Първата група реакции са реакции на заместване. Казахме, че арените нямат множество връзки в структурата на молекулата, но съдържат конюгирана система от шест електрона, която е много стабилна и дава допълнителна сила на бензеновия пръстен. Следователно при химичните реакции на първо място се получава заместването на водородните атоми, а не разрушаването на бензеновия пръстен.

Вече сме срещали реакции на заместване, когато говорим за алкани, но за тях тези реакции протичат по радикален механизъм, докато арените се характеризират с йонния механизъм на реакциите на заместване.

Първиятхимично свойство - халогениране. Заместване на водороден атом с халогенен атом - хлор или бром.

Реакцията протича с нагряване и винаги с участието на катализатор. В случай на хлор, това може да бъде алуминиев хлорид или железен хлорид три. Катализаторът поляризира халогенната молекула, което води до разцепване на хетеролитична връзка и йони.

Положително зареден хлорен йон и реагира с бензен.

Ако реакцията се случи с бром, тогава катализаторът е железен бромид или алуминиев бромид.

Важно е да се отбележи, че реакцията протича с молекулен бром, а не с бромна вода. Бензенът не реагира с бромна вода.

Халогенирането на бензолните хомолози има свои собствени характеристики. В молекулата на толуола метиловата група улеснява заместването в пръстена, реактивността се увеличава и реакцията протича при по-меки условия, т.е. вече при стайна температура.

Важно е да се отбележи, че заместването винаги се извършва в орто и пара позиции, така че се получава смес от изомери.

Второсвойство - нитриране на бензен, въвеждане на нитро група в бензеновия пръстен.

Образува се тежка жълтеникава течност с мирис на горчиви бадеми - нитробензол, така че реакцията може да бъде качествена за бензола. За нитриране се използва нитрираща смес от концентрирана азотна и сярна киселини. Реакцията се провежда с нагряване.

Позволете ми да ви напомня, че за нитрирането на алкани в реакцията на Коновалов използвахме разредена азотна киселина без добавяне на сярна киселина.

При нитриране на толуен, както и при халогениране, се образува смес от орто и пара изомери.

Третосвойство - алкилиране на бензен с халоалкани.

Тази реакция позволява въвеждането на въглеводороден радикал в бензеновия пръстен и може да се счита за начин за получаване на бензолни хомолози. Алуминиевият хлорид се използва като катализатор, който подпомага разграждането на халоалкановата молекула в йони. Отоплението също е необходимо.

Четвъртосвойство - алкилиране на бензен с алкени.

По този начин можете да получите например кумен или етилбензол. Катализаторът е алуминиев хлорид.

2. Реакции на присъединяване към бензола

Втората група реакции са реакциите на присъединяване. Казахме, че тези реакции не са типични, но са възможни при доста тежки условия с разрушаването на пиелектронния облак и образуването на шест сигма връзки.

Петосвойство в общия списък - хидрогениране, добавяне на водород.

Температура, налягане, катализатор никел или платина. Толуолът може да реагира по същия начин.

Шестосвойство - хлориране. Моля, обърнете внимание, че говорим конкретно за взаимодействието с хлор, тъй като бромът не влиза в тази реакция.

Тази реакция протича при силно ултравиолетово лъчение. Образува се хексахлороциклохексан, друго име е хексахлоран, твърдо вещество.

Важно е да запомните, че за бензола невъзможно реакции на добавяне на водородни халогениди (хидрохалогениране) и добавяне на вода (хидратация).

3. Заместване в страничната верига на бензолни хомолози

Третата група реакции се отнася само до бензолни хомолози - това е заместването в страничната верига.

Седмосвойство в общия списък - халогениране при алфа въглеродния атом в страничната верига.

Реакцията протича при нагряване или облъчване и винаги само върху алфа въглерод. С продължаването на халогенирането вторият халогенен атом ще се върне в алфа позиция.

4. Окисление на бензолни хомолози

Четвъртата група реакции е окисляването.

Бензеловият пръстен е твърде силен, така че бензен не се окислява калиев перманганат - не обезцветява разтвора му. Това е много важно да запомните.

Но хомолозите на бензола се окисляват от подкислен разтвор на калиев перманганат при нагряване. И това е осмото химично свойство.

Оказва се бензоена киселина. Наблюдава се обезцветяване на разтвора. В този случай, независимо колко дълга е въглеродната верига на заместителя, тя винаги се прекъсва след първия въглероден атом и алфа атомът се окислява до карбоксилната група с образуването на бензоена киселина. Останалата част от молекулата се окислява до съответната киселина или, ако е само един въглероден атом, до въглероден диоксид.

Ако бензоловият хомолог има повече от един въглеводороден заместител на ароматния пръстен, тогава окислението протича по същите правила - въглеродът в алфа позиция се окислява.

Този пример произвежда двуосновна ароматна киселина, наречена фталова киселина.

Особено бих отбелязал окисляването на кумена, изопропилбензола, от атмосферен кислород в присъствието на сярна киселина.

Това е така нареченият кумолов метод за производство на фенол. Като правило човек трябва да се справи с тази реакция по въпроси, свързани с производството на фенол. Това е индустриален начин.

Деветисвойство - горене, пълно окисляване с кислород. Бензенът и неговите хомолози изгарят до въглероден диоксид и вода.

Нека напишем уравнението на изгарянето на бензола в общ вид.

Според закона за запазване на масата в ляво трябва да има толкова атоми, колкото вдясно. Тъй като при химичните реакции атомите не изчезват, но редът на връзките между тях просто се променя. Така че ще има толкова молекули въглероден диоксид, колкото са въглеродните атоми в молекулата на арената, тъй като молекулата съдържа един въглероден атом. Тоест n молекули CO 2. Водните молекули ще бъдат наполовина по-малко от водородните атоми, т.е. (2n-6) / 2, което означава n-3.

Кислородните атоми отляво и отдясно са еднакви. Вдясно има 2n въглероден диоксид, тъй като всяка молекула има два кислородни атома, плюс n-3 от водата, общо 3n-3. Вляво има еднакъв брой кислородни атоми - 3n-3, което означава, че има половината от броя на молекулите, тъй като молекулата съдържа два атома. Това е (3n-3) / 2 молекули кислород.

По този начин ние съставихме уравнението на горенето за бензолни хомолози в общ вид.

PRTSVSH (F) FGBOU VPO

Катедра "Пожарна безопасност"

Тест

по дисциплината "Теория на горенето и експлозиите"

Задача номер 1

Определете специфичното теоретично количество и обем въздух, необходими за пълно изгаряне на бензолни пари. Условията, в които се намира въздухът, се характеризират с температурата Tg и налягането Pw, а бензолните пари - с температурата Tg и налягането Pg. Изразете резултатите от изчисленията в следните единици :; ;;;

Първоначални данни (N - номер на група, n - номер според списъка на учениците:

TV \u003d 300 + (- 1) N * 2 * N - (- 1) n * 0.2 * n \u003d 277.6 K

Рв \u003d? 10 3 \u003d 95900 Pa;

Tg \u003d 300? (? 1) N? 2? N? (? 1) n? 0.2? N \u003d 321.6 K;

Pr \u003d? 10 3 \u003d 79400 Pa.

C6H6 + 7.5O2 + 7.5? 3.76N2 \u003d 6CO2 + 3pO + 7.5? 3.76N2 + Qp (1),

където Qр е топлината на химична реакция. От това уравнение могат да се определят стехиометричните коефициенти на бензен и молекулен кислород: Vg \u003d 1, V0 \u003d 7,5

2. Специфично теоретично количество въздух - броят киломола въздух, необходими за пълното изгаряне на един киломол бензен, се изчислява по формулата:

където 4,76 е количеството въздух, съдържащо единица кислород, \u003d е съотношението на стехиометричните коефициенти на молекулярния кислород (Vо) и бензола (Vg)

Замествайки в (d) стойностите на Vо и Vg, получаваме:

3. Обемът на въздуха, необходим за пълно изгаряне на един киломол бензен се определя, както следва:

където е обемът на един киломол въздух при температура Tv и налягане Pw. Стойността се изчислява по формулата

където 22,4 е моларният обем на газа при нормални условия, Po \u003d 101325 Pa е нормалното налягане, To \u003d 273 K е нормалната температура.

Замествайки Tv, To, Pv, Po в (5), получаваме

Специфичният теоретичен обем на въздуха се изчислява по формулата (4):

4. Обемът на въздуха, необходим за пълно изгаряне на единица обем газообразно гориво, се определя, както следва:

където е обемът на един киломол гориво - бензолни пари при температура Tg и налягане Pg. Като се има предвид това

и замествайки (8) и (5) в (7), получаваме следния израз за специфичния теоретичен обем въздух:

Изчисляваме стойността на този параметър на горивния процес:

Обемът на въздуха, необходим за пълно изгаряне на един килограм бензен се определя, както следва:

където е моларната маса на горивото - масата на един киломол бензен, изразена в килограми. Моларната маса на бензола е числено равна на молекулното му тегло се намира по формулата:

Ac? Nc + An? Nn, UiAi? Ni (11)

където Ac и An са атомните тегла на въглерода и водорода, nc и nн са броят на въглеродните атоми в бензолната молекула. Замествайки стойностите на Ac \u003d 12, nc \u003d 6, An \u003d 1, nн \u003d 6, получаваме:

