Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. Это циклические углеводороды с тремя двойными сопряженными связями в цикле.       Бензол С6Н6 – родоначальник ароматических углеводородов. Впервые выделен Фарадеем в 1825г из светильного газа.   Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp2-гибридизации  и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы между каждой парой π-связей равны 1200.  Таким образом, скелет σ-связей представляет собой п...
Раздел Химия
Класс -
Тип Конспекты
Автор
Дата
Формат doc
Изображения Есть
For-Teacher.ru - все для учителя
Поделитесь с коллегами:

АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Это циклические углеводороды с тремя двойными сопряженными связями в цикле.

Бензол С6Н6 - родоначальник ароматических углеводородов. Впервые выделен Фарадеем в 1825г из светильного газа.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp2-гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы между каждой парой π-связей равны 1200.

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.

р-Электроны всех атомов углерода образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.

Все связи С-С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм, что соответствует промежуточному значению между одинарной и двойной.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф.Кекуле), а все они выровнены (делокализованы).


Общая формула гомологического ряда бензола CnH2n-6 (n ≥ 6).

Вещество

Название по номенклатуре

Историческое название

С6Н5-СН3

метилбензол

Толуол

С6Н5-СН2-СН3

этилбензол

---

СН36Н4-СН3

диметилбензол

ксилол

С6Н5-СН(СН3)2

изопропилбензол

кумол

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Кольцо нумерют так, чтобы номера радикалов были наименьшими.

Для дизамещенных бензолов

R-C6H4-R'

используется также другой способ построения названий:


орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, 1,2-;
мета- (м-) заместители через один атом углерода (1,3-);
пара-(п-) заместители на противоположных сторонах кольца(1,4-).

Изомерия у аренов.

Определяется числом заместителей, их расположением в бензольном кольце и возможностью изомерии углеродного скелета в заместителях, содержащих более трёх атомов углерода.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. Для ароматического углеводорода С8Н10 существуют 4 изомера: орто-, мета- и пара-ксилолы и этилбензол.



ПОЛУЧЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

1. Дегидрирование циклоалканов

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

2. Дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

3.Тримеризация ацетилена над активированным углем (реакция Зелинского):

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

4.Алкилирование бензола галогеналканами в присутствии безводного хлорида алюминия или алкенами:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Бензол и его ближайшие гомологи - бесцветные жидкости с характерным запахом, с плотностью менее 1 г/мл. Огнеопасны. Нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях. Бензол и толуол ядовиты (поражают почки, печень, костный мозг, кровь).

Высшие арены - твердые вещества.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Из-за наличия делокализованой -системы арены мало характерны реакции присоединения или окисления, которые ведут к нарушению ароматичности. Для них наиболее характерны реакции электрофильного замещения атомов водорода, связанных с циклом - SЕ.

1. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К АРЕНАМ

В реакции присоединения, приводящие к разрушению ароматической структуры бензольного кольца, арены могут вступать с большим трудом.

а. Гидрирование. Присоединение водорода к бензолу и его гомологам происходит при повышенной температуре и давлении в присутствии металлических катализаторов.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

б. Радикальное хлорирование. При радикальном хлорировании бензола получается гексахлорциклогексан - "гексахлоран" (средство борьбы с вредными насекомыми).

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

2. РЕАКЦИИ РАДИКАЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ АТОМОВ ВОДОРОДА В БОКОВОЙ ЦЕПИ:

В случае гомологов бензола при действии хлора на свету или при нагревании происходит реакция радикального замещения в боковой цепи:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

3. Реакции окисления аренов

Бензол не окисляется даже под действием сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и т.п.). Поэтому он часто используется как инертный растворитель при проведении реакций окисления других органических соединений.

