Benzen cl2 svjetlo. Fizička i hemijska svojstva benzena

C6H6 + Cl2 → C6H6Cl + HCl

U ovom slučaju, katalizator je obično hlorid ili bromid željeza (III). Kao katalizatori mogu se koristiti i hloridi drugih metala, poput AlCl3, SbCl3, SbCl5 i joda.

Uloga katalizatora je aktivirati (polarizirati) halogen koji vrši elektrofilnu supstituciju u benzenskom prstenu. U prisustvu FeCl3

kloriranje je, na primjer, prema shemi:

FeCl3 +: Cl :: Cl: ↔ FeCl-4 + Cl: +

۠۠۠ ۠ ۠۠۠۠۠ ۠ ۠ ۠۠

C6H6 + Cl + → C6H5Cl + H +;

H + + Cl2 → HCl + Cl + itd.

Halogen se može uvesti u bočni lanac u odsustvu katalizatora na svjetlu ili pri zagrijavanju. Mehanizam zamjene u ovom slučaju je radikalan. Za toluen, ove transformacije mogu se izraziti shemom:

Halogeni pripadaju supstituentima prve vrste, pa stoga, tijekom halogeniranja benzena, drugi atom halogena pretežno ulazi u n-položaj u prvu. Međutim, halogeni, za razliku od ostalih supstituenata prve vrste, otežavaju supstituciju (u odnosu na benzen).

Kada se p-fluorohlorobenzen klorira, treći atom halogena ulazi u o položaj u hlor, a ne fluor. Prema tome, induktivni efekat halogena presudno utječe na redoslijed supstitucije (o-položaj atoma fluora ima veliki pozitivan naboj, budući da je –IF\u003e -ICl): AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

2. Zamena amino grupe halogenom kroz intermedijarno stvaranje diazo jedinjenja. Ova metoda omogućava dobivanje bilo kojih derivata halogena, uključujući derivate fluora:

─── → C6H5Cl + N2

C6H5NH2─── → C6H5N2Cl ──── → C6H5I + KCl + N2

─── → C6H5Br + Cu2Cl2 + N2

BF4 → C6H5F + N2 + BF3

2.2 Adamantane

Strukturne karakteristike adamantana određuju njegove neobične fizičke i hemijska svojstva... Adamantan ima najveću tačku topljenja ugljovodonika, jednaku 269 ° C, i gustinu jednaku 1,07 g / cm3. Termički je stabilan u odsustvu kisika kada se zagrije na 660 ° C. Pod pritiskom od 20 kilobara i temperaturom od 480 ° C i više, postepeno se grafizira. Adamantan je izuzetno otporan na agresivno hemijsko okruženje i ne stupa u interakciju s kalijum permanganatom, hromnom i koncentrovanom azotnom kiselinom, čak ni na povišenim temperaturama.

Tabela 1 prikazuje zavisnost prinosa adamantana od korištenog katalizatora.

Tabela 1. Rezultati izomerizacije TMNB u tečnoj fazi u adamantan

Uvjeti reakcije	Prinos Adamantana,%
BF3, HF, 23 na H2, 50 ° C
SbF5, VF, 120 ° C, 5 h
A1C13, HC1.40 na H2, 120 ° C
A1C13, HC1, terc-C4H9Cl
A1Br3, tert-C4H9Bg

Izomerizacija TMNB u adamantan provodi se prema shemi:

Iz prostornih razloga, samo je endo izomer sposoban za daljnje preuređivanje u adamantan, a njegova ravnotežna koncentracija je oko 0,5 mas. %

U kinetičkom smislu, endo-TMNB izomerizacija jedno je od najsporijih preslagivanja zasićenih ugljikovodika pod ovim uvjetima: geometrijska izomerizacija TMNB (Wagner-Meerweinovo preuređivanje) odvija se oko 10 000 puta brže.

Ova metoda sinteze postala je osnova za industrijsku tehnologiju adamantana. Jednostavnost ovog preuređenja objašnjava se visokom termodinamičkom stabilnošću adamantana, pa obrada svih poznatih izomera C10H16 Lewisovim kiselinama neizbježno dovodi do ovog policikličkog ugljikovodika u okviru.

Sinteza adamantana karboksilne kiseline

Za dobivanje kiselina iz serije adamantan široko se koristi Koch-Haaf reakcija. Polazni materijali koji se koriste su adamantan, 1-bromo-, 1-hidroksiadamantan i 1-hidroksiadamantan nitrat.

Adamantan -1-karbonska kiselina dobija se reakcijom 1-bromo- ili 1-hidroksiadamantana sa mravljom kiselinom u sumpornoj kiselini ili adamantanom sa mravljom ili sumpornom kiselinom u prisustvu terc-butilnog alkohola.

Pokazano je da se maksimalni prinos adamantan-1-karboksilne kiseline postiže u omjeru AdOH: HCOOH: H2SO4 \u003d 1: 1: 24. Prinos opada s nedostatkom mravlje kiseline.

Adamantan-1-karboksilna kiselina može se dobiti iz adamantana u 20% oleumu. Pretpostavlja se da se reakcija odvija stvaranjem adamantil kationa

Za dobivanje karboksilnih kiselina iz adamantana koristi se njegova reakcija sa CO2 u sumpornoj kiselini ili oleumu (autoklav, 90-160 ° C) . Ovo stvara smjesu adamantan-1-karboksilne i adamantan-1,3-dikarboksilne kiseline u omjeru 1: 6.

Sinteza (1-adamantil) sirćetna kiselinas iz 1-bromo ili 1-hidroksiadamantana i dihloroetilena provode se u 80-100% H2SO4 u prisustvu BF3 na 0-15 ° C.

Kada adamantan i njegovi derivati \u200b\u200breagiraju s trihloroetilenom u prisustvu 90% sumporne kiseline, nastaju odgovarajuće α-hlorooctene kiseline.

3-alkiladamantan-1-karboksilne kiseline dobijaju se iz alkiladamantana u sumpornoj kiselini u prisustvu terc-butil alkohola i 95% mravlje kiseline.

Adamantan nitrati.

Reakcija adamantana s viškom 96-98% dušične kiseline dovodi do 1-nitroksiadamantana kao glavnog produkta reakcije 1. 3-dinitroksiadamantana.

Adamantan sa smjesom azotne i octene kiseline reagira nižom brzinom nego s azotnom kiselinom, a maksimalni prinos nitrata od 80% postiže se za 3 sata. Jedini nusprodukt reakcije je adamantol-1.

DEFINICIJA

Benzen (cikloheksatrien - 1,3,5) je organska supstanca, najjednostavniji predstavnik niza aromatičnih ugljovodonika.

Formula - C 6 H 6 (strukturna formula - slika 1). Molekularna težina - 78, 11.

Slika: 1. Strukturne i prostorne formule benzena.

Svih šest atoma ugljenika u molekuli benzena su u sp 2 hibridnom stanju. Svaki atom ugljenika tvori 3σ-veze sa dva druga atoma ugljenika i jednim atomom vodonika, ležeći u istoj ravni. Šest atoma ugljenika tvori pravilni šesterokut (σ-kostur molekule benzena). Svaki atom ugljenika ima jedan nehibridizirani p-orbital koji sadrži jedan elektron. Šest p-elektrona čine jedan π-elektronski oblak (aromatični sistem), koji je prikazan kao krug unutar šesteročlanog ciklusa. Ugljikovodični radikal dobiven iz benzena naziva se C 6 H 5 - - fenil (Ph-).

Hemijska svojstva benzena

Za benzen su karakteristične reakcije supstitucije koje se odvijaju prema elektrofilnom mehanizmu:

- halogeniranje (benzen u interakciji s klorom i bromom u prisustvu katalizatora - bezvodni AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 \u003d C6H5 -Cl + HCl;

- nitriranje (benzen lako reaguje sa smjesom za nitriranje - mješavinom koncentrirane azotne i sumporne kiseline)

- alkilacija alkenima

C 6 H 6 + CH 2 \u003d CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH (CH 3) 2;

Reakcije adicije benzena dovode do uništenja aromatičnog sistema i odvijaju se samo u teškim uvjetima:

- hidrogeniranje (reakcija se nastavlja zagrijavanjem, katalizator je Pt)

- dodavanje hlora (nastavlja se pod dejstvom UV zračenja sa stvaranjem čvrstog proizvoda - heksaklorocikloheksan (heksakloran) - C 6 H 6 Cl 6)

Kao bilo koji organski spoj benzen ulazi u reakciju sagorijevanja stvarajući ugljični dioksid i vodu kao produkte reakcije (gori dimnim plamenom):

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Fizička svojstva benzena

Benzen je bezbojna tečnost, ali specifičnog oštrog mirisa. Tvori azeotropnu smešu sa vodom, dobro se meša sa eterima, benzinom i raznim organskim rastvaračima. Tačka ključanja - 80,1C, tačka topljenja - 5,5C. Otrovno, kancerogeno (tj. Doprinosi razvoju karcinoma).

Dobivanje i upotreba benzena

Glavne metode za proizvodnju benzena:

- dehidrociklizacija heksana (katalizatori - Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 - (CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2;

- dehidrogenacija cikloheksana (reakcija se nastavlja zagrijavanjem, katalizator je Pt)

C 6 H 12 → C 6 H 6 + 4H 2;

- trimerizacija acetilena (reakcija se odvija zagrijavanjem na 600C, katalizator je aktivni ugljen)

3HC≡CH → C 6 H 6.

Benzen služi kao sirovina za proizvodnju homologa (etilbenzen, kumen), cikloheksana, nitrobenzena, klorobenzena i drugih supstanci. Prije se benzen koristio kao dodatak benzinu za povećanje oktanskog broja, međutim sada je zbog visoke toksičnosti sadržaj benzena u gorivu strogo standardiziran. Ponekad se benzen koristi kao rastvarač.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Zadatak

Zapišite jednadžbe pomoću kojih možete provesti sljedeće transformacije: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Odluka

Za dobivanje acetilena iz metana koristi se sljedeća reakcija: 2CH 4 → C 2 H 2 + 3 H 2 (t \u003d 1400C). Proizvodnja benzena iz acetilena moguća je reakcijom trimerizacije acetilena koja se odvija zagrevanjem (t \u003d 600C) i u prisustvu aktivnog uglja: 3C 2 H 2 → C 6 H 6. Reakcija hlorisanja benzena da bi se dobio hlorobenzen kao proizvod provodi se u prisustvu gvožđe (III) klorida: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

PRIMJER 2

Zadatak	Na 39 g benzena u prisustvu gvozdenog (III) klorida dodan je 1 mol bromne vode. Koju ste količinu supstance i koliko grama proizvoda dobili?
Odluka	Napišimo jednadžbu reakcije bromiranja benzena u prisustvu gvožđe (III) klorida: C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Produkti reakcije su bromobenzen i hidrogen bromid. Molarna masa benzena izračunata pomoću tabele hemijski elementi DI. Mendelejev - 78 g / mol. Pronađimo količinu benzenske supstance: n (C6H6) \u003d m (C6H6) / M (C6H6); n (C6H6) \u003d 39/78 \u003d 0,5 mol. Prema stanju problema, benzen je reagirao sa 1 mol broma. Shodno tome, benzena nema dovoljno i mi ćemo izvršiti daljnje proračune za benzen. Prema jednadžbi reakcije n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br): n (HBr) \u003d 1: 1: 1, dakle n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5 Br) \u003d: n (HBr) \u003d 0,5 mol. Tada će mase bromobenzena i vodonik-bromida biti jednake: m (C6H5Br) \u003d n (C6H5Br) × M (C6H5Br); m (HBr) \u003d n (HBr) × M (HBr). Molarne mase bromobenzena i vodonik-bromida, izračunate pomoću tablice hemijskih elemenata D.I. Mendeleev - 157, odnosno 81 g / mol. m (C6H5Br) \u003d 0,5 x 157 \u003d 78,5 g; m (HBr) \u003d 0,5 × 81 \u003d 40,5 g.
Odgovorite	Produkti reakcije su bromobenzen i hidrogen bromid. Mase bromobenzena i vodonik-bromida iznose 78,5, odnosno 40,5 g.

