenzen - koku badem!

C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ İLE H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

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

Benzen ve homologlarının kullanımı

Benzen C6H6 iyi bir çözücüdür. Bir katkı maddesi olarak benzen, motor yakıtının kalitesini artırır. Birçok aromatik organik bileşiğin - nitrobenzen C6H5NO2 (çözücü, anilin ondan elde edilir), klorobenzen C6H5Cl, fenol C6H5OH, stiren vb. Üretimi için hammadde görevi görür.

toluen C6H5-CH3 - boyaların, ilaçların ve patlayıcıların (trotil (tol) veya 2,4,6-trinitrotoluen TNT) üretiminde kullanılan bir çözücü.

Ksilen C6H4(CH3)2 . Teknik ksilen, üç izomerin bir karışımıdır ( orto-, meta- Ve çift-ksilenler) - birçok organik bileşiğin sentezi için bir çözücü ve başlangıç ​​ürünü olarak kullanılır.

izopropilbenzen C6H5-CH(CH3)2, fenol ve aseton elde etmeye yarar.

benzenin klor türevleri bitki koruma için kullanılır. Bu nedenle, benzen içindeki H atomlarının klor atomları ile ikame edilmesinin ürünü hekzaklorobenzen C6Cl6 - bir fungisittir; Buğday ve çavdarın sert kuruma karşı kuru tohum pansumanında kullanılır. Benzene klor ilavesinin ürünü hekzaklorosikloheksandır (hekzakloran) C6H6CI6 - bir insektisit; zararlı böcekleri kontrol etmek için kullanılır. Bu maddeler pestisitleri ifade eder - mikroorganizmalar, bitkiler ve hayvanlarla savaşmanın kimyasal yolları.

Stiren C6H5 - CH \u003d CH2 çok kolay polimerleşir, polistiren oluşturur ve bütadien - stiren-bütadien kauçuklarla kopolimerleşir.

VİDEO DENEYİMLERİ