Намираме специфичния теоретичен обем на въздуха, като заместваме стойностите на n във и във формулата (10):

Резултат от изчислението:

Задача номер 2

Определете конкретното теоретично количество, обем и състав на продуктите от горенето на бензен, ако са известни съотношението на излишния въздух β, температурата Tp и налягането Pp на продуктите от горенето, температурата Tg и налягането Pg на бензолните пари. Резултатите от изчисленията се изразяват в молни фракции (в проценти) и в следните единици :; ;;

Първоначални данни:

c \u003d 1,5 + (? 1) N? 0,1? N? (? 1) n? 0,01? n \u003d 0,2;

Pp \u003d? 10 3 \u003d 68400 Pa;

Тп \u003d 1600? (? 1) N? 20? N? (? 1) n? 2? N \u003d 1816 K;

Tg \u003d 273? (? 1) N? 2? N + (? 1) n? 0.2? N \u003d 295.4 K;

Pr \u003d? 10 3 \u003d 111600 Pa;

разтвор (N \u003d 11, n \u003d 2).

1. Нека запишем стехиометричното уравнение на реакцията на горене на бензен във въздуха:

С 6 Н 6 + 7.5О 2 +7.5? 3.76N 2 \u003d 6CO 2 + 3H 2 O + 7.5? 3.76N 2 + Qp, (1)

където Qp е топлината на химична реакция. От това уравнение определяме следните стехиометрични коефициенти:

V CO2 \u003d 6, V pO \u003d 3, V C6H6 \u003d 1, V O2 \u003d 7,5, V N2 \u003d 7,5? 3,76

2. Определете приблизителното количество продукти от горенето на един киломол гориво:

Замествайки в (2) стойностите на стехиометричните коефициенти на продуктите от горенето и горивото, получаваме:

3. Конкретно теоретично количество въздух - броят киломола въздух, необходим за пълно изгаряне на един киломол гориво, ще бъде определен по формулата:

Където 4.76 е количеството въздух, което съдържа единица кислород,

Съотношението на стехиометричните коефициенти на молекулярния кислород и бензола.

Замествайки в (4) стойностите V O2 \u003d 7,5 и V C6H6 \u003d 1, получаваме:

4. Излишното количество въздух на 1 Kmole гориво се определя от израза:

бензолна пара въздух за горене

Заместване в този израз на стойностите

37,7(0,2-1)=30,16(7)

5. Общото количество продукти от горенето на единица количество горивно вещество се определя от сумата:

След заместване на стойности и получаваме:

6. Молните фракции на продуктите от горенето, изразени като процент, се определят, както следва:

Във формули (9) за моларните фракции на азот и кислород в продуктите от горенето 0.79 и 0.21 са моларните фракции на тези вещества във въздуха, излишъкът от които води до увеличаване на фракцията на азот и появата на кислород в продуктите от горенето.

7. За да се определят специфичните обеми и продуктите от горенето, е необходимо да се изчисли техният моларен обем - обемът на един киломол газ при условията, при които продуктите са:

където 22,4 е обемът на един киломол газ при нормални условия, T 0 \u003d 273K е нормалната температура, Po \u003d 101325Pa е нормалното налягане.

Замествайки в (10) стойностите, Po, To, получаваме:

Обемът на продуктите, които се образуват при изгарянето на един килограм гориво, с изключение на излишния въздух, се изчислява, както следва:

където е моларната маса на горивото - масата на един киломол бензен, изразена в килограми. Моларната маса на бензола се намира по формулата:

където Ac и An са атомните тегла на въглерод (12) и водород (1), n \u200b\u200bc и n n са броят на въглеродните атоми (6) и водород (6) в бензолни (C 6 H 6) молекули.

Замествайки стойностите и в (12) получаваме

Обемът на излишния въздух на 1 килограм гориво се определя, както следва:

където е обемът на един киломол излишен въздух, който е в състава на продуктите от горенето. Тъй като температурата и налягането на излишния въздух съответстват на температурата и налягането на продуктите от горенето, тогава \u003d \u003d 220,7.

Замествайки тази стойност, както и в (14), получаваме:

За да изчислим специфичния обем на продуктите от пълно изгаряне на гориво, ще приемем, че бензолните пари имат температура Tg при налягане:

където е обемът на един киломол бензолни пари при температура Tg и налягане Pr. Моларният обем на горивото се изчислява по формулата:

Замествайки получената стойност и такива стойности в (17), получаваме:

Излишният обем въздух на един кубичен метър бензолна пара се определя, както следва:

Подмяна в (20) на стойностите \u003d 30,16, \u003d и

дава следния изход:

Общият специфичен обем на продуктите от горенето, отчитайки излишния въздух, се определя от сумата

Резултат от изчислението:

X CO2 \u003d%; X H20 \u003d 4,4%; X N2 \u003d%; X O2 \u003d 11,7%

Подобни документи

Изчисляване на коефициента на запалимост на нитробензол С6Н5NО2 и въглероден дисулфид CS2. Реакционното уравнение за горенето на пропилацетат във въздуха. Изчисляване на обема на въздуха и продуктите от горенето по време на горенето на горим газ. Определяне на точката на възпламеняване на толуола по формулата на В. Блинов.

тест, добавен на 08.08.2017


Изчисляване на обема на въздуха и продуктите от горенето, образувани при изгарянето на дадено вещество. Реакционното уравнение за горенето на етилен гликол във въздуха. Изгаряне на смес от горими газове. Изчисляване на адиабатната температура на горене за стехиометрична смес. Изгаряне на пропанол.

тест, добавен на 17.10.2012


Тип горене и основните му параметри. Химическа трансформация на гориво и окислител в продукти на горенето. Уравнения на материалния и топлинен баланс на реакцията на горене. Влияние на съотношението на излишния въздух върху състава на продуктите от горенето и температурата на горене.

тест, добавен на 17.01.2013


Определяне на обема на въздуха, необходим за пълно изгаряне на единица маса горимо вещество. Състав на продуктите от горенето с единица маса на горимо вещество. Граници на разпространение на пламъка на смеси от газ, пара, прах и въздух. Експлозивно налягане при разлагане.

курсова работа, добавена на 23.12.2013


Разработване на мерки за предотвратяване възникването на пожари и експлозии, оценка на условията за тяхното развитие и потушаване. Концепцията за степента на прегаряне, начинът за определянето му. Процедурата за съставяне на уравнението на реакцията на горене. Изчисляване на обема въздух, необходим за запалване.

курсова работа, добавена на 10.10.2014


Определяне на състава на продуктите от пълно изгаряне на газ. Изчисляване на адиабатната температура на горене на газова смес при постоянен обем и при постоянно налягане. Кинетични константи на реакцията на самозапалване на природния газ. Граница на запалимост на газовата смес.

курсова работа, добавена на 19.02.2014г


Характеризиране на индустриални методи за алкилиране на бензен с пропилен. Принципи на бензолно алкилиране с олефини в химическата технология. Проблеми при проектирането на технологични единици за бензолно алкилиране. Описание на технологията на производствения процес.

теза, добавена 15.11.2010


Изгарянето като мощен процес на окисляване. Видове горене: тлеене и изгаряне с пламък. Експлозията като специален случай на горене. Електрически свойства на пламъка. Разнообразие от продукти на изгаряне в резултат на непълно изгаряне на гориво. Филтриране на дим през вода.

научна работа, добавена на 29.07.2009


Определяне на обема на въздуха, необходим за пълно изгаряне на дадено количество пропан. Изчисляване на промяната в енталпията, ентропията и енергията на Гибс, като се използват последствия от закона на Хес. Определяне на моларни маси в еквиваленти на окислител и редуктор.

тест, добавен на 08.08.2012


Методи за определяне на консумацията на абсорбиращо масло, концентрацията на бензен в абсорбиращото масло, напускащо абсорбера. Изчисляване на диаметъра и височината на опакования абсорбатор. Определяне на необходимата нагревателна повърхност в куба на колоната и разхода на нагряваща пара.

Ароматна HC (арени) Представляват въглеводороди, молекулите на които съдържат един или повече бензенови пръстени.

Примери за ароматни въглеводороди:

Арени от бензолна серия (моноциклични арени)

Обща формула:C n H 2n-6, n≥6

Най-простият представител на ароматните въглеводороди е бензенът, неговата емпирична формула е С 6 Н 6.

Електронната структура на бензолната молекула

Общата формула за моноциклични арени CnH2n -6 показва, че те са ненаситени съединения.

През 1856 г. немският химик А.Ф. Кекуле предложи циклична формула на бензен с конюгирани връзки (редуващи се единични и двойни връзки) - циклохексатриен-1,3,5:

Тази структура на бензолната молекула не обяснява много от свойствата на бензола:

• за бензола са характерни реакциите на заместване, а не реакциите на присъединяване, характерни за ненаситените съединения. Реакциите на добавяне са възможни, но са по-трудни, отколкото за;
• бензенът не влиза в реакции, които са качествени реакции към ненаситени въглеводороди (с бромова вода и разтвор на KMnO 4).

Проведените по-късно проучвания за електронна дифракция показват, че всички връзки между въглеродните атоми в бензолната молекула имат еднаква дължина от 0,140 nm (средната стойност между дължината на единична C-C връзка е 0,154 nm и двойна връзка C \u003d C 0,134 nm). Ъгълът между връзките за всеки въглероден атом е 120 °. Молекулата е правилен плосък шестоъгълник.

Съвременната теория за обяснение на структурата на молекулата C 6 H 6 използва концепцията за хибридизация на атомните орбитали.

Въглеродните атоми в бензола са в състояние на sp 2-хибридизация. Всеки "С" атом образува три σ-връзки (две с въглеродни атоми и една с водороден атом). Всички σ-връзки са в една и съща равнина:

Всеки въглероден атом има един р-електрон, който не участва в хибридизацията. Нехибридизираните p-орбитали на въглеродните атоми са разположени в равнина, перпендикулярна на равнината на σ-връзките. Всеки p-облак се припокрива с два съседни p-облака и в резултат се образува една конюгирана π-система (не забравяйте конюгационния ефект на p-електроните в 1,3-бутадиеновата молекула, обсъдена в темата "Диенови въглеводороди"):

Извиква се комбинацията от шест σ-връзки с една π-система ароматна връзка.

Нарича се цикъл от шест въглеродни атома, свързани с ароматна връзка бензенов пръстенили бензолно ядро.

В съответствие със съвременните представи за електронната структура на бензола, молекулата C 6 H 6 е изобразена по следния начин:

Физични свойства на бензола

Бензенът при нормални условия е безцветна течност; t o pl \u003d 5,5 за С; за бала. \u003d 80 за С; има характерна миризма; не се смесва с вода, добър разтворител, силно токсичен.

Химични свойства на бензола

Ароматната връзка определя химичните свойства на бензола и други ароматни въглеводороди.

6π-електронната система е по-стабилна от конвенционалните двуелектронни π-връзки. Следователно реакциите на присъединяване са по-малко типични за ароматните въглеводороди, отколкото за ненаситените въглеводороди. Реакциите на заместване са най-типичните за арените.

Аз... Реакции на заместване

1. Халогениране

2. Нитрация

Реакцията се провежда със смес от киселини (нитрираща смес):

3. Сулфониране

4. Алкилиране (заместване на "Н" атома с алкилова група) - реакции на Фридел-Крафтс, образуват се бензолни хомолози:

Вместо халоалкани могат да се използват алкени (в присъствието на катализатор - AlCl 3 или неорганична киселина):

II... Реакции на добавяне

1. Хидрогениране

2. Добавяне на хлор

III. Реакции на окисление

1. Изгаряне

2С 6 Н 6 + 15О 2 → 12СО 2 + 6Н 2 О

2. Непълно окисление (KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 в кисела среда). Бензеновият пръстен е устойчив на окислители. Не се получава реакция.

Получаване на бензен

В индустрията:

1) преработка на нефт и въглища;

2) дехидрогениране на циклохексан:

3) дехидроциклизация (ароматизация) на хексан:

В лабораторията:

Сливане на соли на бензоена киселина с:

Изомеризъм и номенклатура на бензолни хомолози

Всеки бензолен хомолог има странична верига, т.е. алкилови радикали, свързани с бензеновия пръстен. Първият бензолен хомолог е бензенов пръстен, свързан с метилов радикал:

Толуолът няма изомери, тъй като всички позиции в бензеновия пръстен са еквивалентни.

За последващи хомолози на бензола е възможен един вид изомерия - изомерия на страничната верига, която може да бъде два вида:

1) изомерия на броя и структурата на заместителите;

2) изомеризъм на позицията на заместителите.

Физични свойства на толуола

Толуен - безцветна течност с характерна миризма, неразтворима във вода, добре разтворима в органични разтворители. Толуолът е по-малко токсичен от бензола.

Химични свойства на толуола

Аз... Реакции на заместване

1. Реакции, включващи бензолния пръстен

Метилбензолът влиза във всички реакции на заместване, в които бензенът участва и проявява по-висока реактивност, като реакциите протичат с по-висока скорост.

Метиловият радикал, съдържащ се в молекулата на толуола, е заместител на рода, следователно в резултат на реакции на заместване в бензеновия пръстен се получават орто- и пара-производни на толуола или, с излишък от реагента, три-производни с общата формула:

а) халогениране

С по-нататъшно хлориране могат да се получат дихлорометилбензен и трихлорметилбензен:

II... Реакции на добавяне

Хидрогениране

III.Реакции на окисление

1. Изгаряне
C6H5CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O

2. Непълно окисление

За разлика от бензола, неговите хомолози се окисляват от някои окислители; в този случай страничната верига претърпява окисление, в случая на толуен - метиловата група. Леките окислители като MnO 2 го окисляват до алдехидната група, по-силните окислители (KMnO 4) предизвикват по-нататъшно окисляване до киселина:

Всеки хомолог на бензола с една странична верига се окислява от силно окислително средство като KMnO4 до бензоена киселина, т.е. страничната верига се скъсва с окисляване на отделената част от нея до СО 2; например:

В присъствието на няколко странични вериги всяка от тях се окислява до карбоксилна група и в резултат се образуват многоосновни киселини, например:

Производство на толуен:

В индустрията:

1) преработка на нефт и въглища;

2) дехидрогениране на метилциклохексан:

3) дехидроциклизация на хептан:

В лабораторията:

1) алкилиране на Friedel-Crafts;

2) реакция на Вюрц-Фитиг (взаимодействие на натрий със смес от халогенбензол и халогениран алкан).

