Benzén cl2 svetlo. Fyzikálne a chemické vlastnosti benzénu

C6H6 + Cl2 → C6H6CI + HCl

V tomto prípade je katalyzátorom zvyčajne chlorid alebo bromid železa (III). Ako katalyzátory sa môžu tiež použiť chloridy iných kovov, ako je AlCl3, SbCl3, SbCl5 a jód.

Úlohou katalyzátora je aktivovať (polarizovať) halogén, ktorý vykonáva elektrofilnú substitúciu v benzénovom kruhu. V prítomnosti FeCl3

chlórovanie je napríklad podľa schémy:

FeCl3 +: Cl :: Cl: ↔ FeCl-4 + Cl: +

۠۠۠ ۠ ۠۠۠۠۠ ۠ ۠ ۠۠

C6H6 + Cl + → C6H5CI + H +;

H + + Cl2 → HCl + Cl + atď.

Halogén sa môže zaviesť do bočného reťazca v neprítomnosti katalyzátora na svetle alebo pri zahrievaní. Mechanizmus výmeny je v tomto prípade radikálny. Pre toluén možno tieto transformácie vyjadriť schémou:

Halogény patria k substituentom prvého druhu, a preto počas halogenácie benzénu vstupuje druhý atóm halogénu prevažne do polohy n k prvému. Avšak halogény, na rozdiel od iných substituentov prvého druhu, substitúciu sťažujú (v porovnaní s benzénom).

Keď je p-fluórchlórbenzén chlórovaný, tretí atóm halogénu vstupuje do polohy o chlóru, nie fluóru. Preto má indukčný účinok halogénu rozhodujúci vplyv na poradie substitúcie (poloha o k atómu fluóru má veľký kladný náboj, pretože –IF\u003e -ICl): AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

2. Nahradenie aminoskupiny halogénom prostredníctvom intermediárnej tvorby diazo zlúčenín. Táto metóda umožňuje získať akékoľvek halogénové deriváty vrátane derivátov fluóru:

─── → C6H5Cl + N2

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

─── → C6H5Br + Cu2Cl2 + N2

BF4 → C6H5F + N2 + BF3

2.2 Adamantan

Štruktúrne vlastnosti adamantánu určujú jeho neobvyklé fyzikálne a chemické vlastnosti... Adamantán má najvyššiu teplotu topenia uhľovodíkov, rovnú 269 ° C, a hustotu 1,07 g / cm3. Pri zahriatí na 660 ° C je tepelne stabilný v neprítomnosti kyslíka. Pri tlaku 20 kilobarov a teplote 480 ° C a vyššej sa postupne grafitizuje. Adamantán je mimoriadne odolný voči agresívnemu chemickému prostrediu a ani pri zvýšených teplotách neinteraguje s manganistanom draselným, kyselinou chrómovou a koncentrovanou kyselinou dusičnou.

Tabuľka 1 ukazuje závislosť výťažku adamantánu od použitého katalyzátora.

Tabuľka 1. Výsledky izomerizácie TMNB v kvapalnej fáze na adamantán

Reakčné podmienky	Výťažok adamantánu,%
BF3, HF, 23 pri H2, 50 ° C
SbF5, HF, 120 ° C, 5 hodín
A1C13, HC1,40 pri H2, 120 ° C
A1C13, HC1, terc-C4H9CI
A1Br3, terc-C4H9Bg

Izomerizácia TMNB na adamantán sa uskutočňuje podľa schémy:

Z priestorových dôvodov je iba endo izomér schopný ďalšieho prešmyku na adamantán a jeho rovnovážna koncentrácia je asi 0,5% hmotn. %.

Z kinetického hľadiska je endo-TMNB izomerizácia jedným z najpomalších prešmykov nasýtených uhľovodíkov za týchto podmienok: geometrická izomerizácia TMNB (Wagner-Meerweinov prešmyk) prebieha asi 10 000-krát rýchlejšie.

Táto metóda syntézy sa stala základom pre priemyselnú technológiu adamantánu. Ľahkosť tohto preskupenia sa vysvetľuje vysokou termodynamickou stabilitou adamantánu; preto spracovanie všetkých známych izomérov C10H16 s Lewisovými kyselinami nevyhnutne vedie k tomuto polycyklickému základnému uhľovodíku.

Syntéza adamantánu karboxylové kyseliny

Na získanie kyselín adamantánovej série sa široko používa Koch-Haafova reakcia. Ako východiskové materiály sa používajú adamantán, 1-bróm-, 1-hydroxyadamantán a 1-hydroxyadamantán-nitrát.

Kyselina adamantán-1-karboxylová sa získa reakciou 1-bróm- alebo 1-hydroxyadamantánu s kyselinou mravčou v kyseline sírovej alebo adamantánom s kyselinou mravčou alebo sírovou v prítomnosti terc-butylalkoholu.

Ukázalo sa, že maximálny výťažok kyseliny adamantán-1-karboxylovej sa dosiahne v pomere AdOH: HCOOH: H2SO4 \u003d 1: 1: 24. Výťažok klesá s nedostatkom kyseliny mravčej.

Kyselinu adamantán-1-karboxylovú je možné získať z adamantánu v 20% oleu. Predpokladá sa, že reakcia prebieha tvorbou adamantylového katiónu

Na získanie karboxylových kyselín z adamantánu sa používa jeho reakcia s CO2 v kyseline sírovej alebo v oleu (autokláv, 90 - 160 ° C) . Tak sa vytvorí zmes adamantán-1-karboxylovej a adamantán-1,3-dikarboxylovej kyseliny v pomere 1: 6.

Syntéza (1-adamantyl) octová kyselinas z 1-brómu alebo 1-hydroxyadamantánu a dichlóretylénu sa uskutočňujú v 80-100% H2SO4 v prítomnosti BF3 pri 0-15 ° C.

Keď adamantán a jeho deriváty reagujú s trichlóretylénom v prítomnosti 90% kyseliny sírovej, vytvárajú sa zodpovedajúce α-chlóroctové kyseliny.

3-alkyladamantán-1-karboxylové kyseliny sa získavajú z alkyladamantánov v kyseline sírovej v prítomnosti terc-butylalkoholu a 95% kyseliny mravčej.

Adamantan dusičnany.

Reakcia adamantánu s prebytkom 96 - 98% kyseliny dusičnej vedie k 1-nitroxyadamantánu ako hlavnému produktu reakcie 1. 3-dinitroxyadamantán.

Adamantán so zmesou kyseliny dusičnej a octovej interaguje pomalšie ako s kyselinou dusičnou a maximálny výťažok dusičnanov 80% sa dosiahne za 3 hodiny. Jediným vedľajším produktom reakcie je adamantol-1.

DEFINÍCIA

Benzén (cyklohexatrién - 1,3,5) - organická hmota, najjednoduchší predstaviteľ série aromatické uhľovodíky.

Vzorec - C6H6 (štruktúrny vzorec - obr. 1). Molekulová hmotnosť - 78, 11.

Obrázok: 1. Štrukturálne a priestorové vzorce benzénu.

Všetkých šesť atómov uhlíka v molekule benzénu je v sp2 hybridnom stave. Každý atóm uhlíka vytvára väzby 3σ s dvoma ďalšími atómami uhlíka a jedným atómom vodíka ležiacim v rovnakej rovine. Šesť atómov uhlíka tvorí pravidelný šesťuholník (σ-skelet molekuly benzénu). Každý atóm uhlíka má jeden nehybridizovaný p-orbitál obsahujúci jeden elektrón. Šesť p-elektrónov vytvára jeden oblak π-elektrónov (aromatický systém), ktorý je znázornený ako kruh vo vnútri šesťčlenného cyklu. Uhľovodíkový radikál získaný z benzénu sa nazýva C6H5 - - fenyl (Ph-).

