Oddiy uglevodorod. Aromatik uglevodorodlarga, organik moddalar sinfiga tegishli.
Modda tiniq suyuqlik, rangsiz, shirin xarakterli hidga ega. Benzol to'yinmagan uglevodorodlar qatoriga kiradi. Benzol halqasining mashhur formulasi kimyo bo'yicha Nobel mukofoti sovrindori Linus Pauling tomonidan taklif qilingan. Aynan u benzolni olti burchakli ichida aylana shaklida tasvirlashni taklif qilgan. Ushbu rasm qo'sh bog'larning yo'qligi va barcha 6 uglerod atomini qamrab olgan yagona elektron bulutining mavjudligi haqida tushuncha beradi.
Formula
Benzol olish
Tabiiy manbalar
Benzolni olishning tabiiy manbai ko'mirdir. Kokslangan ko'mir jarayoni 1825 yilda Maykl Faraday tomonidan kashf etilgan. U ko'cha chiroqlarida ishlatiladigan yorug'lik gazini o'rganib chiqdi va benzolni ajratib, tavsiflay oldi. Endi bu usulda ko'mir smolasidan deyarli benzol olinmaydi. Uni olishning boshqa ko'plab samarali usullari mavjud.
Sun'iy olish manbalari
- Benzinning sun'iy katalitik islohoti. Ishlab chiqarish uchun benzin moyi fraktsiyalari ishlatiladi. Bu jarayonda ko'p miqdorda toluol hosil bo'ladi. Toluolga bozor talabi unchalik yuqori emas, shuning uchun undan benzol ham ishlab chiqariladi. Benzol neftning og'ir fraktsiyalaridan toluol, ksilen aralashmasini dekillanish jarayoni orqali piroliz yo'li bilan olinadi.
- Reppe usuli bilan olish. 1948 yilga qadar Berthelot usulida atsetilenni 400°S haroratda faollashtirilgan ugleroddan oʻtkazish yoʻli bilan benzol olindi. Benzolning unumi katta edi, lekin tozalash qiyin bo'lgan ko'p komponentli moddalar aralashmasi olingan. 1948 yilda Reppe faollashtirilgan uglerodni nikel bilan almashtirdi. Natijada benzol hosil bo'ldi. Jarayon deyiladi atsetilenning trimerizatsiyasi- uchta molekula asetilen bitta benzolga aylanadi:
3C 2 H 2 → C 6 H 6.
benzolning xossalari
Jismoniy xususiyatlar
Yonish jarayonida ko'p miqdorda kuyik chiqariladi, chunki uglevodorod to'yinmagan (to'yingan uglevodorodlarning standart formulasini qondirish uchun unda 8 ta vodorod atomi yo'q). Past haroratlarda benzol oq kristall massaga aylanadi.
Kimyoviy xossalari
Benzol katalizatorlar - odatda Al(3+) yoki Fe(3+) tuzlari ishtirokida almashtirish reaksiyalariga kiradi:
- Galogenlanish - Br 2 bilan benzolga sifatli reaktsiya:
C 6 H 6 + Br 2 \u003d C 6 H 5 Br + HBr.
- Nitratsiya - nitrat kislota bilan o'zaro ta'sir qilish. Organik kimyoda bu jarayon OH guruhini yo'q qilish bilan birga keladi:
C 6 H 6 + HO-NO 2 → C 6 H 5 NO 2 + H 2 O.
- Katalitik alkillanish benzol gomologlari - alkilbenzollarni ishlab chiqarishga olib keladi:
C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl → C 6 H 5 C 2 H 5 + HCl.
Radikalni o'z ichiga olgan benzol gomologlari benzolning o'zidan farq qiladi. Reaksiyalar har xil va tez-tez yorug'likda boradi:
- halogenlash C 6 H 5 -CH 3 + Br 2 (yorug'likda) = C 6 H 5 -CH 2 Br + HBr;
- nitratsiya - C 6 H 5 -CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3.
Benzolning oksidlanish reaksiyalari juda murakkab va bu moddaga xos emas. Oksidlanish gomologlarga xosdir. Bu erda, masalan, benzoy kislotasini olish reaktsiyasi:
C 6 H 5 CH 3 + [O] → C 6 H 5 COOH.
Moddaning yonish jarayoni barcha organik moddalar uchun standart sxema bo'yicha sodir bo'ladi:
C n H 2n-6 + (3n-3) \ 2 O 2 → nCO 2 + (n-3) H 2 O.
Gidrogenlash reaksiyalari. Reaksiya qiyin, katalizatorlar, bosim, harorat kerak. Benzolning vodorod bilan reaksiyalarida siklogeksan olinadi:
C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.
Va alkilbenzol - metiltsikloheksan bilan reaktsiyalarda, bu erda bitta vodorod atomi -CH 3 radikal guruhi bilan almashtiriladi:
C 6 H 5 CH 3 + 3H 2 → C 6 H 11 -CH 3.
Benzolni qo'llash
Benzol sof shaklda deyarli ishlatilmaydi. U boshqa muhim birikmalarni ishlab chiqarish uchun ishlab chiqariladi, masalan, etilbenzol, undan stirol va polistirol olinadi.
Benzolning sherning ulushi neylon, bo'yoqlar, pestitsidlar va dori-darmonlarni ishlab chiqarishda zarur bo'lgan fenol ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Mashhur dori aspirinni fenol ishtirokisiz olish mumkin emas.