Fizička svojstva

Benzen i njegovi najbliži homolozi su bezbojne tečnosti specifičnog mirisa. Aromatični ugljovodonici su lakši od vode i u njoj se ne rastvaraju, ali se lako rastvaraju u organskim rastvaračima - alkoholu, etru, acetonu.

Benzen i njegovi homolozi su i sami dobra otapala za mnoge organska materija... Sve arene izgaraju dimnim plamenom zbog visok sadržaj ugljenik u njihovim molekulima.

Fizička svojstva nekih arena prikazana su u tablici.

Tabela. Fizička svojstva nekih arena

Ime	Formula	t ° .pl., ° C	t °. vri., ° C
Benzen	C 6 H 6	5,5	80,1
Toluen (metilbenzen)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Etilbenzen	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ksilen (dimetilbenzen)	C 6 H 4 (CH 3) 2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
par-		13,26	138,35
Propil benzen	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Kumen (izopropilbenzen)	C 6 H 5 CH (CH 3) 2	96,0	152,39
Stiren (vinil benzen)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

Benzen - nisko ključanje ( t bala\u003d 80,1 ° C), bezbojna tečnost, nerastvorljiva u vodi

Pažnja! Benzen - otrov, djeluje na bubrege, mijenja formulu krvi (uz produženo izlaganje), može poremetiti strukturu hromozoma.

Većina aromatičnih ugljikovodika je opasna po život i otrovna.

Dobivanje arena (benzen i njegovi homolozi)

U laboratoriju

1. Fuzija soli benzojeve kiseline sa čvrstim lužinama

C 6 H 5 -COONa + NaOH t →C 6 H 6 + Na 2 CO 3

natrijum benzoat

2. Würz-Fitting reakcija: (ovdje je G halogen)

C 6H 5 -G + 2N / A + R-G →C 6 H 5 - R + 2 N / AD

OD 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

U industriji

• izolirani od nafte i ugljena frakcijskom destilacijom, reforming;
• iz katrana uglja i koksnog plina

1. Dehidrociklizacija alkana sa više od 6 atoma ugljenika:

C 6 H 14 t , kat→ C 6 H 6 + 4 H 2

2. Trimerizacija acetilena (samo za benzen) - r. Zelinsky:

3C 2 H 2 600 ° C , Act. ugalj → C 6 H 6

3. Dehidrogenacija cikloheksan i njegovi homolozi:

Sovjetski akademik Nikolaj Dmitrijevič Zelinski utvrdio je da se benzen formira iz cikloheksana (dehidrogenacija cikloalkana)

C 6 H 12 t, kat→ C 6 H 6 + 3 H 2

C 6 H 11 -CH 3 t , kat→ C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

metilcikloheksantoluen

4. Alkilacija benzena (dobivanje homologa benzena) - p Friedel-Crafts.

C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→ C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl

kloroetan etilbenzen

Hemijska svojstva arena

Ja... REAKCIJE OKSIDACIJE

1. Izgaranje (dimni plamen):

2C 6 H 6 + 15O 2 t → 12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Benzen u normalnim uvjetima ne mijenja boju bromne vode i vodene otopine kalijum permanganata

3. Homolozi benzena oksidiraju se kalijum permanganatom (obezboji kalijum permanganat):

A) u kiselo okruženje na benzoevu kiselinu

Kada su homolozi benzena izloženi kalijum permanganatu i drugim jakim oksidansima, bočni lanci se oksidiraju. Bez obzira koliko je supstitutivni lanac složen, on je uništen, sa izuzetkom atoma a-ugljenika, koji se oksidira u karboksilnu grupu.

