Выведем формулу бензола (смотри алгоритм решения задач):
- Экспериментальные данные показывают, что в молекуле бензола массовая доля углерода составляет 92,3%, относительная плотность паров его по водороду равна 39 (формула С6Н6).
-Гомологический ряд бензола - ароматические УВ или арены -
вещества, в молекулах которых одно или несколько бензольных колец.
Понятие “бензольное кольцо” требует расшифровки. Первая структура бензола была предложена в 1865г. немецким ученым А. Кекуле:
Развёрнутая и сокращённые структурные формулы бензола.
Химические связи в бензоле не одинарные и не двойные, а как принято говорить полуторные, промежуточные по своему характеру. Эти связи еще называют ароматическими, они прочнее пи – связей, что проявляется в химических свойствах.
Строение молекулы бензола (циклогексатириена).
-Шесть атомов углерода соединяются друг другом двумя сигма-связями, образованными гибридными орбиталями в плоскости цикла
-Ещё одна валентность гибридной орбитали углерода идёт на сигма- связь с атомом водорода в этой же плоскости
- Оставшаяся одна валентность - негибридная, образует пи-связь у каждого атома углерода над и под плоскостью цикла боковым перекрыванием, образуя единое p-электронное облако (или кольцо-тор)
-Таким образом, все атомы углерода находятся в состоянии sp2 -гибридизации
Такая циклическая система с общим облаком из шести электронов очень устойчива, энергетически выгодна; поэтому бензол вступает в те реакции, в которых ароматическое кольцо сохраняется.
-Гомологический ряд бензола имеет общую формулу CnH2n-6
Ближайший гомолог бензола - метилбензол. Тривиалное название – толуол:молекулярная формула С6Н5-СН3
Изомерия ароматических УВ. Бензол и толуол не имеют ароматических изомеров. Для этих веществ характерна лишь межклассовая изомерия. Так, соответствуют молекулярной формуле С6Н6 и, следовательно, изомерны бензолу непередельные нециклические углеводороды, содержащие две тройных или две двойные и одну тройную связи в молекуле, например:
Главное, что бы сохранилась молекулярная формула, а структурные можно варьировать.
Начиная с аренов с восьмью атомами углерода появляется возможность боковой изомерии, связанной с составом и взаимным расположением углеводородныхрадикалов.
Таким образом, молекулярной формуле С8Н8 отвечают четыре изомерных ароматических углеводорода:
Многие гомологи бензола имеют не только систематические (когда их рассматривают как производные бензола), но и тривиальные названия.
1. 6
2.
3. .
4.
5.
1.изопропилбензол-кумол 2.фенил радикал без одного атома водорода С6Н5-
3.бензиловый радикал С6Н5-СН2- 4.стирол не гомолог бензола, просто имеет бензольное кольцо 5.6. полиядерные ароматические УВ с изолированными бензольными ядрами 7.полиядерные ароматические УВ с конденсированными бензольными ядрами
Получение ароматических УВ (аренов). Источники аренов - нефть, каменноугольная смола (продукт коксования угля)
Синтетические способы получения аренов. В настоящее время около 90 % бензола и его гомологов получают в промышленности в результате каталитического риформинга нефти.
1. Алканы превращают в арены дегидроциклизацией: одновременно замыкание в цикл линейного УВ и отщепление водорода.
Из гексана(6) получается бензол, из гептана(7) – толуол, из октана(8) − смесь этилбензола и ксилолов. Молекулярная С6Н14 С6Н6 +4Н2
2. Дегидрирование циклогексана, отнимание 6 атомов водорода и его гомологов, реакция Зелинского. По другому, реакция ароматизации.
-Метилциклогексан подвергают каталитическому риформингу и получают толуол - метилбензол. С7Н16 С6Н5-СН3 + 3Н2
метилциклогексан толуол
3.Тримеризация ацетилена (частный случай полимеризации):
При пропускании ацетилена над активированным углем при 400-600 оС происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола:
3С2Н2 С6Н6
ацетилен бензол
4.Сплавление солей бензойной кислоты с щёлочью:
От бензоата натрия и щёлочи отщепляется карбонат натрия-кальцинированная сода - декарбоксилирование, получается бензол
5.Алкилирование (замещение атома «Н» на алкильную группу - радикал) – реакции Фриделя-Крафтса,образуются гомологи бензола:
бензол хлорметан толуол
Реакция осуществляется на катализаторе - хлориде алюминия.
6. Реакция Вюрца-Фиттига. Разновидность внедрения в молекулу бензола
УВ радикала. Натрий уводит два брома из галогенпроизводных бензола и алкана и соединяет их радикалы.
Дома: параграф 16, до химических свойств учить,
Задание: составить и решить цепочку перехода превращения оксида кальция в этилбензол (если через Фриделя-Крафтса, то 4 перехода, если через Вюрца-Фиттига, то 5 переходов)