Физические и химические свойства бензола

Физические и химические свойства бензола Кислород
Содержание
  1. Реакции присоединения
  2. 2. Нитрование
  3. 3. Алкилирование ароматических углеводородов
  4. 4. Сульфирование ароматических углеводородов
  5. Реакции замещения
  6. 1. Полное окисление – горение
  7. Ориентирующее действие заместителей в бензольном кольце
  8. Особенности свойств стирола
  9. I. реакции замещения
  10. Ii. реакции присоединения
  11. Iii. реакции окисления
  12. Iii.реакции окисления
  13. Арены ряда бензола (моноциклические арены)
  14. Замещение в алкилбензолах
  15. Замещение в боковой цепи
  16. Изомерия и номенклатура гомологов бензола
  17. Окисление бензола
  18. Получение
  19. Получение бензола
  20. Получение и применение ароматических соединений
  21. Получение толуола:
  22. Применение бензола
  23. Реакции замещения в бензольном кольце
  24. Решение расчетных задач
  25. Углеводороды в природе и переработка нефти
  26. Физические свойства бензола
  27. Характеристики и физические свойства бензола
  28. Химические свойства гомологов бензола — алкилбензолов
  29. Электронное строение молекулы бензола

Реакции присоединения

Бензол присоединяет хлор на свету и водород при нагревании в присутствии катализатора.

2. Нитрование

 Бензол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты (нитрующая смесь).

При этом образуется нитробензол:

Серная кислота способствует образованию электрофила NO2 :

Толуол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты.

В продуктах реакции мы указываем либо о-нитротолуол:

либо п-нитротолуол:

Нитрование толуола может протекать и с замещением трех атомов водорода. При этом образуется 2,4,6-тринитротолуол (тротил, тол):

3. Алкилирование ароматических углеводородов

  • Арены взаимодействуют с галогеналканами в присутствии катализаторов (AlCl3, FeBr3 и др.) с образованием гомологов бензола.
Например, бензол реагирует с хлорэтаном с образованием этилбензола
  • Ароматические углеводороды взаимодействуют с алкенами в присутствии хлорида алюминия, бромида железа (III), фосфорной кислоты и др.
Например, бензол реагирует с этиленом с образованием этилбензола
Например, бензол реагирует с пропиленом с образованием изопропилбензола (кумола)
  • Алкилирование спиртами протекает в присутствии концентрированной серной кислоты.
Например, бензол реагирует с этанолом с образованием этилбензола и воды

4. Сульфирование ароматических углеводородов

Бензол реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой или раствором SO3 в серной кислоте (олеум) с образованием бензолсульфокислоты:

Реакции замещения

Реакции замещения у ароматических углеводородов протекают по ионному механизму (электрофильное замещение). При этом атом водорода замещается на другую группу (галоген, нитро, алкил и др.).

1. Полное окисление – горение

При горении бензола и его гомологов образуются углекислый газ и вода. Реакция горения аренов сопровождается выделением большого количества теплоты.

2C6H6 15O2  → 12CO2 6H2O Q

Уравнение сгорания аренов в общем виде:

 CnH2n–6 (3n – 3)/2 O2 → nCO2 (n – 3)H2O Q

При горении ароматических углеводородов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Бензол и его гомологи горят на воздухе коптящим пламенем. Бензол и его гомологи образуют с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси.

Ориентирующее действие заместителей в бензольном кольце

Если в бензольном кольце имеются заместители, не только алкильные, но и содержащие другие атомы (гидроксил, аминогруппа, нитрогруппа и т.п.), то реакции замещения атомов водорода в ароматической системе протекают строго определенным образом, в соответствии с характером влияния заместителя на ароматическую π-систему.

Заместители подразделяют на две группы в зависимости от их влияния на электронную плотность ароматической системы: электронодонорные (первого рода) и электроноакцепторные (второго рода).

