A benzol fizikai és kémiai tulajdonságai. A benzol fizikai és kémiai tulajdonságai Benzol cl2 light

Fizikai tulajdonságok

A benzol és legközelebbi homológjai színtelen, sajátos szagú folyadékok. Az aromás szénhidrogének könnyebbek, mint a víz, és nem oldódnak benne, de könnyen oldódnak szerves oldószerekben - alkoholban, éterben, acetonban.

A benzol és homológjai önmagukban is jó oldószerek számos szerves anyag számára. Minden aréna füstös lánggal ég, molekuláinak magas széntartalma miatt.

Néhány arén fizikai tulajdonságait a táblázat tartalmazza.

Asztal. Egyes arénák fizikai tulajdonságai

Név	Képlet	t°.pl., °C	t°.bp., °C
Benzol	C 6 H 6	5,5	80,1
Toluol (metil-benzol)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Etilbenzol	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Xilol (dimetil-benzol)	C6H4(CH3)2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
pár-		13,26	138,35
Propilbenzol	C6H5(CH2)2CH3	99,0	159,20
kumol (izopropil-benzol)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Sztirol (vinilbenzol)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

Benzol - alacsony forráspontú ( tkip= 80,1°C), színtelen folyadék, vízben oldhatatlan

Figyelem! Benzol - méreg, a vesére hat, megváltoztatja a vérképletet (hosszabb ideig tartó expozíció esetén), megzavarhatja a kromoszómák szerkezetét.

A legtöbb aromás szénhidrogén életveszélyes és mérgező.

Arének kinyerése (benzol és homológjai)

A laboratóriumban

1. Benzoesav sóinak fúziója szilárd lúgokkal

C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3

nátrium benzoát

2. Wurtz-Fitting reakció: (itt G halogén)

6-tólH 5 -G+2Na + R-G →C 6 H 5 - R + 2 NaG

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

Az iparban

• olajból és szénből frakcionált desztillációval, reformálással elkülönítve;
• kőszénkátrányból és kokszolókemence gázból

1. Alkánok dehidrociklizálása 6-nál több szénatommal:

C6H14 t , kat→C6H6+4H2

2. Az acetilén trimerizálása(csak benzolhoz) – R. Zelinsky:

3C 2 H2 600°C, Törvény. szén→C 6 H 6

3. Dehidrogénezés ciklohexán és homológjai:

Nyikolaj Dmitrijevics Zelinszkij szovjet akadémikus megállapította, hogy a benzol ciklohexánból (cikloalkánok dehidrogénezése) keletkezik.

C6H12 t, kat→C6H6+3H2

C6H11-CH3 t , kat→C6H5-CH3+3H2

metil-ciklohexántoluol

4. A benzol alkilezése(benzol homológjainak beszerzése) – r Friedel-Crafts.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C 6 H 5 - C 2 H 5 + HCl

klór-etán etil-benzol

Az arének kémiai tulajdonságai

én. OXIDÁCIÓS REAKCIÓK

1. Égés (füstös láng):

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

2. A benzol normál körülmények között nem színteleníti el a brómos vizet és vizes oldat kálium-permanganát

3. A benzol homológokat kálium-permanganát oxidálja (elszíneződik a kálium-permanganát):

A) be savas környezet benzoesavhoz

Kálium-permanganát és más erős oxidálószerek hatására a benzol homológjain az oldalláncok oxidálódnak. Bármilyen összetett is a szubsztituens lánca, az elpusztul, kivéve az a -szénatomot, amely karboxilcsoporttá oxidálódik.

A benzol egyoldalláncú homológjai benzoesavat adnak:

A két oldalláncot tartalmazó homológok kétbázisú savakat adnak:

5C 6 H 5 - C 2 H 5 + 12 KMnO 4 + 18 H 2 SO 4 → 5 C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 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 + 3K 2 SO 4 + 6 MnSO 4 + 14 H 2 O

Egyszerűsített :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

B) semleges és enyhén lúgos benzoesav sóihoz

C 6 H 5 - CH 3 + 2 KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. KIEGÉSZÍTŐ REAKCIÓK (keményebb, mint az alkének)

1. Halogénezés

C 6 H 6 + 3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (hexaklór-ciklohexán - hexaklorán)

2. Hidrogénezés

C6H6+3H2 t , PtvagyNi→C 6 H 12 (ciklohexán)

3. Polimerizáció

III. HELYETTESÍTÉSI REAKCIÓK – ionos mechanizmus (könnyebb, mint az alkánok)

1. Halogénezés -

a ) benzol

C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (klórbenzol)

C 6 H 6 + 6Cl 2 t ,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( hexaklór-benzol)

C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C6H5-Br + HBr( bróm-benzol)

b) benzol homológok besugárzás vagy melegítés hatására

Kémiai tulajdonságait tekintve az alkilcsoportok hasonlóak az alkánokhoz. A bennük lévő hidrogénatomokat szabad gyökös mechanizmussal halogének helyettesítik. Ezért katalizátor hiányában a melegítés vagy az UV-sugárzás gyökös szubsztitúciós reakcióhoz vezet az oldalláncban. A benzolgyűrűnek az alkil-szubsztituensekre gyakorolt ​​hatása arra a tényre vezet, hogy a hidrogénatomot mindig a benzolgyűrűhöz közvetlenül kapcsolódó szénatom (a-szénatom) helyettesíti.

