Ароматические углеводороды на примере бензола: строение, химические свойства. Применение бензола и его гомологов.
Что такое бензол? Строение бензола, формула, свойства, применение
Бензол
Сравнивая состав молекул ацетилена С 2 Н 2 и бензола С 6 Н 6 , можно прийти к выводу, что из каждых трех молекул ацетилена образуется одна молекула бензола, т. Если смесь паров бензола с водородом пропускать через нагретую трубку с катализатором, то оказывается, что: Присоединение к молекуле бензола трех молекул водорода с образованием циклогексана можно понять только в том случае, если признать, что исходный продукт имеет циклическое строение. То есть если бы бензол имел незамкнутую цепь углеродных атомов, то молекула его до полного насыщения присоединяла бы не три, а четыре молекулы водорода: Образование циклической молекулы бензола из трех молекул ацетилена можно представить следующим образом:. Приведенная структурная формула бензола была предложена впервые немецким ученым А. Современными физическими методами было установлено, что молекула бензола имеет циклическое строение и что все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости. Было подтверждено, что порядок соединения атомов правильно отображается формулой Кекуле. При его горении образуется очень много копоти, что легко объяснить, так как массовая доля углеводорода в нем та же, что и в ацетилене. В колбу с длинной вертикальной трубкой в качестве холодильника необходимо поместить бензол с небольшим количеством брома и железными стружками железо необходимо для образования катализатора FeBr3. Растворив выделяющийся газ в воде и прибавив к этому раствору раствор нитрата серебра, можно убедиться, что при реакции брома с бензолом образуется бромоводород НВr. Следовательно, бром в этих условиях не присоединяется к бензолу, а вступает в реакцию замещения. По внутренней сущности эта реакция отличается от реакций замещения у предельных углеводородов. Под влиянием бромида железа FeBr 3 молекула брома поляризуется: Положительно заряженный бром притягивается шестиэлектронным облаком молекулы бензола и устанавливает ковалентную связь с одним из атомов углерода, вытесняя водород в виде протона, который с отрицательно заряженным ионом брома Вr — образует молекулу бромоводорода. Если к смеси концентрированных азотной и серной кислот прибавить бензол и слегка ее подогреть, происходит реакция, в результате которой образуется тяжелая желтоватая жидкость с запахом горького миндаля — нитробензол С 6 Н 5 -NO 2. Здесь группа атомов — NO 2 , называемая нитрогруппой, встает на место атома водорода, подобно брому в предыдущей реакции. По своему свойству вступать в реакцию замещения бензол несколько сходен с предельными углеводородами, несмотря на непредельность своего состава. Так получается гексахлорциклогексан — кристаллическое вещество, известное под названием гексахлорана. Реакции присоединения водорода и хлора показывают, что бензол имеет некоторое сходство и с непредельными углеводородами. По химическим свойствам бензол занимает как бы промежуточное положение между предельными и непредельными углеводородами. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Теория химического строения органических соединений а. Электронное строение атомов элементов малых периодов. Химические свойства углеводородов ряда этилена. Каучук и его свойства. Спирты как производные углеводородов. Гидролиз жиров в технике. Крахмал как питательное вещество. Бензол и его строение Физические свойства: Образование циклической молекулы бензола из трех молекул ацетилена можно представить следующим образом: Так можно прийти к выводу о циклической структурной формуле бензола. Более столетия химики пользовались этой формулой, хотя она их и не вполне удовлетворяла. Химические свойства бензола 1. Подобно всем углеводородам, бензол горит. В колбе после реакции остается тяжелая жидкость — бромбензол С 6 Н 5 Вr. Она идет не через образование свободных радикалов и не имеет цепного характера. Характерна для бензола реакция с азотной кислотой. В определенных условиях бензол может вступать и в реакции присоединения. К бензолу может присоединяться хлор, если смесь этих веществ подвергнуть освещению.