Типы заместителей в бензольном кольце

Заместители первого родаЗаместители второго рода
Дальнейшее замещение происходит  преимущественно в орто— и пара-положениеДальнейшее замещение происходит преимущественно в мета-положение
Электронодонорные, повышают электронную плотность в бензольном кольцеЭлектроноакцепторные,  снижают электронную плотность в сопряженной системе.
  • алкильные заместители: СН3 –, С2Н5 и др.;
  • гидроксил, амин: –ОН , –NН2;
  • галогены: –Cl, –Br
  • нитро-группа:– NO2, – SO3Н;
  • карбонил – СНО;
  • карбоксил: – СООН, нитрил: – СN;
  • – CF3 
Например, толуол реагирует с хлором в присутствии катализатора с образованием смеси продуктов, в которой преимущественно содержатся орто-хлортолуол и пара-хлортолуол. Метильный радикал — заместитель первого рода.

В уравнении реакции в качестве продукта записывается либо орто-толуол, либо пара-толуол.

Например, при бромировании нитробензола в присутствии катализатора  преимущественно образуется мета-хлортолуол. Нитро-группа — заместитель второго рода

Особенности свойств стирола

Стирол (винилбензол, фенилэтилен) – это производное бензола, которое имеет в своем составе двойную связь в боковом заместителе.

Общая формула гомологического ряда стирола: CnH2n-8.

Молекула стирола содержит заместитель с кратной связью у бензольного кольца, поэтому стирол проявляет все свойства, характерные для алкенов – вступает в реакции присоединения, окисления, полимеризации.

Стирол присоединяет водород, кислород, галогены, галогеноводороды и воду в соответствии с правилом Марковникова.

Например, при гидратации стирола образуется спирт:
Стирол присоединяет бром при обычных условиях, то есть обесцвечивает бромную воду

При полимеризации стирола образуется полистирол:

Как и алкены, стирол окисляется водным раствором перманганата калия при обычных условиях. Обесцвечивание водного раствора перманганата калия — качественная реакция на стирол:

При жестком окислении стирола перманганатом калия в кислой среде (серная кислота) разрывается двойная связь и образуется бензойная кислота и углекислый газ:

При окислении стирола перманганатом калия в нейтральной среде при нагревании также разрывается двойная связь и образуется соль бензойной кислоты и карбонат:

I. реакции замещения

1.Реакции с участием бензольного кольца

Метилбензол вступает во все реакции замещения, в которых участвует бензол, и проявляет при этом более высокую реакционную способность, реакции протекают с большей скоростью.

Метильный радикал, содержащийся в молекуле толуола, является заместителем рода, поэтому в результате реакций замещения в бензольном ядре получаются орто- и пара-производные толуола или при избытке реагента — трипроизводные общей формулы:

а) галогенирование

При избытке галогена можно получить ди- и три- замещенные производные в соответствии с правилами ориентации:

б) нитрование

в) сульфирование

г) алкилирование

2. Реакции с участием боковой цепи

Метильная группа в метилбензоле может вступать в реакции, характерные для алканов:

При дальнейшем хлорировании можно получить дихлорметилбензол и трихлорметилбензол:

Ii. реакции присоединения

1.Гидрирование

2.Присоединение хлора

Iii. реакции окисления

1. Горение

2С6Н6 15О2 → 12СО2 6Н2О

2. Неполное окисление (KMnO4 или K2Cr2O7 в кислой среде). Бензольное кольцо устойчиво к действию окислителей. Реакция не происходит.

Iii.реакции окисления

1.ГорениеC6H5CH3 9O2 → 7CO2 4H2O

2. Неполное окисление

В отличие от бензола его гомологи окисляются некоторыми окислителями; при этом окислению подвергается боковая цепь, в случае толуола – метильная группа. Мягкие окислители типа MnO2 окисляют его до альдегидной группы, более сильные окислители (KMnO4) вызывают дальнейшее окисление до кислоты:Ароматические УВ. БензолЛюбой гомолог бензола с одной боковой цепью окисляется сильным окислителем типа KMnO4 в бензойную кислоту, т.е. происходит разрыв боковой цепи с окислением отщепившейся части ее до СО2; например:Ароматические УВ. БензолЛюбой гомолог бензола с одной боковой цепью окисляется сильным окислителем типа KMnO4 в бензойную кислоту, т.е. происходит разрыв боковой цепи с окислением отщепившейся части ее до СО2; например:Физические и химические свойства бензола

При наличии нескольких боковых цепей каждая из них окисляется до карбоксильной группы и в результате образуются многоосновные кислоты, например:

Арены ряда бензола (моноциклические арены)

Общая формула: CnH2n-6, n≥6

Простейшим представителем ароматических УВ является бензол, его эмпирическая формула С6Н6.