Benzoldan siklogeksan plastmassa va sun'iy tolalar ishlab chiqarish uchun zarur, nitrobenzol kauchuk, bo'yoq va gerbitsidlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan anilin ishlab chiqarishga ketadi.
Benzolning siklik tuzilishini birinchi marta F.A. Kekule 1865 yil
Fridrix Avgust Kekule fon Stradonitz 19-asrning taniqli nemis kimyogari edi. 1854 yilda u oltingugurtni o'z ichiga olgan birinchi organik birikma - tioasetik kislotani (tioetanik kislota) kashf etdi. Bundan tashqari, u diazo birikmalarining tuzilishini o'rnatdi. Biroq, uning kimyo rivojiga eng mashhur hissasi benzolning tuzilishini o'rnatishdir (1866). Kekule benzolning qo'sh bog'lari halqa atrofida almashinishini ko'rsatdi (bu fikr birinchi marta tushida paydo bo'lgan). Keyinchalik u ikkita mumkin bo'lgan qo'sh bog'lanish tartibi bir xil ekanligini va benzol halqasi ikki tuzilma o'rtasidagi gibrid ekanligini ko'rsatdi. Shunday qilib, u 1930-yillarning boshlarida kimyoviy bog'lanish nazariyasida paydo bo'lgan rezonans (mezomerizm) tushunchasini kutgan.
Agar benzol haqiqatan ham shunday tuzilishga ega bo'lsa, uning 1,2-o'rinbosar hosilalari har birida ikkitadan izomerga ega bo'lishi kerak. Masalan,
Biroq, 1,2-almashinmagan benzollarning hech biri ikkita izomerni ajratib ololmaydi.
Shu sababli, Kekule keyinchalik benzol molekulasi bir-biriga tez o'tadigan ikkita tuzilma sifatida mavjudligini taklif qildi:
E'tibor bering, benzol molekulalari va ularning hosilalarining bunday sxematik tasvirlari odatda benzol halqasining uglerod atomlariga biriktirilgan vodorod atomlarini ko'rsatmaydi.
Zamonaviy kimyoda benzol molekulasi ushbu ikkita cheklovchi rezonans shakllarining rezonansli gibridi sifatida qaraladi (2.1-bo'limga qarang). Benzol molekulasining yana bir tavsifi uning molekulyar orbitallarini ko'rib chiqishga asoslangan. soniyada 3.1-bandda -bog'lovchi orbitallarda joylashgan elektronlar benzol halqasining barcha uglerod atomlari orasida delokalizatsiyalanib, -elektron bulutini hosil qilishlari ko'rsatilgan. Ushbu tasvirga muvofiq, benzol molekulasi an'anaviy tarzda quyidagicha tasvirlanishi mumkin:
Eksperimental ma'lumotlar benzolda aynan shunday strukturaning mavjudligini tasdiqlaydi. Agar benzol dastlab Kekule taklif qilgan tuzilishga ega bo'lsa, uchta konjugatsiyalangan qo'sh bog'lar bo'lsa, benzol alkenlar kabi qo'shilish reaktsiyalariga kirishishi kerak edi. Biroq, yuqorida aytib o'tilganidek, benzol qo'shilish reaktsiyalariga kirmaydi. Bundan tashqari, benzol uchta izolyatsiyalangan qo'sh aloqaga ega bo'lganidan ko'ra barqarorroqdir. soniyada 5.3-bandda siklogeksan hosil bo'lishi bilan benzolni gidrogenlash entalpiyasi kattaroq manfiyga ega ekanligi ko'rsatilgan.
18.3-jadval. Turli xil uglerod-uglerod aloqalarining uzunligi
Guruch. 18.6. Benzol molekulasining geometrik tuzilishi.
qiymati siklogeksenning gidrogenlash entalpiyasidan uch baravar yuqori. Ushbu qiymatlar orasidagi farq odatda delokalizatsiya entalpiyasi, rezonans energiyasi yoki benzol stabilizatsiyasi energiyasi deb ataladi.
Benzol halqasidagi barcha uglerod-uglerod bog'lari bir xil uzunlikka ega, bu alkanlardagi C-C bog'larining uzunligidan kichik, lekin alkenlardagi C=C bog'larining uzunligidan uzunroqdir (18.3-jadval). Bu benzoldagi uglerod-uglerod bog'lari bir va qo'sh bog'lar o'rtasidagi gibrid ekanligini tasdiqlaydi.
Benzol molekulasi tekis tuzilishga ega bo'lib, u rasmda ko'rsatilgan. 18.6.
Jismoniy xususiyatlar
Oddiy sharoitda benzol rangsiz suyuqlik bo'lib, 5,5 ° C da muzlaydi va 80 ° S da qaynaydi. U o'ziga xos yoqimli hidga ega, ammo yuqorida aytib o'tilganidek, juda zaharli. Benzol suv bilan aralashmaydi va benzol tizimida suv ikki qatlamning yuqori qismini hosil qiladi. Biroq, u qutbsiz organik erituvchilarda eriydi va o'zi boshqa organik birikmalar uchun yaxshi erituvchi hisoblanadi.
Kimyoviy xossalari
Benzol ma'lum qo'shilish reaktsiyalariga kirsa ham (pastga qarang), ulardagi alkenlarga xos reaktivlikni ko'rsatmaydi. Masalan, bromli suv yoki a-ion eritmalarini rangsizlantirmaydi. Bundan tashqari, benzol
xlorid yoki sulfat kislota kabi kuchli kislotalar bilan qo'shilish reaktsiyalariga kiradi.
