Занятие 8. Арены. Бензол. Тест по теме «Арены. Бензол». Решение расчетных и качественных задач по теме

АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ)

БЕНЗОЛ

План:

1. Определение, общая формула гомологического ряда, строение молекулы (на примере бензола)

2. Физические свойства бензола

3. Химические свойства бензола:

а) реакции замещения (галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование);

б) реакции присоединения (гидрирование, хлорирование);

в) реакции окисления (горение)

4. Получение бензола (в промышленности – переработкой нефти и угля, дегидрированием циклогексана, ароматизацией гексана, тримеризацией ацетилена; в лаборатории – сплавлением солей бензойной кислоты с щелочами)

Арены – это углеводороды, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец. Под бензольным кольцом подразумевается кольцевая система атомов углерода с делокализованными p-электронами. В 1931г Э.Хюккель сформулировал правило, гласящее, что соединение должно проявлять ароматические свойства, если в его молекуле содержится плоское кольцо с (4n + 2) обобщенными электронами, где n может проявлять значения целых чисел от 1 и далее – правило Хюккеля. Согласно этому правилу системы, содержащие 6,10,14 и т.д. обобщенных электронов, являются ароматическими. Различают

Моноциклические арены Изобразите структурные формулы бензола, толуола, о-ксилола, кумола. Назовите эти вещества по систематической номенклатуре:

Полициклические арены с изолированными ядрами Изобразите структурные формулы бифенила, дифенилметана, стильбена:

Полициклические арены с конденсированными ядрами Изобразите структурные формулы нафталина, антрацена:

Общая формула моноциклических аренов ряда бензола С₆Н_2n-6, где n³6. Простейший представитель – бензол (С₆Н₆). Предложенная в 1865 г немецким химиком Кекуле циклическая формула бензола с сопряженными связями (циклогексатриен – 1,3,5) не объясняла многие свойства бензола, а именно:

§ Для бензола характерны реакции замещения, а не реакции присоединения, как для непредельных УВ. Реакции присоединения возможны, но протекают они труднее, чем у алкенов.

§ Бензол не вступает в реакции, являющиеся качественными на непредельные УВ (с бромной водой и раствором перманганата калия).

§ Проведенные позже 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 120°. Молекула бензола представляет собой правильный плоский шестиугольник.

Современная теория строения молекулы бензола базируется на представлении о гибридизации орбиталей атома углерода. Согласно этой теории, атомы углерода в бензоле находятся в состоянии sp²-гибридизации. Каждый атом углерода образует три s-связи (две с атомами углерода и одну – с атомом водорода). Все s-связи находятся в одной плоскости. У каждого атома углерода остается еще по одному р-электрону, не участвующему в гибридизации. Негибридизированные р-орбитали атомов углерода находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости s-связей. Каждое р-облако перекрывается с двумя соседними р-облаками, в результате чего образуется единая сопряженная p-система. Единое p-электронное облако расположено над и под бензольным кольцом, причем р-электроны не связаны с каким-либо атомом углерода и могут перемещаться относительно них в том или ином направлении. Такая полная симметричность бензольного ядра, обусловленная сопряжением, придает ему особую устойчивость. Таким образом, наряду с формулой Кекуле используется формула бензола, где обобщенное электронное облако изображают линией внутри кольца:

Радикал, образованный от бензола, имеет тривиальное название фенил. Изобразите его структурную формулу:

Физ. свойства: При обычных условиях бензол представляет собой бесцветную жидкость с температурой плавления 5,5°С, температурой кипения 80°С; имеет характерный запах; легче воды и с ней не смешивается, хороший органический растворитель, токсичен.

Химические свойства бензола и его гомологов определяются спецификой ароматической связи. Наиболее характерными для аренов являются

Реакции замещения: (для бензола протекают тяжелее, чем для его гомологов)

Галогенирование. Напишите реакцию хлорирования бензола:

Нитрование. Напишите реакцию взаимодействия бензола с азотной кислотой:

Сульфирование. Напишите реакцию взаимодействия бензола с серной кислотой:

Алкилирование (реакция Фриделя-Крафтса). Напишите реакции получения этилбензола при взаимодействии бензола с хлорэтаном и с этиленом:

6p-электронная система является более устойчивой, чем 2p-электронная, поэтому реакции присоединения менее характерны для аренов, чем для алкенов; они возможны, но при более жестких условиях, например

Гидрирование. Напишите реакцию гидрирования бензола до циклогексана:

Присоединение хлора. Напишите реакцию хлорирования бензола до гексахлорана:

Реакции окисления: для бензола возможна только реакция горения, т.к. к действию окислителей бензольное кольцо устойчиво. Напишите реакцию горения бензола. Объясните, почему ароматические углеводороды горят коптящим пламенем:

В промышленности бензол получают следующими способами:

Поиск по сайту: