Получение и применение аренов
Химические свойства бензола и его гомологов
"
Химические свойства аренов
I . РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ
1. Горение (коптящее пламя):
2C6H6 + 15O2t → 12CO2 + 6H2O + Q
2. Бензол при обычных условиях не обесцвечивает бромную воду и водный раствор марганцовки
3. Гомологи бензола окисляются перманганатом калия (обесцвечивают марганцовку):
А) в кислой среде до бензойной кислоты
При действии на гомологи бензола перманганата калия и других сильных окислителей боковые цепи окисляются. Какой бы сложной ни была цепь заместителя, она разрушается, за исключением a -атома углерода, который окисляется в карбоксильную группу.
Гомологи бензола с одной боковой цепью дают бензойную кислоту:
Гомологи, содержащие две боковые цепи, дают двухосновные кислоты:
5C6H5-C2H5 + 12KMnO4 + 18H2SO4 → 5C6H5COOH + 5CO2 + 6K2SO4 + 12MnSO4+28H2O
5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 +14H2O
Упрощённо:
C6H5-CH3 + 3O KMnO4 → C6H5COOH + H2O
Б) в нейтральной и слабощелочной до солей бензойной кислоты
C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COOК + KОН + 2MnO2 + H2O
II . РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ (труднее, чем у алкенов)
1. Галогенирование
C6H6 +3Cl2h ν → C6H6Cl6(гексахлорциклогексан - гексахлоран)
2. Гидрирование
C6H6 + 3H2 t , Pt или Ni → C6H12 (циклогексан)
3. Полимеризация
III . РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ – ионный механизм (легче, чем у алканов)
1. Галогенирование -
a ) бензола
C6H6 + Cl2 AlCl 3→ C6H5-Cl + HCl (хлорбензол)
C6H6 + 6Cl2 t , AlCl 3→ C6Cl6 + 6HCl (гексахлорбензол)
C6H6 + Br2 t , FeCl 3→ C6H5-Br + HBr (бромбензол)
б) гомологов бензола при облучении или нагревании
По химическим свойствам алкильные радикалы подобны алканам. Атомы водорода в них замещаются на галоген по свободно-радикальному механизму. Поэтому в отсутствие катализатора при нагревании или УФ-облучении идет радикальная реакция замещения в боковой цепи. Влияние бензольного кольца на алкильные заместители приводит к тому, что замещается всегда атом водорода у атома углерода, непосредственно связанного с бензольным кольцом (a -атома углерода).
1) C6H5-CH3 + Cl2h ν→ C6H5-CH2-Cl + HCl
2)
в) гомологов бензола в присутствии катализатора
C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3→ (смесь орта, пара производных) + HCl
2. Нитрование (с азотной кислотой)
C6H6 + HO-NO2 t , H 2 SO 4→ C6H5-NO2 + H2O
нитробензол - запах миндаля !
C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ СH3-C6H2(NO2)3 + 3H2O
2,4,6-тринитротолуол (тол, тротил)
Посмотрите ВИДЕО-ОПЫТЫ (щелкаем на гиперссылку)
Изучение физических свойств бензола
Горение бензола
Изучение отношения бензола к бромной воде и раствору перманганата калия
Бромирование бензола
Нитрование бензола
Хлорирование бензола (получение гексахлорана)
|
Дополнительно:
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ
Важнейшим фактором, определяющим химические свойства молекулы, является распределение в ней электронной плотности. Характер распределения зависит от взаимного влияния атомов.
В молекулах, имеющих только σ-связи, взаимное влияние атомов осуществляется через индуктивный эффект.
В молекулах, представляющих собой сопряженные системы, проявляется действие мезомерного эффекта.
Влияние заместителей, передающееся по сопряженной системе π -связей, называется мезомерным (М) эффектом.
В молекуле бензола p -электронное облако распределено равномерно по всем атомам углерода за счет сопряжения. Если же в бензольное кольцо ввести какой-нибудь заместитель, это равномерное распределение нарушается и происходит перераспределение электронной плотности в кольце. Место вступления второго заместителя в бензольное кольцо определяется природой уже имеющегося заместителя.
Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного): электронодонорные и электроноакцепторные.
1. Электронодонорные заместители проявляют +М- и +I-эффект и повышают электронную плотностьв сопряженной системе.
К ним относятся гидроксильная группа —ОН и аминогруппа —NН2. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:
Алкильные группы не могут участвовать в общем сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение p -электронной плотности.
2. Электроноакцепторные заместители проявляют -М-эффект и снижают электронную плотность в сопряженной системе.
К ним относятся нитрогрупла —NO2, сульфогруппа —SO3Н, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы. Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в мета-положениях:
Полностью галогенизированные алкильные радикалы (например, —ССl3) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.
Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации.
I. Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара-положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:
II. Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:
Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения:
Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение:
Помимо ориентирующего действия заместители оказывают влияние и на реакционную способность бензольногокольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов)облегчают вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода (и галогены)затрудняют его.
Получение и применение аренов
Получение аренов (бензола и его гомологов)
В лаборатории
1. Сплавление солей бензойной кислоты с твёрдыми щелочами
C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3
бензоат натрия
2. Реакция Вюрца-Фиттинга: (здесь Г – галоген)
С6 H5-Г + 2 Na + R-Г → C6 H5- R + 2 NaГ
С6H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl
В промышленности
2. Тримеризация ацетилена (только для бензола) – р. Зелинского:
3С2H2 600° C, акт.уголь → C6H6
3. Дегидрированием циклогексана и его гомологов:
Советский академик Николай Дмитриевич Зелинский установил, что бензол образуется из циклогексана (дегидрирование циклоалканов
C6H12 t, kat→ C6H6 + 3H2
C6H11-CH3 t, kat→ C6H5-CH3 + 3H2
метилциклогексан толуол
4. Алкилирование бензола (получение гомологов бензола) – рФриделя-Крафтса.
C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→ C6H5-C2H5 + HCl
хлорэтан этилбензол
Применение бензола и его гомологов
Бензол C6H6 – хороший растворитель. Бензол в качестве добавки улучшает качество моторного топлива. Служит сырьем для получения многих ароматических органических соединений – нитробензола C6H5NO2 (растворитель, из него получают анилин), хлорбензола C6H5Cl, фенола C6H5OH, стирола и т.д.
Толуол C6H5–CH3 – растворитель, используется при производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил (тол), или 2,4,6-тринитротолуол ТНТ).
Ксилолы C6H4(CH3)2. Технический ксилол – смесь трех изомеров (орто-, мета- и пара-ксилолов) – применяется в качестве растворителя и исходного продукта для синтеза многих органических соединений.
Изопропилбензол C6H5–CH(CH3)2 служит для получения фенола и ацетона.
Хлорпроизводные бензола используют для защиты растений. Так, продукт замещения в бензоле атомов Н атомами хлора – гексахлорбензол С6Сl6 – фунгицид; его применяют для сухого протравливания семян пшеницы и ржи против твердой головни. Продукт присоединения хлора к бензолу – гексахлорциклогексан (гексахлоран) С6Н6Сl6 – инсектицид; его используют для борьбы с вредными насекомыми. Упомянутые вещества относятся к пестицидам – химическим средствам борьбы с микроорганизмами, растениями и животными.
Стирол C6H5 – CH = CH2 очень легко полимеризуется, образуя полистирол, а сополимеризуясь с бутадиеном – бутадиенстирольные каучуки.
|
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 1052; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!