Арени (ароматни въглеводороди) – това са ненаситени (ненаситени) циклични въглеводороди, чиито молекули съдържат стабилни циклични групи атоми (бензолни ядра) със затворена система от конюгирани връзки.

Обща формула: C n H 2n - 6за n ≥ 6.

Химични свойства на арените

Арени- ненаситени въглеводороди, молекулите на които съдържат три двойни връзки и цикъл. Но поради конюгационния ефект свойствата на арените се различават от тези на другите ненаситени въглеводороди.

Ароматните въглеводороди се характеризират с реакции:

• присъединяване,
• заместване,
• окисление (за бензолни хомолози).

Ароматната система на бензола е устойчива на окислители. Бензоловите хомолози обаче се окисляват от калиев перманганат и други окислители.

1. Реакции на добавяне

Бензенът добавя хлор на светлина и водород при нагряване в присъствието на катализатор.

1.1. Хидрогениране

Бензенът добавя водород при нагряване и под налягане в присъствието на метални катализатори (Ni, Pt и др.).

Когато бензенът се хидрогенира, се образува циклохексан:

Производните на циклоалкан се образуват при хидрогениране на хомолози. Когато толуенът се нагрява с водород под налягане и в присъствието на катализатор, се образува метилциклохексан:

1.2. Хлориране на арените

Добавянето на хлор към бензола продължава по радикален механизъм при висока температура, под въздействието на ултравиолетовото лъчение.

Когато бензенът се хлорира на светлина, 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан (хексахлоран).

Хексахлоранът е пестицид, използван за борба с вредните насекоми. Понастоящем употребата на хексахлоран е забранена.

Хомолозите на бензола не добавят хлор. Ако бензолният хомолог реагира с хлор или бром изложени на светлина или висока температура (300 ° C), тогава се случва заместването на водородните атоми в висящ алкилов заместител, а не в ароматен пръстен.

2. Реакции на заместване

2.1. Халогениране

Бензенът и неговите хомолози влизат в реакции на заместване с халогени (хлор, бром) в присъствието на катализатори (AlCl 3, FeBr 3) .

При взаимодействие с хлор върху катализатора AlCl 3 се образува хлоробензен:

Ароматните въглеводороди взаимодействат с бром при нагряване и в присъствието на катализатор - FeBr 3. Също така металното желязо може да се използва като катализатор.

Бромът реагира с желязото, образувайки железен (III) бромид, който катализира бромирането на бензола:

Метаβ-хлоротолуенът се образува в малки количества.

При взаимодействието на бензолни хомолози с халогени на светлина или при високи температури (300 о С) водородът се замества не в бензеновия пръстен, а в страничния въглеводороден радикал.

Например, когато хлорирате етилбензен:

2.2. Нитрация

Бензенът реагира с концентрирана азотна киселина в присъствието на концентрирана сярна киселина (нитрираща смес).

Това образува нитробензол:

Толуолът реагира с концентрирана азотна киселина в присъствието на концентрирана сярна киселина.

В продуктите на реакцията ние посочваме и двете относно-нитротолуен:

или p-нитротолуен:

Нитрацията на толуен може също да продължи със заместването на три водородни атома. По този начин се получава 2,4,6-тринитротолуен (TNT, tol):

2.3. Алкилиране на ароматни въглеводороди

• Арените взаимодействат с халоалкани в присъствието на катализатори (AlCl 3, FeBr 3 и др.), За да образуват бензолни хомолози.

• Ароматните въглеводороди взаимодействат с алкени в присъствието на алуминиев хлорид, железен (III) бромид, фосфорна киселина и др.

• Алкилирането с алкохоли се извършва в присъствието на концентрирана сярна киселина.

2.4. Сулфониране на ароматни въглеводороди

Бензенът реагира при нагряване с концентрирана сярна киселина или разтвор на SO 3 в сярна киселина (олеум), за да образува бензенсулфонова киселина:

3. Окисляване на арените

Бензенът е устойчив на действието дори на силни окислители. Но хомолозите на бензола се окисляват от силни окислители. Бензенът и неговите хомолози изгарят.