Shu bilan birga, benzol bir qator elektrofil almashtirish reaktsiyalarida ishtirok etadi. Aromatik birikmalar bu turdagi reaksiyalar mahsuloti hisoblanadi, chunki bu reaksiyalarda benzolning delokalizatsiyalangan elektron tizimi saqlanib qoladi. Benzol halqasidagi vodorod atomini qandaydir elektrofil bilan almashtirishning umumiy mexanizmi sek. 17.3. Benzolning elektrofil o'rnini bosishiga uning nitrlanish, galogenlash, sulfonlanish va Fridel-Krafts reaksiyalari misol bo'la oladi.
Nitrlash. Benzolni konsentrlangan nitrat va sulfat kislotalar aralashmasi bilan ishlov berish orqali nitratlash (unga guruh kiritish) mumkin:
Nitrobenzol
Ushbu reaktsiyaning shartlari va uning mexanizmi Sec. 17.3.
Nitrobenzol o'ziga xos bodom hidiga ega och sariq suyuqlikdir. Benzolni nitrlash jarayonida nitrobenzoldan tashqari 1,3-dinitrobenzol kristallari ham hosil bo'ladi, bu esa quyidagi reaksiya hosilasi hisoblanadi:
Galogenlash. Agar siz qorong'ida benzolni xlor yoki brom bilan aralashtirsangiz, saraton paydo bo'lmaydi. Biroq, Lyuis kislotalarining xossalariga ega bo'lgan katalizatorlar ishtirokida, bunday aralashmalarda elektrofil almashtirish reaktsiyalari sodir bo'ladi. Bu reaksiyalar uchun tipik katalizatorlar temir (III) bromid va alyuminiy xloriddir. Ushbu katalizatorlarning ta'siri shundan iboratki, ular halogen molekulalarida qutblanish hosil qiladi, keyinchalik ular katalizator bilan kompleks hosil qiladi:
garchi bu holda erkin ionlar hosil bo'lishi haqida to'g'ridan-to'g'ri dalil yo'q. Ion tashuvchisi sifatida temir (III) bromid yordamida benzolni bromlash mexanizmi quyidagicha ifodalanishi mumkin:
Sulfonatsiya. Benzolni konsentrlangan sulfat kislota bilan aralashmasini bir necha soat davomida qayta oqimlash orqali sulfonlash (undagi vodorod atomini sulfoguruh bilan almashtirish) mumkin. Buning o'rniga, benzolni gazlangan sulfat kislota bilan aralashtirib, yumshoq isitish mumkin. Fuming sulfat kislota tarkibida oltingugurt trioksidi mavjud. Ushbu reaksiyaning mexanizmi sxema bilan ifodalanishi mumkin
Fridel-Crafts reaktsiyalari. Fridel-Krafts reaktsiyalari dastlab suvsiz alyuminiy xlorid katalizatori ishtirokida aromatik birikmalar va alkilgalogenidlar o'rtasidagi kondensatsiya reaktsiyalari deb ataladi.
Kondensatsiya reaksiyalarida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning ikki molekulasi (yoki bitta reaktiv) bir-biri bilan birikib, yangi birikma molekulasini hosil qiladi, suv yoki vodorod xlorid kabi oddiy birikmaning molekulasi esa ulardan ajralib chiqadi (yo‘q qiladi).
Hozirgi vaqtda Fridel-Krafts reaktsiyasi aromatik birikmaning har qanday elektrofil o'rnini bosish bo'lib, unda elektrofil rolini karbokation yoki musbat zaryadlangan uglerod atomiga ega yuqori polarizatsiyalangan kompleks o'ynaydi. Elektrofil agent odatda alkil halidi yoki karboksilik kislotaning xlorididir, ammo u, masalan, alken yoki spirt bo'lishi mumkin. Odatda bu reaksiyalar uchun katalizator sifatida suvsiz alyuminiy xlorid ishlatiladi. Fridel-Krafts reaktsiyalari odatda ikki turga bo'linadi: alkillanish va asillanish.
Alkillanish. Bu turdagi Fridel-Krafts reaksiyalarida benzol halqasidagi bir yoki bir nechta vodorod atomlari alkil guruhlari bilan almashtiriladi. Masalan, benzol va xlorometan aralashmasi suvsiz alyuminiy xlorid ishtirokida ehtiyotkorlik bilan qizdirilsa, metilbenzol hosil bo'ladi. Xlorometan bu reaktsiyada elektrofil agent rolini o'ynaydi. U alyuminiy xlorid bilan halogen molekulalarida bo'lgani kabi qutblanadi:
Ko'rib chiqilayotgan reaksiya mexanizmini quyidagicha ifodalash mumkin:
Shuni ta'kidlash kerakki, benzol va xlorometan o'rtasidagi bu kondensatsiya reaktsiyasida vodorod xlorid molekulasi ajralib chiqadi. Bundan tashqari, erkin ion shaklida metall karbokatining haqiqiy mavjudligi shubhali ekanligini ta'kidlaymiz.
Katalizator - suvsiz alyuminiy xlorid ishtirokida benzolning xlorometan bilan alkillanishi metilbenzol hosil bo'lishi bilan tugamaydi. Ushbu reaksiyada benzol halqasining keyingi alkillanishi sodir bo'lib, 1,2-dimetilbenzol hosil bo'lishiga olib keladi:
Asillanish. Bu turdagi Fridel-Krafts reaksiyalarida benzol halqasidagi vodorod atomi asil guruhi bilan almashtiriladi, natijada aromatik keton hosil bo‘ladi.
Asil guruhi umumiy formulaga ega
Asil birikmaning sistematik nomi berilgan atsil birikmasi hosilasi boʻlgan tegishli karboksilik kislota nomidagi -ova qoʻshimchasi va oxirini -(o)il qoʻshimchasi bilan almashtirish orqali hosil boʻladi. Masalan
Benzolni asillash suvsiz alyuminiy xlorid katalizatori ishtirokida karboksilik kislotaning xlorid yoki angidridi yordamida amalga oshiriladi. Masalan
Bu reaktsiya kondensatsiya bo'lib, unda vodorod xlorid molekulasining yo'q qilinishi sodir bo'ladi. Shuni ham yodda tutingki, "fenil" nomi ko'pincha benzol asosiy guruh bo'lmagan birikmalarda benzol halqasini ko'rsatish uchun ishlatiladi:
Qo'shilish reaktsiyalari. Benzol elektrofil almashtirish reaksiyalari uchun eng xarakterli bo'lsa-da, u ba'zi qo'shilish reaktsiyalariga ham kiradi. Biz ulardan biri bilan allaqachon tanishganmiz. Biz benzolning gidrogenatsiyasi haqida gapiramiz (5.3-bo'limga qarang). Benzol va vodorod aralashmasi nozik maydalangan nikel katalizatorining yuzasiga 150-160 ° S haroratda o'tkazilganda, siklogeksan hosil bo'lishi bilan yakunlanadigan reaktsiyalarning butun ketma-ketligi sodir bo'ladi. Ushbu reaksiya uchun umumiy stoxiometrik tenglamani quyidagicha ifodalash mumkin:
Ultraviyole nurlanish yoki to'g'ridan-to'g'ri quyosh nurlari ta'sirida benzol xlor bilan ham reaksiyaga kirishadi. Bu reaksiya murakkab radikal mexanizm orqali amalga oshiriladi. Uning yakuniy mahsuloti 1,2,3,4,5,6-geksaxlorotsiklogeksan:
Xuddi shunday reaktsiya ultrabinafsha nurlanish yoki quyosh nuri ta'sirida benzol va brom o'rtasida sodir bo'ladi.
Oksidlanish. Boshqa aromatik birikmalardagi benzol va benzol halqasi, odatda, hatto kaliy permanganatning kislotali yoki ishqoriy eritmasi kabi kuchli oksidlovchi moddalar bilan ham oksidlanishga chidamli. Biroq, benzol va boshqa aromatik moddalar havoda yoki kislorodda yonib, juda tutunli alanga hosil qiladi, bu nisbiy uglerod miqdori yuqori bo'lgan uglevodorodlar uchun xosdir.
Benzol gomologlari reaktivning tabiatiga ko'ra aromatik yadro va yon zanjir (alkil guruhlari) ishtirokida ikki yo'nalishda reaksiyaga kirishishga qodir.
1. Aromatik yadrodagi reaksiyalar
Alkil guruhining donor ta'siri tufayli S E ArH reaktsiyalari ketadi orto- Va juft- aromatik yadroning pozitsiyalari, benzolga qaraganda sharoitlar yumshoqroq.
a) galogenlanish
b) nitrlash
E'tibor bering, qabul qiluvchi guruhlar soni (-NO 2) ortishi bilan nitrlanish reaksiyalarining harorati qanday ko'tariladi.
c) sulfonlanish
Reaksiya asosan hosil qiladi P-izomer.
d) alkillanish
e) asillanish
2. Yon zanjirli reaksiyalar
Benzol molekulasining alkil qismi uglerod atomi ishtirokida S R reaksiyalariga kiradi. α -pozitsiya (benzil holati).
KMnO 4 /100°C benzolning barcha gomologlarining oksidlanishi benzoik kislota hosil bo'lishiga olib keladi.
siqilgan arenalar
Kondensatsiyalangan arenalar aromatik tizimlardir (n=2 va 3). Kondensatsiyalangan arenlarning aromatiklik darajasi benzolga qaraganda past. Ular benzolga qaraganda yumshoqroq sharoitda sodir bo'ladigan elektrofil almashtirish reaktsiyalari, qo'shilish va oksidlanish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi.
Naftalinning reaktivligi
Naftalin uchun S E ArH reaksiyalari asosan ga muvofiq boradi α -pozitsiya, sulfonatsiyadan tashqari. Ad E ning elektrofil qo'shilishi 1,4 pozitsiyalarda davom etadi, naftalin esa konjugatsiyalangan dienlarning xususiyatlarini namoyish etadi.
1. Elektrofil almashtirish reaktsiyalari,S E ArH
2. Elektrofil qo`shilish, qaytarilish va oksidlanish reaksiyalari.
Antrasen va fenantrenning reaktivligi
Antrasen uchun elektrofil almashtirish, S E ArH va elektrofil qo'shilish, Ad E reaktsiyalari asosan 9 va 10 pozitsiyalarda davom etadi (quyidagi sxemaga qarang).
Elektrofil o'rnini bosish, S E ArH va elektrofil qo'shilish, fenantren uchun Ad E reaktsiyalari asosan antrasen uchun bo'lgani kabi 9 va 10 pozitsiyalarda davom etadi (quyidagi diagrammaga qarang).
Antrasen va fenantrenning oksidlanish va qaytarilish reaksiyalari.