Присутствие в молекуле бензола единой сопряженной системы делает его термодинамически более устойчивым, чем гипотетический циклогексатриен. На эту же величину меньше вычисленной и найденная экспериментально теплота сгорания бензола. Эту величину называют энергией стабилизации энергией резонанса молекулы бензола. Энергия резонанса является мерой стабилизации основного состояния молекулы. Чем больше величина энергии резонанса, тем менее активно вступает молекула в химические реакции. Бензол практически не смешивается с водой: Бензол хорошо растворяется во многих органических растворителях: Бензол и сам является прекрасным растворяющим средством для жиров, смол, масел, асфальта, алкалоидов, серы, фосфора, иода и др. С некоторыми растворителями бензол образует азеотропные смеси табл. Электронный спектр бензола рис. Полоса при нм соответствует запрещенному переходу, и ее интенсивность меньше. Интенсивность полосы небольшая, поскольку соответствующий переход запрещен по симметрии. В ИК спектре бензола рис. В ПМР спектрах ароматические соединения имеют сигналы в области 6—8 м. Сигнал протонов бензола находится при 7,27 м. В качестве стандартного состояния принято устойчивое состояние чистого вещества при нормальном атмосферном давлении , кПа. Электронный спектр поглощения бензола в гептане: Длина волны, мкм Волновое число, см —1 Рис. ИК спектр раствора бензола капиллярная кювета. ПМР спектр бензола в тетрахлорметане эталон — тетраметилсилан. Бензол как представитель ароматических соединений см. К этим свойствам относятся высокая устойчивость, способность образовываться даже в жестких пиролитических процессах и сравнительная трудность протекания реакций окисления. Для бензола характерна устойчивость к действию высоких температур. Реакции электрофильного замещения — это основной метод превращения бензола в его производные. Наибольшее практическое значение имеют алкилирование, галогенирование, нитрование, сульфирование и ацилирование бензола. Для алкилирования бензола используются алкилгалогениды, олефины и спирты. Алкилирование алкилгалогенидами и олефинами ведут в присутствии катализаторов Фриделя—Крафтса, представляющих собой безводные галогениды ряда металлов, например, AlCl 3 , AlBr 3 , FeCl 3 , TiCl 4 , SnCl 4 , ZnCl 2 и др. При алкилировании спиртами в качестве катализаторов используют сильные протые кислоты, например, фосфорную, пирофосфорную, серную, хлорсульфоновую, олеум. Активной электрофильной частицей, атакующей бензол при алкилировании, является алкил-катион карбкатион в свободном состоянии или в виде ионной пары. Из алкилгалогенидов карбкатион образуется по уравнению 4. Образование карбкатионов из олефинов при действии катализаторов Фриделя—Крафтса требует так называемых сокатализаторов, которыми являются протонные кислоты, чаще всего хлороводородная. Хлороводород, присоединяясь по двойной связи олефина, образует соответствующий алкилхлорид, который взаимодействует с AlCl 3 уравнение 4. При алкилировании спиртами карбкатион образуется при взаимодействии спирта с кислотой, используемой в качестве катализатора уравнение 4. При алкилировании бензола в присутствии любых катализаторов происходит последовательное замещение атомов водорода с образованием продуктов разной степени алкилирования, при этом каждая последующая реакция алкилирования идет с большей скоростью, чем предыдущие, т. Так, метилирование и этилирование бензола идут вплоть до получения гексаалкилбензолов, пропилирование — до получения тетраизопропилбензола и т. Каждая из реакций при умеренной температуре является практически необратимой. Из алкилпроизводных бензола важнейшее практическое значение имеют этилбензол 8 и кумол 9 ; изопропилбензол. Их получают сотнями тысяч т. При действии на бензол хлора или брома в присутствии катализаторов, например железа, атом водорода замещается галогеном уравнение 4. В качестве катализаторов галогенирования чаще всего используют хлорид железа III , иод, серную кислоту. Из галогенпроизводных бензола наибольшее практическое значение имеет хлорбензол Получить его в чистом виде при хлорировании бензола практически не удается, т. Вследствие этого при хлорировании бензола неизбежно получаются полихлориды, количество которых возрастает с увеличением глубины превращения см. Полихлориды разделяют, комбинируя методы кристаллизации и дистилляции при пониженном давлении. Если необходимо получить хлорбензол в чистом виде, реакцию прерывают задолго до полного израсходования бензола. При фотохимическом хлорировании бензола уравнение 4. Технический продукт гексахлоран является смесью восьми стереоизомеров, отличающихся пространственной ориентацией атомов хлора. При бромировании бензола в среде олеума уравнение 4. Бромировать бензол можно также в среде нейтрального органического растворителя в присутствии катализатора: Нитрованием бензола уравнение 4. Нитрующим агентом являются продукты превращения азотной кислоты, которая берется в количестве 0,97—1,01 моль на 1 моль бензола. Если азотная кислота берется в недостатке, непрореагировавший бензол отгоняют с водяным паром. Более глубокое нитрование бензола не имеет практического применения, т. При действии на бензол