3.1. Пълно окисление - изгаряне

Когато бензенът и неговите хомолози изгорят, се образуват въглероден диоксид и вода. Реакцията на горене на арените е придружена от отделянето на голямо количество топлина.

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

Общата форма на уравнението за горене на арената:

C n H 2n - 6 + (3n - 3) / 2 O 2 → nCO 2 + (n - 3) H 2 O + Въпрос:

Когато ароматните въглеводороди изгарят при липса на кислород, може да се образува въглероден окис CO или сажди C.

Бензенът и неговите хомолози изгарят във въздуха с опушен пламък. Бензенът и неговите хомолози образуват експлозивни смеси с въздух и кислород.

3.2. ОТНОСНОподкисляване на бензолни хомолози

Хомолозите на бензола лесно се окисляват от перманганат и калиев дихромат в кисела или неутрална среда при нагряване.

Когато това се случи окисляване на всички връзки при въглероден атомв съседство с бензеновия пръстен, с изключение на връзката на този въглероден атом с бензеновия пръстен.

Толуолът се окислява калиев перманганат в сярна киселина с образование бензоена киселина:

Ако толуенът се окисли в неутрален разтвор при нагряване, тогава сол на бензоена киселина - калиев бензоат:

По този начин, толуен обезцветява подкиселения разтвор на калиев перманганат при нагряване.

По-дългите радикали се окисляват до бензоена киселина и карбоксилна киселина:

Когато пропилбензенът се окисли, се образуват бензоена и оцетна киселини:

Изопропилбензенът се окислява от калиев перманганат в кисела среда до бензоена киселина и въглероден диоксид:

4. Ориентиращият ефект на заместителите в бензеновия пръстен

Ако в бензеновия пръстен има заместители, не само алкил, но и съдържащи други атоми (хидроксил, амино група, нитро група и др.), Тогава реакциите на заместване на водородните атоми в ароматната система протичат по строго определен начин, в съответствие с природата влиянието на заместителя върху ароматната π-система.

Видове заместители на бензеновия пръстен

Заместник от първия вид	Заместители от втория вид
орто- и двойка-позиция	По-нататъшно заместване се случва главно в мета-позиция
Донор на електрон, увеличете електронната плътност в бензеновия пръстен	Електрон-акцептор, намалява електронната плътност в конюгираната система.
алкилови заместители: CH 3 -, C 2 H 5 - и т.н.; хидроксил, амин: –ОН, –NH2; халогени: –Cl, –Br	нитро група: - NO2, - SO3H; карбонил - СНО; карбоксил: - COOH, нитрил: - C≡ Н; - CF 3

Физически свойства

Бензенът и най-близките му хомолози са безцветни течности със специфична миризма. Ароматните въглеводороди са по-леки от водата и не се разтварят в нея, но лесно се разтварят в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон.

Бензенът и неговите хомолози сами по себе си са добри разтворители за много органични вещества. Всички арени изгарят с опушен пламък поради високото съдържание на въглерод в техните молекули.

Физическите свойства на някои арени са представени в таблицата.

Таблица. Физически свойства на някои арени

Име	Формула	t ° .pl., ° С	t °. кипене, ° С
Бензен	С6Н6	5,5	80,1
Толуен (метилбензол)	C6H5CH3	95,0	110,6
Етилбензен	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ксилол (диметилбензен)	С6Н4 (СНЗ) 2
орто-		25,18	144,41
мета-		47,87	139,10
двойка-		13,26	138,35
Пропилбензен	С6Н5 (СН2) 2СН3	99,0	159,20
Кумен (изопропилбензен)	С6Н5СН (СНЗ) 2	96,0	152,39
Стирен (винил бензол)	C6H5CH \u003d CH2	30,6	145,2

Бензен - ниско кипене ( т бала\u003d 80,1 ° C), безцветна течност, неразтворима във вода

Внимание! Бензен - отрова, действа върху бъбреците, променя кръвната формула (при продължителна експозиция), може да наруши структурата на хромозомите.

Повечето ароматни въглеводороди са животозастрашаващи и токсични.

Получаване на арени (бензен и неговите хомолози)

В лабораторията

1. Сливане на соли на бензоена киселина с твърди основи

C6H5-COONa + NaOH t →C6H6 + Na2CO3

натриев бензоат

2. Реакция на Вюрц-Фитинг: (тук G е халоген)

С 6З. 5 -G + 2Na + R-G →° С 6 З. 5 - R + 2 Naд

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

В индустрията

• изолирани от нефт и въглища чрез фракционна дестилация, реформинг;
• от въглищен катран и коксов газ

1. Дехидроциклизиране на алкани с повече от 6 въглеродни атома:

С6Н14 т , кат→ C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризация на ацетилен (само за бензен) - r. Зелински:

3С 2 Н 2 600 ° ° С , Закон. въглища → C 6 H 6

3. Дехидрогениране циклохексан и неговите хомолози:

Съветският академик Николай Дмитриевич Зелински установи, че бензенът се образува от циклохексан (дехидриране на циклоалкани

С6Н12 т, кат→ C6H6 + 3H2

C6H11-CH3 т , кат→ C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклохексантолуен

4. Алкилиране на бензен (получаване на хомолози на бензен) - p Friedel-Crafts.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlC13→ C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl

хлороетан етилбензен

Химични свойства на арените

Аз... ОКСИДАЦИОННИ РЕАКЦИИ

1. Изгаряне (опушен пламък):

2С6Н6 + 15О2 т → 12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Бензенът при нормални условия не обезцветява бромната вода и водния разтвор на калиев перманганат

3. Хомолозите на бензола се окисляват с калиев перманганат (обезцветяване на калиев перманганат):

А) в кисела среда до бензоена киселина

Когато бензолните хомолози са изложени на калиев перманганат и други силни окислители, страничните вериги се окисляват. Без значение колко сложна е заместителната верига, тя се разрушава, с изключение на а-въглеродния атом, който се окислява до карбоксилна група.

Хомолозите на бензола с една странична верига дават бензоена киселина:

Хомолозите, съдържащи две странични вериги, дават двуосновни киселини:

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

Опростено :

С6Н5-СНЗ + 3О KMnO4→ C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) в неутрални и слабо алкални до соли на бензоена киселина

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOК + К ОН + 2MnO 2 + H 2 O

II... ДОПЪЛНИТЕЛНИ РЕАКЦИИ (по-твърд от алкени)

1. Халогениране

С6Н6 + 3С12 з ν → C 6 H 6 Cl 6 (хексахлороциклохексан - хексахлоран)

2. Хидрогениране

C6H6 + 3H2 т , Pt или Ni → C 6 H 12 (циклохексан)

3. Полимеризация

III. ЗАМЕСТИТЕЛНИ РЕАКЦИИ - йонен механизъм (по-леки от алкани)

1. Халогениране -

а ) бензен

C6H6 + C12 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлоробензен)

С6Н6 + 6С12 t, AlC13→ C 6 Cl 6 + 6HCl( хексахлорбензен)

C6H6 + Br2 t, FeC13→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромобензен)

б) бензолни хомолози при облъчване или нагряване

По отношение на химичните свойства алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях са заменени от халоген по механизма на свободните радикали. Следователно, при липса на катализатор при нагряване или UV облъчване, в страничната верига протича реакция на радикално заместване. Ефектът на бензеновия пръстен върху алкилни заместители води до факта, че водородният атом при въглеродния атом, директно свързан с бензеновия пръстен (а-въглероден атом), винаги се заменя.

1) С6Н5-СНЗ + С12 з ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) хомолози на бензен в присъствието на катализатор

С6Н5-СНЗ + С12 AlCl 3 → (смес от орт, двойка производни) + HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

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

нитробензен - мирис бадеми!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ ОТ H3-C6H2 (NO2) 3 + 3H2O

2,4,6-тринитротолуен (tol, TNT)

Използването на бензен и неговите хомолози

Бензен C 6 H 6 е добър разтворител. Бензенът като добавка подобрява качеството на моторното гориво. Служи като суровина за производството на много ароматни органични съединения - нитробензол C 6 H 5 NO 2 (от него се получава разтворител, анилин), хлоробензен C 6 H 5 Cl, фенол C 6 H 5 OH, стирен и др.

Толуен C 6 H 5 –CH 3 - разтворител, използван за производството на багрила, лекарства и експлозиви (TNT (tol) или 2,4,6-тринитротолуен TNT).

КсилениС6Н4 (СНЗ) 2. Техническият ксилол е смес от три изомера ( орто-, мета- и двойка-ксилени) - използва се като разтворител и първоначален продукт за синтеза на много органични съединения.

Изопропилбензен C6H5 –CH (CH3) 2 се използва за получаване на фенол и ацетон.

Хлорни производни на бензола използва се за растителна защита. И така, продуктът на заместване на Н атоми в бензен с хлорни атоми е хексахлорбензол С 6 С1 6 - фунгицид; използва се за суха превръзка на семена от пшеница и ръж срещу твърда утайка. Продуктът от добавяне на хлор към бензола - хексахлороциклохексан (хексахлоран) С 6 Н 6 Сl 6 - инсектицид; използва се за борба с вредните насекоми. Споменатите вещества принадлежат към пестициди - химични агенти за борба с микроорганизмите, растенията и животните.

Стирен C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 полимеризира много лесно, образувайки полистирол и съполимеризирайки с бутадиен - стирен бутадиенови каучуци.

ВИДЕО ОПИТИ