В отличие от бензола его гомологи окисляются довольно легко. При действии раствора KMnO4 в кислой среде и нагревании в гомологах бензола окислению подвергаются только боковые цепи, при этом от боковой цепи остаётся карбоксильная группа, а остальное - переходит в углекислый газ:

6Н5-СН3 +6КМnO4+9H2SO4 5C6H5-COOH +6MnSO4+3K2SO4+14H2O

6Н5-CH2-CH3 +12КМnO4+18H2SO45C6H5-COOH +5СО2+12MnSO4+6K2SO4+28H2O

Если окисление идёт в нейтральном растворе при нагревании, то образуется соль бензойной кислоты и карбонат калия:

С6Н5-СН2-СН3+4KMnO4C6H5 - COOK+K2CO3+4MnO2+KOH+2H2O

4.РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ В БЕНЗОЛЬНОМ КОЛЬЦЕ

1. Галогенирование

Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в присутствии катализаторов AlCl3, AlBr3, FeCl3 и т.п.:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

2. Нитрование

Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот):

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

3. Алкилирование

Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу(алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов в присутствии катализаторов AlCl3, FeBr3или алкенов в присутствии фосфорной кислоты:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

ЗАМЕЩЕНИЕ В АЛКИЛБЕНЗОЛАХ

Гомологи бензола (алкилбензолы) более активно вступают в реакции замещения по сравнению с бензолом. Например, при нитровании толуола С6Н5-CH3 может происходить замещение не одного, а трех атомов водорода с образованием 2,4,6-тринитротолуола, причём в орто- и пара- положениях:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

ОРИЕНТИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ

В БЕНЗОЛЬНОМ КОЛЬЦЕ.

Если в бензольном кольце имеются заместители, не только алкильные, но и содержащие другие атомы (гидроксил, аминогруппа, нитрогруппа и т.п.), то реакции замещения атомов водорода в ароматической системе протекают строго определенным образом, в соответствии с характером влияния заместителя на ароматическую π-систему.

Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного): электронодонорные (первого рода) и электроноакцепторные (второго рода).

ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ проявляют повышают электронную плотность в сопряженной системе.

К ним относятся гидроксильная группа -ОН и аминогруппа -NН2. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Алкильные группы не могут участвовать в сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение p -электронной плотности.

Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара- положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

ЭЛЕКТРОНОАКЦЕПТОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ снижают электронную плотность в сопряженной системе.

К ним относятся нитрогрупла -NO2, сульфогруппа -SO3Н, альдегидная -СНО и карбоксильная -СООН группы. Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, но меньше всего она уменьшается в мета-положениях:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Полностью галогенизированные алкильные радикалы (например, -ССl3) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.

Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение:

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

СТИРОЛ (винилбензол) С8Н8

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

- производное бензола, которое имеет в своём составе двойную связь в боковом заместителе, поэтому он НЕ относится к гомологическому ряду аренов.

Получение стирола:

  1. Дегидрирование этилбензола: С6Н5-СН2-СН3 -(t,кат) C6H5-CH=CH2 + H2

  2. Дегидрогалогенирование фенилбромэтана:

C6H5-CH-CH3 +KOH -(спирт)  C6H5-CH=CH2 +KBr +H2O

Свойства стирола:

Стирол проявляет свойства, характерные для алкенов - реакции присоединения, окисления, полимеризации.

Реакции присоединения к стиролу: протекают в соответствии с правилом Марковникова.

С6Н5-СН=СН22О  С6Н5-СН-СН3

ОН

Мягкое окисление стирола:

6Н5-СН=СН2 +2 KMnO4 + 4Н2О 3 С6Н5-СН-СН2 + 2MnO2 + 2KOH

│ │

OH OH фенилэтиленгликоль

Жесткое окисление стирола:

С6Н5-СН=СН2 + 2KMnO4 + 3Н2SO4С6Н5OOН + CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

бензойная кислота

6Н5-СН=СН2 + 10KMnO4 -to 3С6Н5OOК + 3К2CO3 + 10MnO2 + KOH+ 4Н2О

бензоат калия

Полимеризация стирола: в результате получают полистирол.

Подготовка к ЕГЭ по химии. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.



© 2010-2022