Naftalin asosidagi ayrim dori vositalarining tuzilishi, antrasen va fenantren
Naftizin(nafazolin, sanorin)
vazokonstriktor ta'siri(rinit, sinusitni davolash)
(ota-ona tuzilishi sarlavhada chizilgan, raqamlashga e'tibor bering)
Naftifin
antifungal harakat (dermatitni davolash)
Nabumeton
yallig'lanishga qarshi, antipiretik, analjezik ta'sir(osteoartrit, revmatoid artritni davolash).
Nadolol
(sis atamasi, bu holda, gidroksil guruhlarining o'zaro joylashishini bildiradi)
gipotenziv(qon bosimini pasaytiradi) va antiaritmik harakat
Morfin, kodein
"ARENA" bo'limi uchun xavfsizlik savollari
1. Benzolni qanday xossalari bilan boshqa to`yinmagan birikmalar - alkenlar, alkinlardan ajratib turadi? "Aromatik birikma" atamasi nimani anglatadi?
2. Birikmalarning tuzilish formulalarini yozing: a) etilbenzol; b) 1,3-dimetilbenzol ( m -ksilen); v) 1,3,5-trimetilbenzol (mezitilen); d) izopropilbenzol (kumen); e) 3-fenilpentan; f) vinilbenzol (stirol); g) fenilatsetilen; h) trans -difeniletilen ( trans -stilben).
3. Aromatiklikni namoyon qiluvchi birikmalarning tuzilish xususiyatlarini aytib bering. Shtat Gyukkel hukmronligi. Quyidagi birikmalardan qaysi biri aromatikdir?
4. Belgilangan sharoitda siklogeksen va benzolning quyidagi reaktivlarga nisbatini solishtiring. : a) Br 2 (H 2 O.20 C); b) KMnO 4 (H 2 Oh, 0 C); c) H 2 SO 4 (konk.), 20 C; d) H 2 (Pd, 30 C); oldin 3 , keyin H 2 O(Zn); e) HBr.
5. Benzolning quyidagi reagentlar bilan reaksiyalarida hosil bo‘lgan bir o‘rnini bosuvchi benzolning tuzilish formulalarini yozing: a) H 2 SO 4 (konk.); b) HNO 3 ; H 2 SO 4 (konk.); c) Br 2 /fe; d) Cl 2 /AlCl 3 ; e) CH 3 Br/AlBr 3 ; e) CH 3 COCl/AlCl 3 . Reaksiyalarni va ularning hosilalarini ayting. Har bir alohida holatda qaysi elektrofil benzol bilan reaksiyaga kirishishini ko'rsating.
6. Benzolning elektrofil reaktiv bilan o'zaro ta'sirining umumiy sxemasini keltiring ( E + ). Oraliq komplekslarni nomlang. Qaysi bosqich odatda reaksiya tezligini aniqlaydi? Ko'rib chiqilayotgan reaksiyaning potensial energiyasining o'zgarishi grafigini keltiring.
7. Quyidagi tushunchalarni aniqlang: a) o'tish holati; b) oraliq aloqa; c) -kompleks; d) -kompleks. Ulardan qaysi biri bir xil? Bu tushunchalarni katalizator ishtirokida benzolning bromlanishi misolida tasvirlab bering. Fevral 3 .
8. Eten va benzolning brom bilan reaksiyalari misolidan foydalanib, alkenlarda elektrofil qo`shilish mexanizmini aromatik qatordagi elektrofil o`rin almashish mexanizmi bilan solishtiring. Farq qaysi bosqichda kuzatiladi va nima uchun?
9. Induktiv va mezomer effektlardan foydalanib, ko‘rsatilgan birikmalardagi o‘rinbosarning benzol halqasi bilan o‘zaro ta’sirini tasvirlab bering:
Elektron beruvchi (ED) va elektron tortib oluvchi (EA) o'rinbosarlariga e'tibor bering.
10. Quyidagi birikmalarning mononitrlanish sxemalarini yozing: a) fenol; b) benzolsulfonik kislotalar; c) izopropilbenzol; d) xlorbenzol. Qaysi birikma uchun nisbiy almashtirish darajasi eng yuqori bo'lishi kerak va nima uchun?
11. Birikmalarni monosulfonlashda qanday mahsulotlarning hosil bo'lishini kutish kerak: a) toluol; b) nitrobenzol; c) benzoy kislotasi; d) bromobenzol? Qaysi birikmani eng oson sulfonlash kerak? Nega?
12. Quyidagi birikmalarni benzol halqasiga bromlanganda reaksiyaga kirishish qobiliyatining oshishiga qarab ketma-ket joylashtiring: a) benzol; b) fenol; c) benzaldegid; d) etilbenzol. Tushuntirishlar bering.
13. Quyidagi uglevodorodlarni ayting:
14. Benzolning quyidagi reaktivlar bilan reaksiyalarini yozing : a) Cl 2 (Fe); b) 3Cl 2 (yorug'lik); c) HNO 3 (H 2 SO 4 ); d) Oh 2 (havo) (V 2 HAQIDA 5 , 450 C); e) 3O 3 , keyin H 2 O(Zn); f) H 2 SO 4 (oleum); g) 3H 2 (Ni, 200 c,p ). Benzolda qo'shilish reaksiyalarining o'ziga xos xususiyati nimada?
15. Toluolning ko‘rsatilgan reaktivlar bilan reaksiyalarini yozing : a) 3H 2 (Ni, 200 C, 9806,7 kPa); b) KMnO 4 V H 2 HAQIDA; c*) Sl 2 , yorug'lik; d*) Cl 2 (Fe); e*) CH 3 Cl (AlCl 3 ); e*) CH 3 COCl(AlCl 3 ); g) HNO 3 (H 2 SO 4 ). Yulduzcha bilan belgilangan reaksiyalar uchun mexanizmlarni ayting.
