10 класс. Химия. Химические свойства бензола. Химические свойства производных бензола. Применение ароматических углеводородов

Комментарии преподавателя

1. Характеристика химических свойств бензола

Рис. 1. Молекула бензола

Разорвать p-электронное облако в молекуле бензола сложно. Поэтому бензол вступает в химические реакции значительно менее активно по сравнению с непредельными соединениями.

Для того чтобы бензол вступил в химические реакции, необходимы достаточно жесткие условия: повышенная температура, а во многих случаях – катализатор. В большинстве реакций устойчивое бензольное кольцо сохраняется.

2. Электрофильное замещение в бензольном кольце

1. Бромирование.

Необходим катализатор (бромид железа (III) или алюминия) и недопустимо попадание даже небольших количеств воды. Роль катализатора заключается в том, что молекула брома притягивается одним из атомов брома к атому железа. В результате она поляризуется – пара электронов связи переходит к атому брома, связанному с железом:

Br+….Br – FeBr3 .

Br+ – сильный электрофил. Он притягивается к шестиэлектронному облаку бензольного кольца и разрывает его, образуя ковалентную связь с атомом углерода:

 +  ¾¾®  +

К образовавшемуся катиону мог бы присоединиться анион брома. Но восстановление ароматической системы бензольного кольца энергетически более выгодно, чем присоединение аниона брома. Поэтому молекула переходит в стабильное состояние, выкинув ион водорода:

По аналогичному механизму протекают все реакции электрофильного замещения в бензольном кольце.

2. Нитрование

Бензол и его гомологи взаимодействует со смесью концентрированных серной и азотной кислот (нитрующей смесью). В нитрующей смеси в равновесии существует иона нитрония NO2+, который является электрофилом:

3. Сульфирование .

Бензол и другие арены при нагревании реагируют с концентрированной серной кислотой или олеумом – раствором SO3 в серной кислоте:

4. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу

5. Алкилирование алкенами

3. Реакции с разрушением бензольного кольца

Эти реакции энергетически невыгодны, поэтому протекают только при нагревании или облучении.

1. Гидрирование.

При нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора Ni, Pt или Pd бензол и другие арены присоединяют водород, образуя циклогексан:

2. Хлорирование бензола.

Под действием ультрафиолетового излучения бензол присоединяет хлор. Если колбу из кварцевого стекла с раствором хлора в бензоле вынести на солнечный свет, раствор быстро обесцветится, хлор присоединится к бензолу с образованием 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексана, который известен под названием гексахлоран (ранее применялся как инсектицид):

3. Горение бензола.

В отличие от алканов, пламя у бензола и других ароматических углеводородов яркое, коптящее.

1. Влияние заместителей на электрофильное замещение

В молекуле бензола электронная плотность равномерно распределена по всему кольцу. Если молекула бензола содержит заместитель, электронная плотность бензольного кольца перераспределяется, и место атаки электрофильного реагента определяется его электронными эффектами:

· индуктивным (влияние передается по s-связям)

· мезомерным (р-электроны заместителя вступают в сопряжение с π-электронной плотностью бензольного кольца).

Если заместитель подает в бензольное кольцо электронную плотность, то эффект является положительным (+M, +I), а если вытягивает электронную плотность из кольца – отрицательным (–M, –I). Наиболее сильно эффекты проявляются в орто- и пара- положениях.

Заместители первого рода обладают +M или +I эффектом и ориентируют замещение в орто- и пара-положения. Они повышают электронную плотность в π-электронной системе бензольного кольца и обычно облегчают замещение.

Заместители второго рода обладают –I эффектом или сочетанием –M и –I эффекта. Они снижают электронную плотность в π-электронной системе и затрудняют реакции замещения. В мета-положении электронная плотность уменьшается в меньшей степени, поэтому замещение идет туда. Табл. 1.

Табл. 1. Заместители в бензольном кольце

2. Влияние углеводородного радикала на электрофильное замещение

Углеводородный радикал является заместителем первого рода ® реакции замещения у аренов протекают легче, чем у бензола, и замещение происходит в орто- и пара- положения.

Например:

При нитровании бензола невозможно получить тринитробензол. А в толуоле возможно замещение трех атомов водорода в молекуле:

Продукт 2,4,6-тринитротолуол, он же тротил, тол, ТНТ – одно из наиболее известных взрывчатых веществ.

3. Влияние бензольного кольца на реакции углеводородного радикала

1. Окисление

Гомологи бензола, в отличие от самого бензола, легко окисляются при нагревании с подкисленным раствором перманганата калия. Бензольное кольцо в этой реакции остается неизменным.

2. Радикальное замещение

Эта реакция происходит легче, чем у алканов, благодаря влиянию бензольного кольца. Замещение протекает в a-положение (промежуточный радикал наиболее энергетически выгоден вследствие сопряжения с бензольным кольцом).

4. Применение производных бензола

Бензол, толуол и ксилолы используют как растворители.

Из аренов синтезируют соединения, необходимые для получения лаков, красок, моющихсредств,лекарственныхпрепаратов,полимерныхматериалов,взрывчатых веществ, ядохимикатов. См. Рис. 1.

Рис. 1. Применение бензола

ИСТОЧНИКИ

http://www.youtube.com/watch?t=2&v=NHMA62QfZuo

http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/10-klass - конспект

источнки презентации - http://ppt4web.ru/khimija/aromaticheskie-uglevodorody-.html

источник видео -

http://www.youtube.com/watch?t=6&v=vOtjFfV3QXA

http://www.youtube.com/watch?v=ZMOPlH2TfEs

http://www.youtube.com/watch?t=20&v=KyhBN1-Zn1w

источник презентации - http://prezentacii.com/po_himii/3602-benzol.html

Файлы