Homolozi benzena sa jednim bočnim lancem daju benzojevu kiselinu:

Homolozi koji sadrže dva bočna lanca daju dvobazne kiseline:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 + 28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O

Pojednostavljeno :

C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4→ C 6 H 5 COOH + H 2 O

B) u neutralnim i blago alkalnim solima benzojeve kiseline

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + K ON + 2MnO 2 + H 2 O

II... DODATNE REAKCIJE (teže od alkena)

1. Halogenizacija

C 6 H 6 + 3 Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksaklorocikloheksan - heksakloran)

2. Hidrogeniranje

C 6 H 6 + 3 H 2 t , Pt ili Ni → C 6 H 12 (cikloheksan)

3. Polimerizacija

III. ZAMJENSKE REAKCIJE - jonski mehanizam (lakši od alkana)

1. Halogenizacija -

a ) benzen

C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (klorobenzen)

C 6 H 6 + 6 Cl 2 t, AlCl3→ C 6 Cl 6 + 6HCl( heksaklorobenzen)

C 6 H 6 + Br 2 t, FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( bromobenzen)

b) homolozi benzena pri zračenju ili zagrijavanju

U pogledu hemijskih svojstava, alkilni radikali slični su alkanima. Atomi vodika u njima zamijenjeni su halogenom mehanizmom slobodnih radikala. Stoga, u odsustvu katalizatora pri zagrijavanju ili UV zračenju, dolazi do reakcije radikalne supstitucije u bočnom lancu. Učinak benzenskog prstena na alkilne supstituente dovodi do činjenice da atom vodonika na atomu ugljenika koji je direktno vezan za benzenski prsten (atom ugljenika) se uvek zamenjuje.

1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

c) homolozi benzena u prisustvu katalizatora

C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (smeša ort, par derivata) + HCl

2. Nitriranje (sa azotnom kiselinom)

C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→ C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

nitrobenzen - miris bademi!

C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ OD H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-trinitrotoluen (tol, TNT)

Upotreba benzena i njegovih homologa

Benzen C 6 H 6 je dobro otapalo. Benzen kao dodatak poboljšava kvalitet motornog goriva. Služi kao sirovina za proizvodnju mnogih aromatičnih organskih jedinjenja - nitrobenzen C 6 H 5 NO 2 (otapalo, anilin se dobija iz njega), klorobenzen C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, stiren itd.

Toluen C 6 H 5 –CH 3 je rastvarač koji se koristi u proizvodnji boja, lekova i eksploziva (TNT (tol) ili 2,4,6-trinitrotoluen TNT).

KsileniC 6 H 4 (CH 3) 2. Tehnički ksilen je smjesa tri izomera ( ortho-, meta- i par-xylenes) - koristi se kao otapalo i polazni proizvod za sintezu mnogih organskih jedinjenja.

Izopropilbenzen C 6 H 5 –CH (CH 3) 2 koristi se za dobivanje fenola i acetona.

Derivati \u200b\u200bklora benzena koristi se za zaštitu bilja. Dakle, proizvod supstitucije H atoma u benzenu atomima hlora je heksahlorobenzen S 6 Sl 6 - fungicid; koristi se za suvu obradu sjemena pšenice i raži protiv tvrde šugavke. Proizvod dodavanja klora benzenu - heksahlorocikloheksan (heksahloran) C 6 H 6 Cl 6 - insekticid; koristi se za borbu štetni insekti... Navedene supstance pripadaju pesticidima - hemijskim sredstvima za borbu protiv mikroorganizama, biljaka i životinja.

Stiren C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 vrlo lako polimerizira, stvarajući polistiren i kopolimerišući se sa butadien - stiren butadien gumama.

VIDEO ISKUSTVA