16. Belgilangan sharoitda etilbenzolni nitrlash reaksiyalarini yozing: a) 65% HNO 3 + H 2 SO 4 (konk.); b) 10% HNO 3 , isitish, bosim. Mexanizmlarni keltiring.
17. Izopropilbenzolning bromga nisbatini solishtiring: a) ishtirokida AlBr 3 ; b) yoritilgan va qizdirilganda. Reaksiyalarni va ularning mexanizmlarini keltiring.
18. Etilbenzoldan qanday birikmalar hosil bo'ladi va P -ko'rsatilgan oksidlovchi moddalar ta'sirida ksilen: a) Oh 3 , keyin H 2 O(Zn); b) KMnO 4 H.da 2 HAQIDA,t ; VC 2 Cr 2 O 7 H.da 2 SO 4 , t ?
19. Quyidagi juft birikmalarni qanday reaksiyalar yordamida ajratish mumkin: a) etilbenzol va m - ksilen; b) etilbenzol va stirol; v) stirol va fenilatsetilen; G) O - Va P -ksilenlar?
20. Qaysi birikmalar quyidagi reaksiyalarning hosilasi hisoblanadi?
21. Benzol va har qanday boshqa reaktivlar asosida quyidagi birikmalarni oling: a) P -tert -butiltoluol; b) etil- P - tolil keton; c) alilbenzol; G) P - bromobenzoy kislotasi.
22. Quyidagi reaksiyalarda hosil bo‘ladigan asosiy birikmalarni ayting:
TA’RIF
Benzol(siklogeksatrien - 1,3,5) - organik modda, bir qator aromatik uglevodorodlarning eng oddiy vakili.
Formula - C 6 H 6 (tuzilish formulasi - 1-rasm). Molekulyar og'irligi - 78, 11.
Guruch. 1. Benzolning strukturaviy va fazoviy formulalari.
Benzol molekulasidagi barcha oltita uglerod atomi sp 2 gibrid holatidadir. Har bir uglerod atomi boshqa ikkita uglerod atomi va bitta tekislikda joylashgan bitta vodorod atomi bilan 3s bog' hosil qiladi. Oltita uglerod atomi muntazam olti burchakli (benzol molekulasining s-skeleti) hosil qiladi. Har bir uglerod atomida bitta gibridlanmagan p-orbital mavjud bo'lib, unda bitta elektron mavjud. Oltita p-elektron bitta p-elektron bulutini (aromatik tizim) hosil qiladi, u olti a'zoli tsikl ichidagi doira shaklida tasvirlangan. Benzoldan olingan uglevodorod radikali C 6 H 5 - - fenil (Ph-) deb ataladi.
Benzolning kimyoviy xossalari
Benzol elektrofil mexanizmga muvofiq sodir bo'ladigan almashtirish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi:
- galogenlanish (benzol katalizatorlar ishtirokida xlor va brom bilan o'zaro ta'sir qiladi - suvsiz AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)
C 6 H 6 + Cl 2 \u003d C 6 H 5 -Cl + HCl;
- nitrlash (benzol nitratlovchi aralashma bilan oson reaksiyaga kirishadi - konsentrlangan nitrat va sulfat kislotalar aralashmasi)
- alkenlar bilan alkillanish
C 6 H 6 + CH 2 \u003d CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH (CH 3) 2;
Benzolga qo'shilish reaktsiyalari aromatik tizimning yo'q qilinishiga olib keladi va faqat og'ir sharoitlarda davom etadi:
- gidrogenlash (reaksiya qizdirilganda davom etadi, katalizator Pt dir)
- xlor qo'shilishi (UV nurlanishi ta'sirida qattiq mahsulot - geksaxlorotsiklogeksan (geksaxloran) - C 6 H 6 Cl 6 hosil bo'lishi bilan yuzaga keladi)
Har qanday organik birikma singari, benzol ham reaktsiya mahsuloti sifatida karbonat angidrid va suv hosil bo'lishi bilan yonish reaktsiyasiga kiradi (u tutunli olov bilan yonadi):
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.
Benzolning fizik xossalari
Benzol rangsiz suyuqlikdir, lekin o'ziga xos o'tkir hidga ega. Suv bilan azeotrop aralashma hosil qiladi, efirlar, benzin va turli organik erituvchilar bilan yaxshi aralashadi. Qaynash harorati - 80,1C, erish nuqtasi - 5,5C. Toksik, kanserogen (ya'ni saraton rivojlanishiga hissa qo'shadi).
Benzolni olish va ishlatish
Benzolni olishning asosiy usullari:
— geksanning degidrotsikllanishi (katalizatorlar - Pt, Cr 3 O 2)
CH 3 -(CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2;
- siklogeksanning gidrogenatsiyasi (reaksiya qizdirilganda davom etadi, katalizator Pt dir)
C 6 H 12 → C 6 H 6 + 4H 2;
- asetilenning trimerizatsiyasi (reaksiya 600C ga qizdirilganda davom etadi, katalizator faol ugleroddir)
3HC≡CH → C 6 H 6.
