Бензол
Бензол — бесцветная жидкость с характерным запахом; температура кипения 80,1 o C, температура плавления 5,5 o C. Нерастворим в воде, токсичен.
Ароматические свойства бензола, определяемые особенностями его строения, выражаются в относительной устойчивости бензольного кольца, несмотря на ненасыщенность бензола в составе. Таким образом, в отличие от непредельных соединений с двойными этиленовыми связями бензол устойчив к действию окислителей.
Получение бензола
– тримеризация ацетилена (реакция продолжается при нагревании до 600 o C, катализатор – активированный уголь)
Химические свойства бензола
Для бензола характерны реакции замещения, протекающие по электрофильному механизму:
-галогенирование (бензол взаимодействует с хлором и бромом в присутствии катализаторов – безводных AlCl3, FeCl3, AlBr3)
– нитрование (бензол легко реагирует с нитрантовой смесью – смесью концентрированных азотной и серной кислот)
Реакции присоединения к бензолу ведут к разрушению ароматической системы и протекают только при неблагоприятных условиях:
– присоединение хлора (происходит под действием УФ-излучения с образованием твердого продукта – гексахлорциклогексана (гексахлорана) – C6H6Cl6)
Применение бензола
Бензол широко используется в промышленной органической химии. Из бензола получают почти все соединения, имеющие в своем составе бензольные кольца, например, стирол, фенол, анилин, галогензамещенные арены. Бензол используется для синтеза красителей, поверхностно-активных веществ и фармацевтических препаратов.
Примеры решения задач
Упражнение Плотность паров вещества составляет 3,482 г/л. Его пиролиз дал 6 г сажи и 5,6 л водорода. Определите формулу этого вещества. Решение Сажа – это углерод. Найдем количество сажистого вещества в условиях задачи (молярная масса углерода 12 г/моль):
Итак, количество вещества атома водорода будет равно:
Обозначим количество атомов углерода в молекуле углеводорода как «х», а количество атомов водорода как «у», тогда соотношение этих атомов в молекуле:
Тогда простейшая формула углеводорода будет выражаться составом СН. Молекулярная масса молекулы состава CH равна:
Найдем молекулярную массу углеводорода исходя из условий задачи:
Поэтому коэффициенты “х” и “у” надо умножить на 6 и тогда формула углеводорода примет вид С6Н6 – бензол
Бензол и его гомологи
Арены – ароматические углеводороды, содержащие одно или несколько бензольных колец. Бензольное кольцо состоит из 6 атомов углерода, между которыми чередуются двойные и одинарные связи.
Важно отметить, что двойные связи в молекуле бензола не неподвижны, а постоянно движутся по кругу.
Арены также называют ароматическими углеводородами. Первым членом гомологического ряда является бензол – С6Н6. Общая формула его гомологического ряда CnH2n-6.
Долгое время структурная формула бензола оставалась загадкой. Предложенная Кекуле формула с тремя двойными связями не могла объяснить тот факт, что бензол не вступает в реакции присоединения. Как было сказано выше, по современным представлениям, двойные связи в молекуле бензола находятся в постоянном движении, поэтому правильнее изображать их в виде кольца.
За счет чередования двойных связей в молекуле бензола образуется сопряжение. Все атомы углерода находятся в состоянии sp 2 гибридизации, валентный угол – 120°.
Номенклатура и изомерия аренов
Названия аренов образуются путем добавления названий заместителей к основной цепи, бензольному кольцу: бензол, метилбензол (толуол), этилбензол, пропилбензол и др. заместители, как обычно, перечислены в алфавитном порядке. Если в бензольном кольце несколько заместителей, то выбирается кратчайший путь между ними.
Для аренов характерна структурная изомерия, связанная с положением заместителей. Например, два заместителя в бензольном кольце могут находиться в разных положениях.
Название положения заместителей на бензольном кольце образовано на основании их расположения относительно друг друга. Обозначается префиксами орто-, мета – и пара. Ниже вы найдете мнемонические советы для успешного запоминания 😉
Получение аренов
Реакция протекает при пропускании ацетилена над активированным углем при t = 400°С. В результате образуется ароматический углеводород бензол.
Если к ацетилену добавить пропин, то можно получить толуол. Увеличивая долю пропина, в конечном итоге можно добиться образования 1,3,5-триметилбензола.
В ходе таких реакций, протекающих при высокой температуре и в присутствии катализатора – Cr2O3, линейная структура алкана замыкается в цикл, выделяется водород.
В результате дегидрирования уже «готовых» циклов – циклоалканов выделяется 3 моля водорода и образуется соответствующий арен, с теми же заместителями, что и у циклоалкана.
Синтез Дюма заключается в сплавлении солей карбоновых кислот со щелочами. В результате такой реакции возможно образование различных органических веществ, в том числе аренов.
Химические свойства аренов
Арены представляют собой ароматические углеводороды, содержащие бензольное кольцо с сопряженными двойными связями. Эта особенность делает реакции присоединения трудными (но все же возможными!)
Помните, что, в отличие от других ненасыщенных соединений, бензол и его гомологи не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия.
При повышенных температурах и в присутствии катализатора водород может разорвать двойные связи в бензольном кольце и превратить арен в циклоалкан.
Реакция бензола с хлором на свету приводит к образованию гексахлорциклогексана, но при использовании только катализатора образуется хлорбензол.
Реакции с толуолом протекают иначе: под действием ультрафиолета хлор переходит к метильному радикалу и замещает в нем атом водорода; под действием катализатора хлор замещает атом водорода в бензольном кольце (в орто – или пара-положении).
Почему хлор переходит именно в орто – и пара-положения по отношению к метильной группе? Самое время коснуться темы ориентировки I (орто-, параориентация) и порядка II (метаориентация).
К ориентантам первого порядка относятся следующие группы: NH2, OH, OR, CR3, CHR2, CH2R, галогены. К ориентации второй: NO2, CN, SO3H, CCl3, CHO, COOH, COOR.
Например, ориентатор первого порядка, гидроксигруппа ОН, обеспечивает протекание хлорирования в орто – и пара-положениях. А карбоксильная группа СООН, ориентатор второго порядка, вызывает хлорирование в мета-положениях.
Арены вступают в реакции нитрования, протекающие при повышенных температурах и в присутствии серной кислоты, обладающей водоудаляющими свойствами.
Алкилирование аренов осуществляется введением алкильного радикала в молекулу бензола. Наиболее распространенным алкильным радикалом является алкен или галогеналкан. В таких реакциях используется катализатор AlCl3.
Если для алкилирования используют алкен, то наименее гидрированный атом углерода алкена, соседний с двойной связью, соединяется с молекулой бензола. Атом водорода переходит из бензольного кольца в радикал.
Пески, как и все органические вещества, сгорают с образованием углекислого газа и воды.
При неполном окислении гомологи бензола могут окисляться до бензойной кислоты (при подкислении раствора серной кислотой). Сам бензол не вступает в реакцию окисления с KMnO4 и не обесцвечивает свой раствор.
В реакцию полимеризации может вступать стирол (винилбензол), радикал которого содержит двойную связь.
Данная статья написана Юрием Сергеевичем Беллевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе копирование на другие сайты и ресурсы в сети Интернет) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения на их использование обращаться к Юрию Беллевичу.
пн. 15:00-20:00
чт. 09:00-12:00
ГБУЗ ЦЛО ДЗМ Аптечный пункт № 40-3
"Горячая линия" ГП №19: 8 (977) 851-57-76
109451, г. Москва, ул. Верхние поля, д. 34, корп. 4