Замещение в алкилбензолах

Гомологи бензола (алкилбензолы) С6Н5–R более активно вступают в реакции замещения по сравнению с бензолом.

Замещение в боковой цепи

Галогенирование по α-атому углерода в боковой цепи

Реакция идет при нагревании или облучении и всегда по α-углероду. При продолжении галогенирования второй атом галогена снова встанет в α-положение.

Изомерия и номенклатура гомологов бензола

Любой гомолог бензола имеет боковую цепь, т.е. алкильные радикалы, связанные с бензольным ядром. Первый гомолог бензола представляет собой бензольное ядро, связанное с метильным радикалом:Ароматические УВ. Бензол

Толуол не имеет изомеров, поскольку все положения в бензольном ядре равноценны.

Для последующих гомологов бензола возможен один вид изомерии – изомерия боковой цепи, которая может быть двух видов:

1) изомерия числа и строения заместителей;

2) изомерия положения заместителей.

Окисление бензола

Бензол не реагирует с раствором перманганата калия или других окислителей, разрыв кольца происходит лишь в жестких условиях.

Бензол горит на воздухе с образованием коптящего пламени:

Все атомы молекулы бензола лежат в одной плоскости, и длины всех Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Характерными свойствами бензола являются реакции замещения. В жестких условиях бензол может подвергаться реакциям присоединения.

Получение

Основные способы получения бензола и его гомологов:

— дегидроциклизация алканов (катализаторы – Pt, Cr3O2)

— дегидрирование циклоалканов (реакция протекает при нагревании, катализатор – Pt)

— тримеризация ацетилена (реакция протекает при нагревании до 600^{circ}

3HC≡CH → C6H6

— алкилирование бензолов (реакция Фриделя-Крафтса) (катализатор – хлорид алюминия или ортофосфорная кислота)

Получение бензола

В промышленности:

1) переработка нефти и угля;

2) дегидрирование циклогексана:

3) дегидроциклизация (ароматизация) гексана:

4) тримеризация ацетилена:

В лаборатории:

Сплавление солей бензойной кислоты со щелочами:

Получение и применение ароматических соединений

Получение в промышленности:

Самый первый способ получения бензола в промышленности основан на перегонке каменноугольной смолы, образующейся при коксовании угля.

Бензол и его гомологи в основном получают при термических и каталитических превращениях (ароматизации) некоторых продуктов перегонки нефти. Упрощенная схема получения бензола из гексана:
Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры
Из гомологов бензола наиболее известны метилбензол (толуол) и этилбензол. Этилбензол используют главным образом для получения стирола, который в результате радикальной полимеризации превращают в полистирол:

Полистирол идет на производство игрушек, предметов домашнего обихода и перерабатывается в пенополистирол, который применяют как упаковочный и термоизоляционный материал.

Многочисленные производные бензола широко используются в качестве растворителей и полупродуктов для различных отраслей химической промышленности. Основные превращения бензола и его производных показаны на рисунке 39.

Взаимные превращения представителей различных классов углеводородов: 

На рисунке 39 даны превращения органических соединений в пределах одного класса — ароматических соединений. Возможность таких превращений основана на знании химических свойств органических соединений и необходима химикам для того, чтобы синтезировать нужные вещества.
Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Рассматривая химические свойства углеводородов, вы уже неоднократно убеждались, что вещества одних классов можно получать из веществ других классов.

Например, бензол можно получить пропусканием ацетилена через нагретый активированный уголь:

При высокой температуре и в присутствии никелевого катализатора бензол химическим количеством 1 моль может присоединять водород химическим количеством 3 моль с образованием циклогексана:

Наиболее доступным и дешевым сырьем являются алканы и арены, так как их получают при переработке нефти. Представителей других классов углеводородов синтезируют промышленной переработкой алканов и аренов.

Все превращения углеводородов, показанные в таблице 19, основаны на реакциях гидрирования-дегидрирования и циклизации. Эти схемы иллюстрируют реакции, происходящие в промышленных органических синтезах, осуществляемых на основе переработки нефти.