концентрированной серной кислоты образуется бензолсульфокислота По мере течения реакции, в результате уменьшения содержания сульфирующего агента и увеличения количества бензолсульфокислоты, последняя может вступать в реакцию с бензолом, при этом происходит образование побочного продукта — дифенилсульфона Поэтому серную кислоту необходимо брать в достаточном избытке. При действии на бензол сульфонилхлоридом получают бензолсульфонилхлорид 29 и бензол-1,3-дисульфонилхлорид 30 — ценные промежуточные продукты, на основе которых получают вспенивающие агенты для полимерных материалов. Это введение группы CH 2 Cl в молекулу органического соединения. Реакцию проводят, действуя на вещество одновременно формальдегидом и хлороводородом в присутствии катализаторов: Вместо формальдегида можно применять триоксиметилен, параформ параформальдегид и ацетали формальдегида. Для хлорметилирования бензола уравнение 4. В процессе реакции бензол может взаимодействовать с бензилхлоридом уравнение 4. Для ацилирования бензола используются галогенангидриды и ангидриды кислот. Обычно эти реакции проводятся с катализаторами Фриделя—Крафтса см. В производстве промежуточных продуктов метод ацилирования широко используется для синтеза жирноароматических и ароматических кетонов. Так, конденсацией бензола с ацетилхлоридом в присутствии хлорида алюминия или хлорида железа III получается ацетофенон [ 33 ; метилфенилкетон] уравнение 4. Хлорид алюминия, введенный в реакцию, не регенерируется, т. Вместо ацетилхлорида можно применять уксусный ангидрид. В этом случае необходимо брать удвоенное количество катализатора, т. При взаимодействии бензола с бензоилхлоридом 34 в присутствии AlCl 3 уравнение 4. Бензофенон 35 можно также синтезировать из бензола и фосгена СОCl 2 в присутствии AlCl 3. Реакцию обычно ведут под давлением. В промышленности бензофенон получают взаимодействием бензола с тетрахлорметаном четыреххлористым углеродом уравнение 4. При взаимодействии бензола с фталевым ангидридом 37 в присутствии AlCl 3 уравнение 4. Хлорид алюминия в этой реакции вводится из расчета 2—2,5 моль на 1 моль фталевого ангидрида. При нагревании о -бензоилбензойной кислоты в среде концентрированной серной кислоты происходит внутримолекулярная циклизация и образуется антрахинон [ 39 ; антрацендион-9,10]. При действии на бензол безводных оксида углерода и хлороводорода в присутствии стандартного катализатора этих реакций AlCl 3 происходит образование бензальдегида 40 , однако с очень низким выходом уравнение 4. Основной причиной низкого выхода бензальдегида оказалась нерастворимость AlCl 3 в бензоле. В лаборатории это препятствие удалось преодолеть, используя вместо хлорида алюминия его бромид AlBr 3 или применяя в качестве растворителя нитробензол. Техническое решение задачи было найдено проведением реакции бензола с оксидом углерода и хлороводородом под давлением. Формилхлорид взаимодействует с хлоридом алюминия, образуя ионную пару которая и является активным реагентом. Основной метод восстановления ароматических углеводородов, в том числе и бензола, — каталитическое гидрирование. Катализаторами гидрирования могут быть все металлы VIII группы, но в промышленности применяют главным образом никель, нанесенный на оксид хрома III. При гидрировании бензола образуется циклогексан [ 2 ; гексагидробензол]. Процесс гидрирования протекает через ряд стадий уравнение 4. Остановиться на стадии получения циклогексадиена не удается, т. Поскольку скорости гидрирования возрастают в этой цепи последовательных реакций, в реакционной массе не обнаруживается циклических олефинов. При восстановлении бензола щелочными металлами в жидком аммиаке конечным продуктом реакции является 1,4-циклогексадиен Окислением ароматических колец могут быть получены фенолы, хиноны и карбоновые кислоты, весьма важные для синтеза промежуточных продуктов, красителей и полимеров. Из ароматических углеводородов бензол, в котором электронная плотность полностью выровнена, окисляется труднее всего. Получить фенол прямым окислением бензола особенно перспективно, т. В этом направлении ведутся многочисленные исследования, но практически ценных результатов пока не получено. Хиноны прямым окислением бензола также не получают. Например, бензо-1,2-хинон, имеющий высокий редокс-потенциал, можно получить только окислением пирокатехина оксидом серебра в безводном растворителе. Находящий промышленное применение и значительно более устойчивый бензо-1,4-хинон 44 образуется при окислении бензола уравнение 4. При глубоком окислении бензола происходит деструкция ароматического кольца и образуется малеиновый ангидрид При кратковременном облучении бензола коротковолновым УФ-светом нм, ртутная лампа низкого давления происходит изомеризация бензола уравнение 4. При продолжительном фотолизе бензол превращается в призман Продукты изомеризации бензола являются его валентными изомерами и отличаются от последнего прежде всего неплоским строением. Они обладают высокой термической стабильностью.
Сонник купюры бумажные
Где находятся пароли на айфоне
Как вытащить клеща пинцетом у человека
Клотримазол вагинальный инструкция по применению
Беременность болит в области яичника