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

c) benzol homológok katalizátor jelenlétében

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (orta keveréke, származékpár) +HCl

2. Nitrálás (val salétromsav)

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

nitrobenzol - szag mandula!

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

2,4,6-trinitrotoluol (tol, trotil)

A benzol és homológjainak használata

Benzol A C 6 H 6 jó oldószer. A benzol adalékanyagként javítja az üzemanyag minőségét. Nyersanyagként szolgál számos aromás szerves vegyület előállításához - nitrobenzol C 6 H 5 NO 2 (oldószer, anilin nyerik belőle), klórbenzol C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, sztirol stb.

Toluol C 6 H 5 -CH 3 - festékek, gyógyszerek és robbanóanyagok (trotil (tol) vagy 2,4,6-trinitrotoluol TNT) gyártásához használt oldószer.

Xilol C6H4(CH3)2. A technikai xilol három izomer keveréke ( orto-, meta- és pár-xilolok) - oldószerként és kiindulási termékként használják számos szerves vegyület szintéziséhez.

Izopropil-benzol A C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 fenol és aceton előállítására szolgál.

A benzol klórszármazékai növényvédelemre használják. Így a benzolban lévő H atomok klóratomokkal történő helyettesítésének terméke a hexaklór-benzol C 6 Cl 6 - gombaölő szer; búza és rozs száraz magcávájára használják kemény sár ellen. A klór benzolhoz való hozzáadásának terméke hexaklór-ciklohexán (hexaklorán) C 6 H 6 Cl 6 - rovarirtó szer; káros rovarok elleni védekezésre használják. Ezek az anyagok peszticidekre utalnak - a mikroorganizmusok, növények és állatok elleni küzdelem kémiai eszközeire.

Sztirol A C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 nagyon könnyen polimerizálódik, polisztirol képződik, és butadién-sztirol-butadién gumikkal kopolimerizálódik.

VIDEÓS TAPASZTALATOK

MEGHATÁROZÁS

Benzol(ciklohexatrién - 1,3,5) - szerves anyag, számos aromás szénhidrogén legegyszerűbb képviselője.

Képlet - C 6 H 6 ( szerkezeti képlet- rizs. egy). Molekulatömeg - 78, 11.

Rizs. 1. A benzol szerkezeti és térbeli képlete.

A benzolmolekulában mind a hat szénatom sp 2 hibrid állapotban van. Minden szénatom 3σ kötést alkot két másik szénatommal és egy hidrogénatommal, amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el. Hat szénatom szabályos hatszöget alkot (a benzolmolekula σ-váza). Minden szénatomnak van egy nem hibridizált p-pályája, amely egy elektront tartalmaz. Hat p-elektron egyetlen π-elektronfelhőt (aromás rendszert) alkot, amelyet egy hattagú cikluson belül körként ábrázolnak. A benzolból származó szénhidrogéncsoportot C 6 H 5 - - fenilnek (Ph-) nevezik.

A benzol kémiai tulajdonságai

A benzolra az elektrofil mechanizmus szerint lezajló szubsztitúciós reakciók jellemzőek:

- halogénezés (a benzol kölcsönhatásba lép klórral és brómmal katalizátorok jelenlétében - vízmentes AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C 6 H 6 + Cl 2 \u003d C 6 H 5 -Cl + HCl;

- nitrálás (a benzol könnyen reagál nitráló keverékkel - tömény salétromsav és kénsav keveréke)

- alkének alkének

C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5-CH (CH3)2;

A benzolhoz való addíciós reakciók az aromás rendszer tönkremeneteléhez vezetnek, és csak zord körülmények között mennek végbe:

- hidrogénezés (a reakció hevítéskor megy végbe, a katalizátor Pt)

- klór hozzáadása (UV sugárzás hatására szilárd termék képződésével - hexaklór-ciklohexán (hexaklórán) - C 6 H 6 Cl 6)

Mint bármelyik szerves összetevő A benzol égési reakcióba lép, és reakciótermékként képződik szén-dioxidés víz (füstös lánggal ég):

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

A benzol fizikai tulajdonságai

A benzol színtelen folyadék, de különleges szúrós szaga van. Vízzel azeotróp elegyet képez, jól keveredik éterekkel, benzinnel és különféle szerves oldószerekkel. Forráspont - 80,1 C, olvadáspont - 5,5 C. Mérgező, rákkeltő (azaz hozzájárul a rák kialakulásához).