Ароматические соединения получают при термической и каталитической ароматизации некоторых продуктов перегонки нефти.

Ароматические соединения широко применяются в качестве исходных веществ для получения пластмасс, волокон, красителей, взрывчатых веществ и других продуктов, а также как растворители.

Получение толуола:

В промышленности:

1) переработка нефти и угля;

2) дегидрирование метилциклогексана:

3) дегидроциклизация гептана:

В лаборатории:

1) алкилирование по Фриделю-Крафтсу;

2) реакция Вюрца-Фиттига (взаимодействие натрия со смесью галогенбензола и галогеналкана):

Применение бензола

Бензол широко используется в промышленной органической химии. Практически все соединения, имеющие в своем составе бензольные кольца, получаются из бензола, например, стирол, фенол, анилин, галогензамещенные арены. Бензол используется для синтеза красителей, поверхностно-активных веществ, фармацевтических препаратов.

Реакции замещения в бензольном кольце

1. Галогенирование

Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в присутствии катализаторов AlCl3, FeCl3 (с хлором), AlBr3, Fe Br3 (с бромом) при нагревании. Так, при взаимодействии бензола с бромом атом водорода замещается атомом брома.

Важно! Реакция происходит с молекулярным бромом, а не с бромной водой. С бромной водой бензол не реагирует. Бензол не обесцвечивает бромную воду!

Видеоопыт «Бромирование бензола»

Хлорирование бензола

Катализатор поляризует молекулу галогена, в результате чего происходит гетеролитический разрыв связи и получаются ионы. Положительно заряженный ион хлора вступает в реакцию с бензолом.

2. Нитрование

Если на бензол действовать смесью концентрированных азотной и серной кислот (нитрующей смесью), то атом водорода замещается на нитрогруппу. Реакция проводится при нагревании.

Образуется тяжелая желтоватая жидкость с запахом горького миндаля — нитробензол, поэтому данная реакция может быть качественной на бензол.

Нитрование бензола (механизм)

Видеоопыт «Нитрование бензола»

3. Алкилирование галогеналканами 

Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу (алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов  (реакция Фриделя-Крафтса) или алкенов в присутствии катализаторов AlBr3, FeBr3, AlCl3, FeCl3 (кислот Льюиса) при нагревании.

Реакция Фриделя-Крафтса

Эта реакция позволяет ввести углеводородный радикал в бензольное кольцо и может считаться способом получения гомологов бензола.

Алкилирование бензола алкенами

4. Сульфирование

Реакция легко проходит под действием «дымящей» серной кислоты (олеума).

Решение расчетных задач

Рассмотрим примеры решения задач на определение молекулярной формулы углеводородов.

Пример 1.

Определите молекулярную формулу алкана, относительная молекулярная масса которого равна 58, и назовите его.

Решение

1. Общая формула алканов Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Пример 2.

Определите молекулярную формулу алкана, массовая доля углерода в котором равна 0,833.

Решение

1. Общие формулы, используемые при решении задачи:

Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры
2. Следовательно, Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Пример 3.

Определите молекулярную формулу газообразного алкина, плотность которого равна Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Решение

1. Общие формулы, используемые при решении задачи:

2. Значение молярного объема и молярных масс:

3. Определяем молярную массу алкина и далее его молекулярную формулу:

Составляем уравнение: Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Пример 4.

Определите молекулярную формулу газообразного алифатического углеводорода, плотность которого равна Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Решение

1. Общие формулы, используемые при решении задачи:

2. Определяем молярную массу углеводорода и далее, исследуя общие формулы углеводородов, — его формулу.

а) Если углеводород относится к алканам, то при Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Пример 5.

При сжигании неизвестного алкина химическим количеством 0,05 моль затратили кислород объемом (н. у.) Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Решение

1. Общие формулы, используемые при решении задачи:

2. Значение молярного объема:

3. Определяем химическое количество кислорода и далее на основе анализа уравнения горения углеводорода определяем его формулу.

Формула алкина — Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Пример 6.