Chemické vlastnosti benzénu

Pre benzén sú charakteristické substitučné reakcie prebiehajúce podľa elektrofilného mechanizmu:

- halogenácia (benzén interaguje s chlórom a brómom v prítomnosti katalyzátorov - bezvodý AlCl3, FeCl3, AlBr3)

C6H6 + Cl2 \u003d C6H5-Cl + HCl;

- nitrácia (benzén ľahko reaguje s nitračnou zmesou - zmesou koncentrovanej kyseliny dusičnej a sírovej)

- alkylácia alkénmi

C6H6 + CH2 \u003d CH-CH3 → C6H5-CH (CH3) 2;

Adičné reakcie na benzén vedú k deštrukcii aromatického systému a prebiehajú iba za ťažkých podmienok:

- hydrogenácia (reakcia prebieha zahrievaním, katalyzátorom je Pt)

- pridanie chlóru (postupuje sa pri pôsobení UV žiarenia za vzniku pevného produktu - hexachlórcyklohexán (hexachlóran) - C6H6CI6)

Ako každý organická zlúčenina benzén vstupuje do spaľovacej reakcie s tvorbou oxidu uhličitého a vody ako reakčných produktov (horí dymovým plameňom):

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Fyzikálne vlastnosti benzénu

Benzén je bezfarebná kvapalina, ale so špecifickým ostrým zápachom. Tvorí azeotropickú zmes s vodou, dobre sa mieša s étermi, benzínom a rôznymi organickými rozpúšťadlami. Teplota varu - 80,1 ° C, teplota topenia - 5,5 ° C. Toxický, karcinogén (t.j. prispieva k rozvoju rakoviny).

Získanie a použitie benzénu

Hlavné metódy výroby benzénu:

- dehydrocyklizácia hexánu (katalyzátory - Pt, Cr 3 O 2)

CH3 - (CH2) 4-CH3 → C6H6 + 4H2;

- dehydrogenácia cyklohexánu (reakcia prebieha zahrievaním, katalyzátorom je Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

- trimerácia acetylénu (reakcia prebieha pri zahriatí na 60 ° C, katalyzátorom je aktívne uhlie)

3HC≡CH → C6H6.

Benzén slúži ako surovina na výrobu homológov (etylbenzén, kumén), cyklohexánu, nitrobenzénu, chlórbenzénu a ďalších látok. Predtým sa benzín používal ako prísada do benzínu na zvýšenie jeho oktánového čísla, v súčasnosti je však obsah benzénu v palive kvôli vysokej toxicite prísne štandardizovaný. Niekedy sa ako rozpúšťadlo používa benzén.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Úloha

Zapíšte si rovnice, pomocou ktorých môžete vykonávať nasledujúce transformácie: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Rozhodnutie

Na získanie acetylénu z metánu sa použije nasledujúca reakcia: 2CH4 → C2H2 + 3H2 (t \u003d 1400 ° C). Výroba benzénu z acetylénu je možná trimeračnou reakciou acetylénu prebiehajúcou pri zahriatí (t \u003d 60 ° C) a v prítomnosti aktívneho uhlia: 3C 2 H 2 → C 6 H 6. Chloračná reakcia benzénu za získania chlórbenzénu ako produktu sa uskutočňuje v prítomnosti chloridu železitého: C6H6 + Cl2 → C6H5CI + HCl.

PRÍKLAD 2

Úloha	K 39 g benzénu v prítomnosti chloridu železitého sa pridal 1 mol brómovej vody. Aké množstvo látky a koľko gramov z akých produktov ste dostali?
Rozhodnutie	Napíšeme rovnicu pre reakciu bromácie benzénu v prítomnosti chloridu železitého: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr. Reakčnými produktmi sú brómbenzén a bromovodík. Molárna hmota benzén vypočítaný pomocou tabuľky chemické prvky DI. Mendelejev - 78 g / mol. Nájdeme množstvo benzénovej látky: n (C6H6) \u003d m (C6H6) / M (C6H6); n (C6H6) \u003d 39/78 \u003d 0,5 mol. Podľa stavu problému reagoval benzén s 1 mol brómu. V dôsledku toho je benzénu nedostatok a urobíme ďalšie výpočty pre benzén. Podľa reakčnej rovnice n (C6H6): n (C6H5Br): n (HBr) \u003d 1: 1: 1, teda n (C6H6) \u003d n (C6H5Br) \u003d: n (HBr) \u003d 0,5 mol. Potom budú hmotnosti brómbenzénu a bromovodíka rovnaké: m (C6H5Br) \u003d n (C6H5Br) × M (C6H5Br); m (HBr) \u003d n (HBr) × M (HBr). Molárne hmotnosti brómbenzénu a bromovodíka vypočítané pomocou tabuľky chemických prvkov D.I. Mendelejev - 157, respektíve 81 g / mol. m (C6H5Br) \u003d 0,5 x 157 \u003d 78,5 g; m (HBr) \u003d 0,5 x 81 \u003d 40,5 g.
Odpoveď	Reakčnými produktmi sú brómbenzén a bromovodík. Hmotnosti brómbenzénu sú 78,5 g a bromovodíka 40,5 g.