A benzol beszerzése és felhasználása

A benzol előállításának fő módjai:

- hexán dehidrociklizálása (katalizátorok - Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

- ciklohexán dehidrogénezése (a reakció hevítésre megy végbe, a katalizátor Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

- acetilén trimerizálása (a reakció 600 C-ra melegítve megy végbe, a katalizátor aktív szén)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

A benzol alapanyagként szolgál homológok (etilbenzol, kumol), ciklohexán, nitrobenzol, klórbenzol és egyéb anyagok előállításához. Korábban a benzolt a benzin adalékaként használták az oktánszám növelésére, most azonban magas toxicitása miatt szigorúan szabályozzák az üzemanyag benzoltartalmát. Néha benzolt használnak oldószerként.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat

Írja fel azokat az egyenleteket, amelyekkel a következő transzformációkat hajthatja végre: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Megoldás

Az acetilén metánból történő előállításához a következő reakciót alkalmazzuk: 2CH4 → C2H2+3H2 (t = 1400 °C). A benzol acetilénből való kinyerése az acetilén trimerizációs reakciójával lehetséges, amely hevítéskor (t = 600 C) és aktív szén jelenlétében megy végbe: 3C 2 H 2 → C 6 H 6. A benzol klórozási reakcióját klór-benzol előállítására vas(III)-klorid jelenlétében hajtják végre: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

2. PÉLDA

Gyakorlat	39 g benzolhoz vas(III)-klorid jelenlétében 1 mól brómos vizet adunk. Milyen mennyiségű anyag és hány gramm milyen termékekből származott ez?
Megoldás	Írjuk fel a benzol-brómozás reakciójának egyenletét vas(III)-klorid jelenlétében: C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. A reakciótermékek a bróm-benzol és a hidrogén-bromid. Moláris tömeg táblázat segítségével számított benzol kémiai elemek DI. Mengyelejev - 78 g/mol. Keresse meg a benzol anyag mennyiségét: n(C6H6) = m(C6H6)/M(C6H6); n(C6H6)=39/78=0,5 mol. A probléma körülményei szerint a benzol 1 mol brómmal reagált. Következésképpen a benzol hiánycikk, és a benzolra vonatkozóan további számításokat végeznek. Az n (C 6 H 6) reakcióegyenlet szerint n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) \u003d 1: 1: 1, tehát n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5) Br) \u003d: n(HBr) = 0,5 mol. Ekkor a bróm-benzol és a hidrogén-bromid tömege egyenlő lesz: m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br); m(HBr)=n(HBr)×M(HBr). A bróm-benzol és a hidrogén-bromid móltömege, a D.I. kémiai elemeinek táblázata alapján számítva. Mengyelejev - 157 és 81 g/mol. m(C6H5Br)=0,5×157=78,5 g; m(HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 g.
Válasz	A reakciótermékek a bróm-benzol és a hidrogén-bromid. A bróm-benzol és a hidrogén-bromid tömege 78,5, illetve 40,5 g.

C6H6 + Cl2 → C6H6Cl + HCl

Ebben az esetben katalizátorként általában vas-kloridot vagy -bromidot (III) használnak. Más fém-kloridok, például AlCl3, SbCl3, SbCl5, valamint jód is használható katalizátorként.

A katalizátor szerepe a benzolgyűrűben elektrofil szubsztitúciót végrehajtó halogén aktiválása (polarizálása). FeCl3 jelenlétében

A klórozás például a következő séma szerint történik:

FeCl3 + :Cl::Cl: ↔ FeCl-4 + Cl:+

۠۠۠ ۠ ۠۠۠۠۠ ۠ ۠ ۠۠

C6H6 + Cl+ → C6H5CI + H+;

H+ + Cl2 → HCl + Cl+ stb.

A halogént katalizátor hiányában, fényben vagy melegítéssel lehet bevinni az oldalláncba. A helyettesítési mechanizmus ebben az esetben radikális. A toluol esetében ezek az átalakulások a következő sémával fejezhetők ki:

A halogének az első típusú szubsztituensek, ezért ha a benzolt halogénezzük, a második halogénatom túlnyomórészt az n-helyzetben lép be az elsőbe. A halogének azonban, ellentétben az első típusú szubsztituensekkel, megnehezítik a helyettesítést (a benzolhoz képest).

