АРЕНЫАРЕНЫ

Цель работы Дать понятие о химическом и электронном строении бензола. Ознакомиться с химическими свойствами бензола, обусловленными его строением. Углубить понятия о химических реакциях. Выявление особенностей химических свойств гомологов по сравнению с бензолом как результат проявления взаимного влияния атомов в молекуле. Развитие понятий гомологии и изомерии.

Ароматические соединения (от греч. árômа благовоние), класс органических циклических соединений, все атомы которых участвуют в образовании единой сопряжённой системы; p-электроны такой системы образуют устойчивую, т. е. замкнутую, электронную оболочку. Название «Ароматические соединения» закрепилось вследствие того, что первые открытые и изученные представители этого класса веществ обладали приятным запахом. Общая формула ароматических углеводородов C n H 2n-6.

Толуол С 6 Н 5 -СН 3 применяется в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил, тол). Ксилолы С 6 Н 4 (СН 3 ) 2 в виде смеси трех изомеров (орто-, мета- и пара-ксилолов) – технический ксилол – применяется как растворитель и исходный продукт для синтеза многих органических соединений. Изопропилбензол (кумол) С 6 Н 4 -СН(СН 3 ) 2 – исходное вещество для получения фенола и ацетона. Винилбензол (стирол) C 6 H 5 -CН=СН 2 используется для получения ценного полимерного материала полистирола.

Строение бензола Бензол С 6 Н 6 – родоначальник ароматических углеводородов. Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp -гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы между каждой парой σ-связей равны 120°. Таким образом, скелет σ-связей представляет собой правильный шестиугольник, в котором все атомы углерода и все σ-связи С-С и С-Н лежат в одной плоскости:

Строение бензола р-Электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних 2 р-АО, расположенных перпендикулярно плоскости σ-скелета бензольного кольца. Они образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.

Формула Кекуле (1865 г): Хоровод обезьянок, взявшихся за руки, - таким увидел Кекуле во сне бензольное кольцо из шести атомов углерода.

Физические свойства: бензол - бесцветная, нерастворимая в воде жидкость со странным запахом. t кип.=80,1 C При охлаждении превращается в белую кристаллическую массу с t пл.=5,5 C. Бензол токсичен (вызывает заболевание крови – лейкемию).

Простейшие представители C 2 H 5 CH 3 C 3 H 7 Бензол Пропилбензол Этилбензол Метилбензол

Изомерия Изомерия обусловлена изомерией углеродного скелета имеющихся радикалов и их взаимным положением в бензольном кольце. Положение двух заместителей указывают с помощью приставок: орто- (о-), если они находятся у соседних углеродных атомов (положение 1, 2), мета- (м-) для разделенных одним атомом углерода (1, 3-) и пара- (п-) для находящихся напротив друг друга (1, 4-). Например, для диметилбензола (ксилола)

Задание для работы Напишите формулы возможных изомеров для ароматического углеводорода с составом С 10 Н 14. Всем веществам дайте названия.

Химические свойства аренов Бензольное ядро обладает высокой прочностью, чем и объясняется склонность ароматических углеводородов к реакциям замещения. В отличие от алканов, которые также склонны к реакциям замещения, ароматические углеводороды характеризуются большой подвижностью атомов водорода в ядре, поэтому реакции галогенирования, нитрования и др. протекают в значительно более мягких условиях, чем у алканов.

Реакции замещения. 1) Галогенирование. При взаимодействии бензола с галогеном (в данном случае с хлором) атом водорода ядра замещается галогеном.

2) Нитрование. При действии на бензол нитрующей смеси атом водорода замещается нитрогруппой (нитрующая смесь – это смесь концентрированных азотной и серной кислот в соотношении 1:2 соответственно).

3) Алкилирование. Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу (алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов (реакция Фриделя-Крафтса) или алкенов в присутствии катализаторов AlCl 3, AlBr 3, FeCl 3 (кислот Льюиса).

Несмотря на склонность бензола к реакциям замещения, он в жестких условиях вступает и в реакции присоединения. Реакции присоединения. 4) Гидрирование. Присоединение водорода осуществляется только в присутствии катализаторов и при повышенной температуре. Бензол гидрируется с образованием циклогексана, а производные бензола дают производные циклогексана.

5) Галогенирование. В условиях радикальных реакций (ультрафиолетовый свет, повышенная температура) возможно присоединение галогенов к ароматическим соединениям. При радикальном хлорировании бензола получен "гексахлоран" (средство борьбы с вредными насекомыми).

В случае гомологов бензола более легко происходит реакция замещения атомов водорода в боковой цепи

Запомните Если в молекуле бензола один из атомов водорода замещен на углеводородный радикал, то в дальнейшем в первую очередь будут замещаться атомы водорода при втором, четвертом и шестом атомах углерода.

6) Реакция окисления К действию окислителей бензол довольно устойчив. Он не поддается окислительному влиянию перманганата калия. Только кислород воздуха при высокой температуре и в присутствии V 2 O 5 окисляет бензол с разрывом кольца. Образуется двухосновная карбоновая кислота, известная как малеиновая, углекислый газ и вода: 7) Горение. 2C 6 H O 2 12CO 2 + 6H 2 O (коптящее пламя).

1) Каталитическая дегидроциклизация алканов, т.е. отщепление водорода с одновременной циклизацией (способ Б.А.Казанского и А.Ф.Платэ). Реакция осуществляется при повышенной температуре с использованием катализатора, например оксида хрома C 7 H 16 C 6 H 5 – CH 3 + 4H 2 2) Каталитическое дегидрирование циклогексана и его производных (Н.Д.Зелинский). В качестве катализатора используется палладиевая чернь или платина при 300°C. C 6 H 12 C 6 H 6 + 3H 2 Получение

3) Циклическая тримеризация ацетилена и его гомологов над активированным углем при 600°C (Н.Д.Зелинский). 3C 2 H 2 C 6 H 6 4) Алкилирование собственно бензола галогенопроизводными (реакция Фриделя- Крафтса) или олефинами. C 6 H 6 + CH 3 Cl C 6 H 5 – CH 3 + HCl C 6 H 6 + CH 2 = CH 2 C 6 H 5 –CH 2 –CH 3

Задание для работы Запишите уравнения химических реакций, в которых: БЕНЗОЛ и МЕТАН БЕНЗОЛ и ЭТИЛЕН –Проявляют одинаковые химические свойства

Применение ароматических углеводородов Бензол С 6 Н 6 используется как исходный продукт для получения различных ароматических соединений – нитробензола, хлорбензола, анилина, фенола, стирола и т.д., применяемых в производстве лекарств, пластмасс, красителей, ядохимикатов и многих других органических веществ.

РЕШИТЕ ЗАДАЧУ: При сжигании органического вещества массой 31,2 г, плотность которого по воздуху равна 2,69, образовался углекислый газ объемом 53,76 л и вода массой 21,6 г. Выведите формулу данного вещества.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: §16. Выполнить задания полученные в ходе урока.

Литература О.С.Габриелян ХИМИЯ -10 Л.А.Цветков ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ -10 Г.Е.РУДЗИТИС ХИМИЯ- 10