При сгорании неизвестного углеводорода массой 11,76 г получили оксид углерода(IV) объемом (н. у.) Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Решение

1. Общие формулы, используемые при решении задачи:Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

2. Значения молярных масс, молярного объема:

3.  Определяем молярную массу неизвестного углеводорода, его химическое количество и химические количества углекислого газа и воды:

4. Проанализируем схему процесса сгорания углеводорода и определим химические количества полученных продуктов реакции в расчете на вещество химическим количеством 1 моль. Далее определим химические количества углерода и водорода в составе неизвестного углеводорода:

Следовательно, молекулярная формула углеводорода — Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Углеводороды в природе и переработка нефти

Основными источниками углеводородов являются природный газ, нефть и каменный уголь.

Природный газ в основном состоит из метана и небольших примесей этана, пропана и изомерных бутанов. Значительно больше гомологов метана находится в попутных нефтяных газах.

Нефть представляет собой в основном смесь насыщенных и циклических углеводородов, содержащих в составе молекул 50 и более атомов углерода.

Первый этап переработки нефти заключается в ее перегонке. Вам уже известно, что существует определенная закономерность: чем больше относительная молекулярная масса углеводорода, тем выше его температура кипения. Поэтому нефть перегонкой разделяют на отдельные части, или фракции — смеси различных веществ, имеющих близкие температуры кипения. Фракции различаются составом и интервалом температур перегонки. Приблизительный состав фракций и их температуры кипения приведены в таблице 20.Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Петролейный эфир применяют в качестве растворителя. Керосин используется как топливо для авиационных двигателей, газойль — топливо для дизельных двигателей (автомобили и трактора).

Для более эффективного использования нефти производят переработку фракций нефти, которая заключается в расщеплении (крекинге) углеводородов с большой относительной молекулярной массой на углеводороды с низкой относительной молекулярной массой. Различают крекинг термический и каталитический.

Термический крекинг фракций нефти проводится при температурах 450— 550 °С и применяется для получения легких нефтяных фракций, а при температурах выше 750° — для получения алкенов.

Рассмотрим этот процесс на примере расщепления углеводорода с 6 атомами углерода:
Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры
Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры
Расщепление может происходить по любой Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Углеводородные фракции, образующиеся при термическом крекинге, имеют небольшое октановое число.

В современных автомобильных двигателях происходит сильное сжатие (компрессия) воздушно-бензиновой смеси, при котором горючая смесь нагревается, и чем сильнее сжатие, тем выше температура. Этот фактор, а также образование органических пероксидов (ROOR) в смеси приводят к тому, что спокойное горение смеси в цилиндрах заменяется на взрывное (детонация), что сильно уменьшает мощность двигателя.

Антидетонационная стойкость углеводородов зависит от их строения и определяется октановым числом. Чем выше октановое число (80, 92, 95 и 98), тем лучшими антидетонационными свойствами обладает бензин. Например, октановое число бензина 92 говорит о том, что данный бензин работает в двигателе так же, как экспериментальная смесь углеводородов, содержащая 92 % изооктана.

Октановые числа некоторых углеводородов приведены в таблице 21.
Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Из данных, приведенных в таблице, видно, что высокие октановые числа характерны для углеводородов с разветвленным углеродным скелетом.

Ранее для повышения октанового числа топлива применяли чрезвычайно ядовитый тетраэтилсвинец Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыКаталитический крекинг в присутствии катализаторов является основным процессом получения алканов Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Около 95 % добываемой нефти перерабатывается на бензин и другие виды топлива (рис. 40). Лишь небольшая часть нефти используется как сырье для химической промышленности.

Загрязнение окружающей среды нефтью и продуктами ее переработки: 

Загрязнение окружающей среды нефтью при ее транспортировке уже не раз приводило к экологическим катастрофам (рис. 41). Особенно опасно появление нефти и нефтепродуктов в реках, озерах и морях, что может привести не только к гибели живых организмов, но и к попаданию нефтепродуктов в питьевую воду.

При сгорании бензина и других видов топлива образуются отработанные газы, содержащие, кроме оксида углерода(IV) и воды, опасные для здоровья человека вещества, такие как оксид углерода(II) и оксиды азота. Во многих странах для уменьшения их токсичности в автомобилях применяют катализаторы, содержащие платину, с помощью которых происходит каталитическое окисление несгоревших углеводородов, оксида углерода(II) и оксидов азота до Ароматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примерыАроматические углеводороды в химии - основные понятия, формулы, определения и примеры

Вероятно, оксид углерода(IV), метан и галогеналканы, попадая в атмосферу, приводят к так называемому парниковому эффекту, т. е. повышению температуры нашей планеты.