Fyzikálne vlastnosti

Benzén a jeho najbližšie homológy sú bezfarebné kvapaliny so špecifickým zápachom. Aromatické uhľovodíky sú ľahšie ako voda a nerozpúšťajú sa v nej, ľahko sa však rozpúšťajú v organických rozpúšťadlách - alkohole, éteri, acetóne.

Benzén a jeho homológy sú pre mnohých ľudí dobrým rozpúšťadlom organická hmota... Všetky arény horia dymovým plameňom kvôli vysoký obsah uhlík v ich molekulách.

Fyzikálne vlastnosti niektorých arén sú uvedené v tabuľke.

Tabuľka. Fyzikálne vlastnosti niektorých arén

názov	Vzorec	t ° .pl., ° C	t. var., ° C
Benzén	C 6 H 6	5,5	80,1
Toluén (metylbenzén)	C6H5CH3	95,0	110,6
Etylbenzén	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Xylén (dimetylbenzén)	C6H4 (CH3) 2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
pár-		13,26	138,35
Propylbenzén	C6H5 (CH2) 2CH3	99,0	159,20
Kumén (izopropylbenzén)	C6H5CH (CH3) 2	96,0	152,39
Styrén (vinylbenzén)	C6H5CH \u003d CH2	30,6	145,2

Benzén - nízkovriace ( t balík\u003d 80,1 ° C), bezfarebná kvapalina, nerozpustná vo vode

Pozor! Benzén - jed, pôsobí na obličky, mení krvný vzorec (pri dlhodobej expozícii), môže narušiť štruktúru chromozómov.

Väčšina aromatických uhľovodíkov je život ohrozujúcich a toxických.

Získavanie arénov (benzén a jeho homológy)

V laboratóriu

1. Fúzia solí kyseliny benzoovej s tuhými zásadami

C6H5-COONa + NaOH t →C6H6 + Na2C03

benzoát sodný

2. Würz-Fittingova reakcia: (tu G je halogén)

C 6H 5 -G + 2Na + R-G →C. 6 H 5 - R + 2 NaD

ZO 6 H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl

V priemysle

• izolovaný z ropy a uhlia frakčnou destiláciou, reformovaním;
• z uhoľného dechtu a koksárenského plynu

1. Dehydrocyklizácia alkánov s viac ako 6 atómami uhlíka:

C 6 H 14 t , kat→ C6H6 + 4H2

2. Orezávanie acetylénom (iba pre benzén) - r. Zelinsky:

3C 2 H 2 600 ° C. , Zák. uhlie → C6H6

3. Dehydrogenácia cyklohexán a jeho homológy:

Sovietsky akademik Nikolaj Dmitrijevič Zelinský uviedol, že benzén vzniká z cyklohexánu (dehydrogenácia cykloalkánov)

C 6 H 12 t, kat→ C6H6 + 3H2

C6Hn-CH3 t , kat→ C6H5-CH3 + 3H2

metylcyklohexantoluén

4. Alkylácia benzénu (získanie homológov benzénu) - p Friedel-Crafts.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→ C6H5-C2H5 + HCl

chlóretán etylbenzén

Chemické vlastnosti arénov

Ja... OXIDAČNÉ REAKCIE

1. Spaľovanie (dymový plameň):

2C6H6 + 15O2 t → 12CO 2 + 6 H 2 O + Q

2. Benzén za normálnych podmienok nezmenil farbu brómovej vody a vodného roztoku manganistanu draselného

3. Homológy benzénu sa oxidujú manganistanom draselným (odfarbujú manganistan draselný):

A) v kyslé prostredie na kyselinu benzoovú

Pôsobením manganistanu draselného a iných silných oxidantov na homológy benzénu dochádza k oxidácii bočných reťazcov. Bez ohľadu na to, aký zložitý je reťazec substituenta, je zničený, s výnimkou atómu a-uhlíka, ktorý sa oxiduje na karboxylovú skupinu.