Benzol gomologlar (etilbenzol, kumen), siklogeksan, nitrobenzol, xlorbenzol va boshqa moddalarni olish uchun xom ashyo sifatida xizmat qiladi. Ilgari, benzinning oktan sonini oshirish uchun benzinga qo'shimcha sifatida benzin ishlatilgan bo'lsa, endi uning yuqori toksikligi tufayli yoqilg'i tarkibidagi benzolning tarkibi qat'iy tartibga solinadi. Ba'zida benzol erituvchi sifatida ishlatiladi.
Muammoni hal qilishga misollar
MISOL 1
| Mashq qilish | Quyidagi o'zgarishlarni amalga oshirishingiz mumkin bo'lgan tenglamalarni yozing: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl. |
| Yechim | Metandan asetilen olish uchun quyidagi reaksiyadan foydalaniladi: 2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2 (t = 1400C). Asetilendan benzolni olish asetilenning trimerizatsiya reaktsiyasi orqali mumkin, bu qizdirilganda (t = 600C) va faol uglerod ishtirokida sodir bo'ladi: 3C 2 H 2 → C 6 H 6. Mahsulot sifatida xlorbenzolni olish uchun benzolni xlorlash reaksiyasi temir (III) xlorid ishtirokida amalga oshiriladi: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl. |
2-MISA
| Mashq qilish | 39 g benzolga temir (III) xlorid ishtirokida 1 mol bromli suv qo'shildi. Bu moddaning qancha miqdori va qancha gramm qanday mahsulotlarga olib keldi? |
| Yechim | Temir (III) xlorid ishtirokida benzolning bromlanishi reaksiyasi tenglamasini yozamiz: C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Reaksiya mahsulotlari bromobenzol va vodorod bromiddir. D.I kimyoviy elementlar jadvali yordamida hisoblangan benzolning molyar massasi. Mendeleyev - 78 g/mol. Benzol moddasining miqdorini toping: n (C 6 H 6) = m (C 6 H 6) / M (C 6 H 6); n (C 6 H 6) = 39/78 = 0,5 mol. Masala shartiga ko'ra, benzol 1 mol brom bilan reaksiyaga kirishdi. Binobarin, benzol yetishmaydi va benzol uchun keyingi hisob-kitoblar amalga oshiriladi. Reaksiya tenglamasiga ko'ra n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) \u003d 1: 1: 1, shuning uchun n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5) Br) \u003d: n(HBr) = 0,5 mol. Keyin bromobenzol va vodorod bromidning massalari teng bo'ladi: m (C 6 H 5 Br) = n (C 6 H 5 Br) × M (C 6 H 5 Br); m(HBr) = n(HBr)×M(HBr). D.I. kimyoviy elementlar jadvali yordamida hisoblangan bromobenzol va vodorod bromidning molyar massalari. Mendeleyev - mos ravishda 157 va 81 g / mol. m (C 6 H 5 Br) = 0,5 × 157 = 78,5 g; m (HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 g. |
| Javob | Reaksiya mahsulotlari bromobenzol va vodorod bromiddir. Bromobenzol va vodorod bromidning massalari mos ravishda 78,5 va 40,5 g. |
Jismoniy xususiyatlar
Benzol va uning eng yaqin gomologlari o'ziga xos hidli rangsiz suyuqliklardir. Aromatik uglevodorodlar suvdan engilroq va unda erimaydi, lekin ular organik erituvchilarda - spirt, efir, asetonda oson eriydi.
Benzol va uning gomologlari ko'plab organik moddalar uchun yaxshi erituvchilardir. Barcha arenalar molekulalarida yuqori uglerod miqdori tufayli tutunli alanga bilan yonadi.
Ba'zi arenalarning fizik xususiyatlari jadvalda keltirilgan.
Jadval. Ba'zi arenalarning fizik xususiyatlari
|
Ism |
Formula |
t°.pl., |
t°.bp., |
|
Benzol |
C 6 H 6 |
5,5 |
80,1 |
|
Toluol (metilbenzol) |
C 6 H 5 CH 3 |
95,0 |
110,6 |
|
Etilbenzol |
C 6 H 5 C 2 H 5 |
95,0 |
136,2 |
|
Ksilen (dimetilbenzol) |
C 6 H 4 (CH 3) 2 |
||
|
orto- |
25,18 |
144,41 |
|
|
meta- |
47,87 |
139,10 |
|
|
juft- |
13,26 |
138,35 |
|
|
Propilbenzol |
C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3 |
99,0 |
159,20 |
|
Kumen (izopropilbenzol) |
C 6 H 5 CH(CH 3) 2 |
96,0 |
152,39 |
|
Stirol (vinilbenzol) |
C 6 H 5 CH \u003d CH 2 |
30,6 |
145,2 |
Benzol - past qaynatish ( tkip= 80,1 ° C), rangsiz suyuqlik, suvda erimaydi
Diqqat! Benzol - zahar, buyraklarga ta'sir qiladi, qon formulasini o'zgartiradi (uzoq vaqt davomida ta'sir qilish bilan), xromosomalarning tuzilishini buzishi mumkin.
Aksariyat aromatik uglevodorodlar hayot uchun xavfli va zaharli hisoblanadi.