Amikor az n-fluor-klór-benzolt klórozzák, a harmadik halogénatom az o-helyzetbe kerül klórra, és nem fluorra. Ezért a halogén induktív hatása döntően befolyásolja a helyettesítés sorrendjét (a fluoratom o-helyzete nagy pozitív töltésű, mivel –IF > -ICl): AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

2. Az aminocsoport helyettesítése halogénnel diazovegyületek közbenső képződésén keresztül. Ezzel a módszerrel bármilyen halogénszármazékot kaphat, beleértve a fluorszármazékokat is:

───→ C6H5Cl + N2

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

───→ C6H5Br + Cu2Cl2 + N2

BF4 → C6H5F + N2 + BF3

2.2 Adamantán

Az adamantán szerkezeti jellemzői meghatározzák szokatlan fizikai és Kémiai tulajdonságok. Az Adamantán a legmagasabb olvadáspontja, a szénhidrogének 269 °C, sűrűsége pedig 1,07 g/cm3. 660°C-ra melegítve oxigén hiányában termikusan stabil. 20 kilobar nyomáson és 480°C-os és magasabb hőmérsékleten fokozatosan grafitizálódik. Az adamantán rendkívül ellenálló az agresszív kémiai környezetekkel szemben, és még magasabb hőmérsékleten sem lép kölcsönhatásba kálium-permanganáttal, krómmal és tömény salétromsavval.

Az 1. táblázat az adamantán hozamát mutatja az alkalmazott katalizátor függvényében.

1. táblázat: A TMNB adamantánná történő folyadékfázisú izomerizációjának eredményei

Reakciókörülmények	Adamantán hozama, %
BF3, HF, 23 H2-n, 50 °C
SbF5, HF, 120 °C, 5 óra
A1C13, HC1,40 H2-n, 120 °C
A1C13, HC1, terc-C4H9Cl
A1Br3, terc-C4H9Br

A TMNB adamantánná történő izomerizálása a következő séma szerint történik:

Térbeli megfontolások miatt csak az endo-izomer képes adamantánná továbbrendeződni, egyensúlyi koncentrációja körülbelül 0,5 tömeg%. %.

Kinetikai értelemben az endo-TMNB izomerizáció a telített szénhidrogének egyik leglassabb átrendeződése ilyen körülmények között: a geometriai TMNB izomerizáció (Wagner-Meerwein átrendeződés) körülbelül 10 000-szer gyorsabban megy végbe.

Ez a szintézis módszer lett az adamantán ipari technológiájának alapja. Az ilyen átrendeződés egyszerűségét az adamantán nagy termodinamikai stabilitása magyarázza, ezért az összes ismert C10H16 izomer Lewis-savakkal való kezelése elkerülhetetlenül ehhez a policiklusos szénhidrogénvázhoz vezet.

Az adamantán szintézise karbonsavak

Az adamantán sorozat savainak előállítására a Koch-Haaf reakciót széles körben használják. Kiindulási anyagként adamantánt, 1-bróm-, 1-hidroxi-adamantánt és 1-hidroxi-adamantán-nitrátot használnak.

Adamantán-1-karbonsavat úgy kaptak, hogy 1-bróm- vagy 1-hidroxi-adamantánt hangyasavval reagáltattak kénsavban, vagy adamantánt hangyával vagy kénsavval terc-butil-alkohol jelenlétében.

Kimutatták, hogy az adamantán-1-karbonsav maximális hozamát AdOH:HCOOH:H2SO4 = 1:1:24 arány mellett érjük el. Hangyasav hiányával csökken a hozam.

Az adamantán-1-karbonsavat adamantánból nyerhetjük 20%-os óleumban. Feltételezzük, hogy a reakció adamantil-kation képződésén keresztül megy végbe

A karbonsavak adamantánból történő előállításához kénsavban vagy óleumban CO2-val történő reakcióját használják (autokláv, 90-160ºС) . Ez adamantán-1-karbonsav és adamantán-1,3-dikarbonsav 1:6 arányú keverékét eredményezi.

Az (1-adamantil)-ecetsav szintézisét 1-bróm- vagy 1-hidroxi-adamantánból és diklór-etilénből 80-100%-os H2SO4-ben, BF3 jelenlétében 0-15ºC-on végezzük.

Amikor az adamantán és származékai 90%-os kénsav jelenlétében triklór-etilénnel reagálnak, a megfelelő α-klór-ecetsavak keletkeznek.

A 3-alkil-adamantán-1-karbonsavakat alkiladamantánokból állítják elő kénsavban terc-butil-alkohol és 95%-os hangyasav jelenlétében.

Adamantán-nitrátok.

Az adamantán 96-98%-os salétromsav felesleggel való reakciója 1-nitroxiadamantánt eredményez, amely a fő reakciótermék, az 1,3-dinitroxiadamantán.

Az adamantán salétromsav és ecetsav keverékével lassabban reagál, mint a salétromsavval, és a maximális 80%-os nitráthozam 3 óra alatt érhető el. A reakció egyetlen mellékterméke az adamantol-1.