Homológy benzénu s jedným bočným reťazcom poskytujú kyselinu benzoovú:

Homológy obsahujúce dva bočné reťazce poskytujú kyseliny dvojsýtne:

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

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

Zjednodušené :

C6H5-CH3 + 3O KMnO4→ C6H5COOH + H20

B) v neutrálnych a mierne zásaditých až soliach s kyselinou benzoovou

C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COOК + K ОН + 2MnO 2 + H 2 O

II... DODATOČNÉ REAKCIE (tvrdšie ako alkény)

1. Halogenácia

C6H6 + 3CI2 h ν → C6H6CI6 (hexachlórcyklohexán - hexachlór)

2. Hydrogenácia

C6H6 + 3H2 t , Pt alebo Ni → C6H12 (cyklohexán)

3. Polymerizácia

III. NÁHRADNÉ REAKCIE - iónový mechanizmus (ľahší ako alkány)

1. Halogenácia -

a ) benzén

C6H6 + Cl2 AlCl 3 → C6H5-Cl + HCl (chlórbenzén)

C6H6 + 6CI2 t, AlCl3→ C6CI6 + 6HCI( hexachlórbenzén)

C6H6 + Br2 t, FeCl3→ C6H5-Br + HBr( brómbenzén)

b) homológy benzénu po ožiarení alebo zahriatí

Z hľadiska chemických vlastností sú alkylové radikály podobné alkánom. Atómy vodíka v nich sú nahradené halogénom mechanizmom voľných radikálov. Preto v neprítomnosti katalyzátora pri zahrievaní alebo ožarovaní ultrafialovým žiarením dochádza v bočnom reťazci k radikálnej substitučnej reakcii. Účinok benzénového kruhu na alkylové substituenty vedie k tomu, že atóm vodíka na atóme uhlíka priamo viazanom na benzénový kruh (atóm a-uhlíka) je vždy nahradený.

1) C6H5-CH3 + Cl2 h ν → C6H5-CH2-Cl + HCl

c) homológy benzénu v prítomnosti katalyzátora

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (zmes ORL, pár derivátov) + HCl

2. Nitrácia (kyselinou dusičnou)

C6H6 + HO-NO2 t, H2SO4→ C6H5-N02 + H20

nitrobenzén - vôňa mandle!

C6H5-CH3 + 3HO-N02 t, H2SO4→ ZO H3-C6H2 (N02) 3 + 3H20

2,4,6-trinitrotoluén (tol, TNT)

Použitie benzénu a jeho homológov

Benzén C6H6 je dobré rozpúšťadlo. Benzén ako prísada zlepšuje kvalitu motorového paliva. Slúži ako surovina na výrobu mnohých aromatických organických zlúčenín - nitrobenzén C 6 H 5 NO 2 (rozpúšťadlo, získava sa z neho anilín), chlórbenzén C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, styrén atď.

Toluén C6H5-CH3 je rozpúšťadlo používané na výrobu farieb, liečiv a výbušnín (TNT (tol) alebo 2,4,6-trinitrotoluén TNT).

XylényC6H4 (CH3) 2. Technický xylén je zmesou troch izomérov ( orto-, meta- a pár-xylény) - sa používa ako rozpúšťadlo a východiskový produkt pre syntézu mnohých organických zlúčenín.

Izopropylbenzén C6H5-CH (CH3) 2 sa použije na získanie fenolu a acetónu.

Chlórové deriváty benzénu používané na ochranu rastlín. Produkt substitúcie atómov H v benzéne atómami chlóru je teda hexachlórbenzén С 6 Сl 6 - fungicíd; používa sa na suché opracovanie semien pšenice a raže proti tvrdej plesni. Produktom pridania chlóru k benzénu je hexachlórcyklohexán (hexachlór) С 6 Н 6 Сl 6 - insekticíd; používa sa na boj škodlivý hmyz... Uvedené látky sú pesticídy - chemické prostriedky na boj proti mikroorganizmom, rastlinám a zvieratám.

Styrén C6H5-CH \u003d CH2 polymerizuje veľmi ľahko, vytvára polystyrén a kopolymerizuje s butadién-styrén-butadiénovými gumami.

VIDEO SKÚSENOSTI