Arenlarni olish (benzol va uning gomologlari)
Laboratoriyada
1. Benzoik kislota tuzlarining qattiq ishqorlar bilan birlashishi
C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3
natriy benzoat
2. Wurtz-Fitting reaktsiyasi: (bu erda G halogen)
6 danH 5 -G+2Na + R-G →C 6 H 5 - R + 2 NaG
BILAN 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl
Sanoatda
- fraksiyonel distillash, isloh qilish yo'li bilan neft va ko'mirdan ajratilgan;
- ko'mir smolasidan va koks gazidan
1. Alkanlarning degidrotsikllanishi 6 dan ortiq uglerod atomiga ega:
C 6 H 14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2
2. Asetilenning trimerizatsiyasi(faqat benzol uchun) - R. Zelinskiy:
3C 2 H2 600°C, Qonun. ko'mir→C 6 H 6
3. Dehidrogenatsiya siklogeksan va uning gomologlari:
Sovet akademigi Nikolay Dmitrievich Zelinskiy benzol siklogeksandan (sikloalkanlarning degidrogenatsiyasi) hosil bo'lishini aniqladi.
C 6 H 12 t, mushuk→C 6 H 6 + 3H 2
C 6 H 11 -CH 3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2
metiltsiklogeksanetolun
4. Benzolning alkillanishi(benzolning gomologlarini olish) – r Fridel-Crafts.
C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl
xloroetan etilbenzol
Arenalarning kimyoviy xossalari
I. OKSIDALANISH REAKSIYALARI
1. Yonish (tutunli alanga):
2C 6 H 6 + 15O 2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q
2. Benzol normal sharoitda bromli suv va kaliy permanganatning suvdagi eritmasini rangsizlantirmaydi.
3. Benzol gomologlari kaliy permanganat bilan oksidlanadi (kaliy permanganat rangi o‘zgaradi):
A) kislotali muhitda benzoy kislotaga
Kaliy permanganat va boshqa kuchli oksidlovchilarning benzol gomologlariga ta'sirida yon zanjirlar oksidlanadi. O'rinbosar zanjiri qanchalik murakkab bo'lmasin, u vayron bo'ladi, karboksil guruhiga oksidlangan a -uglerod atomi bundan mustasno.
Bir yon zanjirli benzolning gomologlari benzoy kislotasini beradi:
Ikki yon zanjirni o'z ichiga olgan gomologlar ikki asosli kislotalarni beradi:
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
Soddalashtirilgan :
C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O
B) benzoy kislotaning neytral va ozgina ishqoriy tuzlarida
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O
II. QO'SHIMCHA REAKSIYALARI (alkenlardan qattiqroq)
1. Galogenlash
C 6 H 6 + 3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (geksaxlorotsiklogeksan - geksaxloran)
2. Gidrogenlash
C 6 H 6 + 3H 2 t , PtyokiNi→C 6 H 12 (sikloheksan)
3. Polimerlanish
III. ALDIRISH REAKSIYALARI - ion mexanizmi (alkanlardan engilroq)
b) nurlanish yoki qizdirishda benzol gomologlari
Kimyoviy xossalari bo'yicha alkil radikallari alkanlarga o'xshaydi. Ulardagi vodorod atomlari erkin radikal mexanizm bilan galogenlar bilan almashtiriladi. Shuning uchun katalizator bo'lmasa, isitish yoki UV nurlanishi yon zanjirda radikal almashtirish reaktsiyasiga olib keladi. Benzol halqasining alkil o'rnini bosuvchi moddalarga ta'siri bunga olib keladi vodorod atomi doimo benzol halqasi (a-uglerod atomi) bilan bevosita bog'langan uglerod atomida almashtiriladi.
1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl
v) katalizator ishtirokida benzol gomologlari
C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (orta aralashmasi, juft hosilalar) +HCl
2. Nitrlash (azot kislotasi bilan)
C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
nitrobenzol - hid bodom!
C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ BILAN H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O2,4,6-trinitrotoluol (tol, trotil)
Benzol va uning gomologlaridan foydalanish
Benzol C 6 H 6 yaxshi erituvchi hisoblanadi. Benzol qo'shimcha sifatida motor yoqilg'isi sifatini yaxshilaydi. U ko'plab aromatik organik birikmalar - nitrobenzol C 6 H 5 NO 2 (eritma, anilin olinadi), xlorbenzol C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, stirol va boshqalarni olish uchun xom ashyo bo'lib xizmat qiladi.
Toluol C 6 H 5 -CH 3 - bo'yoqlar, dorilar va portlovchi moddalar (trotil (tol) yoki 2,4,6-trinitrotoluen TNT) ishlab chiqarishda ishlatiladigan hal qiluvchi.
Ksilol C 6 H 4 (CH 3) 2. Texnik ksilen uchta izomerning aralashmasidir ( orto-, meta- Va juft-ksilenlar) - ko'plab organik birikmalarni sintez qilish uchun erituvchi va boshlang'ich mahsulot sifatida ishlatiladi.
Izopropilbenzol C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 fenol va aseton olish uchun xizmat qiladi.
Benzolning xlor hosilalari o'simliklarni himoya qilish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, benzoldagi H atomlarini xlor atomlari bilan almashtirish mahsuloti geksaxlorbenzol C 6 Cl 6 - fungitsid; bug'doy va javdarni qattiq dog'ga qarshi quritish uchun ishlatiladi. Benzolga xlor qo'shilishi mahsuloti geksaxlorotsiklogeksan (geksaxloran) C 6 H 6 Cl 6 - insektitsid; u zararli hasharotlarga qarshi kurashda ishlatiladi. Bu moddalar pestitsidlarga - mikroorganizmlar, o'simliklar va hayvonlarga qarshi kurashuvchi kimyoviy vositalarga tegishli.
Stirol C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 juda oson polimerlanadi, polistirol hosil qiladi va butadien - stirol-butadien kauchuklari bilan kopolimerlanadi.
VIDEO Tajribalar