Переработка фракций нефти заключается в термических и каталитических процессах изомеризации и расщепления (крекинга) углеводородов с большой относительной молекулярной массой на углеводороды с низкой относительной молекулярной массой.

В результате каталитического крекинга получают алканы с разветвленным углеродным скелетом, обладающие высокими октановыми числами.

Физические свойства бензола

Бензол – жидкость без цвета, но обладающая специфическим резким запахом. Образует с водой азеотропную смесь, хорошо смешивается с эфирами, бензином и различными органическими растворителями. Температура кипения – 80,1^{circ}^{circ}^{circ}

Характеристики и физические свойства бензола

Ароматические свойства бензола, определяемые особенностями его структуры, выражаются в относительной устойчивости бензольного ядра, несмотря на непредельность бензола по составу. Так, в отличие от непредельных соединений с этиленовыми двойными связями, бензол устойчив к действию окислителей.

Химические свойства гомологов бензола — алкилбензолов

Реакции замещенияалкилбензолов:

во-первых, гомологи бензола более ракционноспособны — легче вступают в реакции,

во-вторых, эти реакции идут немного по-другому:

Галогенирование алкилбензолов:

С6H5-CH3 Br2 (на свету) =   С6H5-CH2Br HBr

Т.е. бром идет в боковую цепь, а не в кольцо.

Чтобы бром пошел в кольцо, надо использовать катализатор — соли Al(3 )

Нитрование алкилбензолов:

С6H5-CH3 3HNO3 → C6H2CH3(NO2)3

тринитротолуол, он же тротил

Окисление: реакция, характерная для алкилбензолов и не характерная для самого бензола

С6H5CH3 [O] → C6H5COOH — бензойная кислота

Гидрирование бензола и алкилбензолов:

Тут уже различий нет. при гидрировании всех аренов (температура, давление, катализатор — бензольное кольцо разорвать не так уж и просто) получаются циклоалканы, а точнее, циклогексан и циклогексан с радикалами:

С6H6 3 H2 → C6H12 циклогексан

С6H5CH3 3 H2 → C6H11-CH3 — метилциклогексан

Реакция горения: все органические вещества горят с образованием углекислого газа CO2 и воды H2O:

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

 [TESTME 45]

Категории:
|

Электронное строение молекулы бензола

Общая формула моноциклических аренов CnH2n-6 показывает, что они являются ненасыщенными соединениями.

В 1856 г. немецкий химик А.Ф. Кекуле предложил циклическую формулу бензола с сопряженными связями (чередуются простые и двойные связи) — циклогексатриен-1,3,5:Ароматические УВ. Бензол

Такая структура молекулы бензола не объясняла многие свойства бензола:

Проведенные позже электронографические исследования показали, что все связи между атомами углерода в молекуле бензола имеют одинаковую длину 0,140 нм (среднее значение между длиной простой связи С—С 0,154 нм и двойной связи С=С 0,134 нм). Угол между связями у каждого атома углерода равен 120о. Молекула представляет собой правильный плоский шестиугольник.

Современная теория для объяснения строения молекулы С6Н6 использует представление о гибридизации орбиталей атома углерода.

Атомы углерода в бензоле находятся в состоянии sp2-гибридизации. Каждый атом «С» образует три σ-связи (две с атомами углерода и одну с атомом водорода). Все σ-связи находятся в одной плоскости:

Каждый атом углерода имеет один р-электрон, который не участвует в гибридизации. Негибридизованные р-орбитали атомов углерода находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости σ-связей. Каждое р-облако перекрывается с двумя соседними р-облаками, и в результате образуется единая сопряженная π-система (вспомните эффект сопряжения р-электронов в молекуле бутадиена-1,3, рассмотренный в теме «Диеновые углеводороды»):

Сочетание шести σ-связей с едиой π-системой называется ароматической связью.

Цикл из шести атомов углерода, связанных ароматической связью, называется бензольным кольцом, или бензольным ядром.

В соответствии с современными представлениями об электронном строении бензола молекулу С6Н6 изображают следующим образом:

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий