Füüsikalised omadused

Benseen ja selle lähimad homoloogid on spetsiifilise lõhnaga värvitud vedelikud. Aromaatsed süsivesinikud on veest kergemad ega lahustu selles, kuid lahustuvad kergesti orgaanilistes lahustites – alkoholis, eetris, atsetoonis.

Benseen ja selle homoloogid on ise paljude orgaaniliste ainete head lahustid. Kõik areenid põlevad suitsuse leegiga nende molekulide suure süsinikusisalduse tõttu.

Mõnede areenide füüsikalised omadused on toodud tabelis.

Tabel. Mõne areeni füüsikalised omadused

Nimi	Valem	t°.pl., °C	t°.bp., °C
Benseen	C6H6	5,5	80,1
Tolueen (metüülbenseen)	C6H5CH3	95,0	110,6
Etüülbenseen	C6H5 C2H5	95,0	136,2
Ksüleen (dimetüülbenseen)	C6H4(CH3)2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
paar-		13,26	138,35
Propüülbenseen	C6H5(CH2)2CH3	99,0	159,20
Kumeen (isopropüülbenseen)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Stüreen (vinüülbenseen)	C6H5CH \u003d CH2	30,6	145,2

Benseen - madala keemistemperatuuriga ( tkip= 80,1°C), värvitu vedelik, vees lahustumatu

Tähelepanu! Benseen - mürk, toimib neerudele, muudab vere valemit (pikaajalise kokkupuute korral), võib häirida kromosoomide struktuuri.

Enamik aromaatseid süsivesinikke on eluohtlikud ja mürgised.

Areenide (benseen ja selle homoloogid) saamine

Laboris

1. Bensoehappe soolade liitmine tahkete leelistega

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

naatriumbensoaat

2. Wurtz-Fitting reaktsioon: (siin G on halogeen)

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

KOOS 6 H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl

Tööstuses

• eraldatud naftast ja kivisöest fraktsioneeriva destilleerimise, reformimise teel;
• kivisöetõrvast ja koksiahju gaasist

1. Alkaanide dehüdrotsüklistamine rohkem kui 6 süsinikuaatomiga:

C6H14 t , kat→C6H6 + 4H2

2. Atsetüleeni trimmeriseerimine(ainult benseeni puhul) – R. Zelinski:

3С 2 H2 600°C, seadus. kivisüsi→C6H6

3. Dehüdrogeenimine tsükloheksaan ja selle homoloogid:

Nõukogude akadeemik Nikolai Dmitrijevitš Zelinski tegi kindlaks, et benseen moodustub tsükloheksaanist (tsükloalkaanide dehüdrogeenimine

C6H12 t, kass→C6H6 + 3H2

C6Hn-CH3 t , kat→C6H5-CH3 + 3H2

metüültsükloheksaanetolueen

4. Benseeni alküülimine(benseeni homoloogide saamine) – r Friedel-Crafts.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl

kloroetaan etüülbenseen

Areenide keemilised omadused

I. OKSIDATSIOONI REAKTSIOONID

1. Põlemine (suitsune leek):

2C6H6 + 15O2 t→12CO2 + 6H2O + Q

2. Benseen kl normaalsetes tingimustes ei muuda värvi broomivett ja vesilahus kaaliumpermanganaat

3. Benseeni homoloogid oksüdeeritakse kaaliumpermanganaadiga (muutb kaaliumpermanganaadi värvi):

A) happelises keskkonnas bensoehappeks

Kaaliumpermanganaadi ja teiste tugevate oksüdeerijate toimel benseeni homoloogidele külgahelad oksüdeeritakse. Ükskõik kui keeruline on asendaja ahel, see hävib, välja arvatud a -süsiniku aatom, mis oksüdeerub karboksüülrühmaks.

Ühe kõrvalahelaga benseeni homoloogid annavad bensoehappe:

Kaht külgahelat sisaldavad homoloogid annavad kahealuselisi happeid:

5C6H5-C2H5 + 12KMnO4 + 18H2SO4 → 5C6H5COOH + 5CO2 + 6K2SO4 + 12MnSO4 + 28H2O

5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 14H2O

Lihtsustatud :

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

B) neutraalses ja kergelt aluselises kuni bensoehappe sooladena

C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. LISAREAKTSIOONID (kõvem kui alkeenid)

1. Halogeenimine

C6H6 + 3Cl2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksaklorotsükloheksaan - heksakloraan)

2. Hüdrogeenimine

C6H6 + 3H2 t , PtvõiNi→C6H12 (tsükloheksaan)

3. Polümerisatsioon

III. ASENDUSREAKTSIOONID - ioonmehhanism (kergem kui alkaanid)

1. Halogeenimine -

a ) benseen

C6H6 + Cl2 AlCl 3 → C6H5-Cl + HCl (klorobenseen)

C6H6 + 6Cl2 t,AlCl3→C6Cl6 + 6HCl( heksaklorobenseen)

C6H6 + Br2 t, FeCl3→ C6H5-Br + HBr( bromobenseen)

b) benseeni homoloogid kiiritamisel või kuumutamisel

Keemiliste omaduste poolest on alküülradikaalid sarnased alkaanidega. Nendes olevad vesinikuaatomid asendatakse vabade radikaalide mehhanismi abil halogeenidega. Seetõttu katalüsaatori puudumisel kuumutamisel või UV-kiirgusega radikaalne reaktsioon kõrvalahela asendused. Benseenitsükli mõju alküülasendajatele toob kaasa asjaolu, et vesinikuaatom on alati asendatud süsinikuaatomiga, mis on otseselt seotud benseenitsükliga (a-süsiniku aatom).

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

c) benseeni homoloogid katalüsaatori juuresolekul

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (orta segu, derivaatide paar) +HCl

2. Nitreerimine (koos lämmastikhape)

C6H6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C6H5-NO2 + H2O

nitrobenseen - lõhn mandel!

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

2,4,6-trinitrotolueen (tol, trotüül)

Benseeni ja selle homoloogide kasutamine

Benseen C6H6 on hea lahusti. Benseen lisandina parandab mootorikütuse kvaliteeti. See toimib toorainena paljude aromaatsete orgaaniliste ühendite tootmiseks - nitrobenseen C 6 H 5 NO 2 (sellest saadakse lahusti, aniliin), klorobenseen C 6 H 5 Cl, fenool C 6 H 5 OH, stüreen jne.

Tolueen C 6 H 5 -CH 3 - värvainete, ravimite ja lõhkeainete (trotüül (tol) või 2,4,6-trinitrotolueen TNT) valmistamisel kasutatav lahusti.

Ksüleen C6H4(CH3)2. Tehniline ksüleen on kolme isomeeri segu ( orto-, meta- Ja paar-ksüleenid) - kasutatakse lahustina ja lähteproduktina paljude orgaaniliste ühendite sünteesil.

Isopropüülbenseen C6H5-CH(CH3)2 kasutatakse fenooli ja atsetooni saamiseks.

Benseeni kloori derivaadid kasutatakse taimekaitseks. Seega on benseeni H-aatomite klooriaatomitega asendamise produkt heksaklorobenseen C 6 Cl 6 - fungitsiid; seda kasutatakse nisu ja rukki kuivpuhastamiseks kõva tatu vastu. Kloori benseenile lisamise saadus on heksaklorotsükloheksaan (heksakloraan) C 6 H 6 Cl 6 - insektitsiid; seda kasutatakse kahjulike putukate tõrjeks. Need ained viitavad pestitsiididele – mikroorganismide, taimede ja loomade vastu võitlemise keemilistele vahenditele.

Stüreen C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 polümeriseerub väga kergesti, moodustades polüstüreeni ja kopolümeriseerub butadieeni - stüreen-butadieenkummidega.

VIDEOKOGEMUSED

MÄÄRATLUS

Benseen(tsükloheksatrieen - 1,3,5) - orgaaniline aine, paljude aromaatsete süsivesinike lihtsaim esindaja.

Valem – C 6 H 6 ( struktuurvalem- riis. 1). Molekulmass - 78, 11.

Riis. 1. Benseeni struktuuri- ja ruumivalemid.

Kõik kuus süsinikuaatomit benseeni molekulis on sp 2 hübriidseisundis. Iga süsinikuaatom moodustab 3σ sidet kahe teise süsinikuaatomi ja ühe vesinikuaatomiga, mis asuvad samas tasapinnas. Kuus süsinikuaatomit moodustavad korrapärase kuusnurga (benseeni molekuli σ-skeleti). Igal süsinikuaatomil on üks hübridiseerimata p-orbitaal, mis sisaldab ühte elektroni. Kuus p-elektroni moodustavad ühe π-elektronide pilve (aromaatne süsteem), mis on kujutatud ringina kuueliikmelises tsüklis. Benseenist tuletatud süsivesinikradikaali nimetatakse C 6 H 5 - - fenüüliks (Ph-).

Benseeni keemilised omadused

Benseeni iseloomustavad asendusreaktsioonid, mis kulgevad vastavalt elektrofiilsele mehhanismile:

- halogeenimine (benseen interakteerub kloori ja broomiga katalüsaatorite juuresolekul - veevaba AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 \u003d C6H5-Cl + HCl;

- nitreerimine (benseen reageerib kergesti nitreeriva seguga - kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappe segu)

- alküülimine alkeenidega

C6H6 + CH2 \u003d CH-CH3 → C6H5-CH (CH3)2;

Benseeni lisamisreaktsioonid põhjustavad aromaatse süsteemi hävimise ja toimuvad ainult karmides tingimustes:

- hüdrogeenimine (reaktsioon kulgeb kuumutamisel, katalüsaatoriks on Pt)

- kloori lisamine (toimub UV-kiirguse toimel tahke toote moodustumisega - heksaklorotsükloheksaan (heksakloraan) - C 6 H 6 Cl 6)

Nagu iga orgaaniline ühend benseen siseneb põlemisreaktsiooni, mille käigus moodustub reaktsiooniproduktidena süsinikdioksiid ja vesi (põleb suitsuse leegiga):

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O.

Benseeni füüsikalised omadused

Benseen on värvitu vedelik, kuid sellel on spetsiifiline terav lõhn. Moodustab aseotroopse segu veega, seguneb hästi eetrite, bensiini ja erinevate orgaaniliste lahustitega. Keemistemperatuur - 80,1 C, sulamistemperatuur - 5,5 C. Mürgine, kantserogeen (st aitab kaasa vähi arengule).

Benseeni saamine ja kasutamine

Peamised benseeni saamise meetodid:

- heksaani dehüdrotsüklistamine (katalüsaatorid - Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

- tsükloheksaani dehüdrogeenimine (reaktsioon kulgeb kuumutamisel, katalüsaatoriks on Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

- atsetüleeni trimeriseerimine (reaktsioon kulgeb kuumutamisel temperatuurini 600 C, katalüsaatoriks on aktiivsüsi)

3HC≡CH → C6H6.

Benseen on toorainena homoloogide (etüülbenseen, kumeen), tsükloheksaani, nitrobenseeni, klorobenseeni ja muude ainete tootmiseks. Varem kasutati benseeni bensiini lisandina selle oktaanarvu tõstmiseks, kuid nüüd on selle kõrge toksilisuse tõttu benseeni sisaldus kütuses rangelt reguleeritud. Mõnikord kasutatakse lahustina benseeni.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Harjutus	Kirjutage üles võrrandid, mille abil saate teostada järgmisi teisendusi: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.
Lahendus	Atsetüleeni saamiseks metaanist kasutatakse järgmist reaktsiooni: 2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C). Benseeni saamine atsetüleenist on võimalik atsetüleeni trimerisatsioonireaktsioonil, mis toimub kuumutamisel (t = 600 C) ja aktiivsöe juuresolekul: 3C2H2 → C6H6. Benseeni kloorimisreaktsioon klorobenseeni saamiseks tootena viiakse läbi raud(III)kloriidi juuresolekul: C6H6 + Cl2 → C6H5CI + HCl.

NÄIDE 2

Harjutus	39 g benseenile lisati raud(III)kloriidi juuresolekul 1 mol broomvett. Kui palju ainet ja mitu grammi millistest toodetest see andis?
Lahendus	Kirjutame benseeni broomimise reaktsiooni võrrandi raud(III)kloriidi juuresolekul: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr. Reaktsiooniproduktid on bromobenseen ja vesinikbromiid. Molaarmass benseen arvutatakse tabeli abil keemilised elemendid DI. Mendelejev - 78 g/mol. Leidke benseeni kogus: n(C6H6) = m(C6H6)/M(C6H6); n(C6H6) = 39/78 = 0,5 mol. Vastavalt probleemi olukorrale reageeris benseen 1 mol broomiga. Järelikult on benseeni defitsiit ja benseeni osas tehakse täiendavaid arvutusi. Vastavalt reaktsioonivõrrandile n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) \u003d 1: 1: 1, seega n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5 Br) \u003d: n(HBr) = 0,5 mol. Seejärel on bromobenseeni ja vesinikbromiidi massid võrdsed: m(C6H5Br) = n(C6H5Br) × M(C6H5Br); m(HBr) = n(HBr) x M(HBr). Bromobenseeni ja vesinikbromiidi molaarmassid, mis on arvutatud D.I. keemiliste elementide tabeli abil. Mendelejev - vastavalt 157 ja 81 g/mol. m (C6H5Br) = 0,5 × 157 = 78,5 g; m(HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 g.
Vastus	Reaktsiooniproduktid on bromobenseen ja vesinikbromiid. Bromobenseeni ja vesinikbromiidi massid on vastavalt 78,5 ja 40,5 g.

C6H6 + Cl2 → C6H6Cl + HCl

Sel juhul kasutatakse tavaliselt katalüsaatorina raudkloriidi või bromiidi (III). Katalüsaatoritena võib kasutada ka teisi metallkloriide, nagu AlCl3, SbCl3, SbCl5, aga ka joodi.

Katalüsaatori ülesanne on aktiveerida (polariseerida) halogeen, mis teostab benseenitsüklis elektrofiilset asendust. FeCl3 juuresolekul

kloorimine toimub näiteks vastavalt skeemile:

FeCl3 + :Cl::Cl: ↔ FeCl-4 + Cl:+

۠۠۠ ۠ ۠۠۠۠۠ ۠ ۠ ۠۠

C6H6 + Cl+ → C6H5Cl + H+;

H+ + Cl2 → HCl + Cl+ jne.

Halogeeni saab külgahelasse sisestada katalüsaatorite puudumisel valguses või kuumutamisel. Asendusmehhanism on sel juhul radikaalne. Tolueeni puhul saab neid teisendusi väljendada järgmise skeemi abil:

Halogeenid on esimest tüüpi asendajad ja seetõttu siseneb benseeni halogeenimisel teine ​​halogeeniaatom valdavalt n-asendisse esimesse asendisse. Kuid erinevalt teistest esimest tüüpi asendajatest muudavad halogeenid asendamise keeruliseks (võrreldes benseeniga).

Kui n-fluoroklorobenseeni klooritakse, siseneb kolmas halogeeniaatom o-asendisse klooriks, mitte fluoriks. Seetõttu on halogeeni induktiivmõjul otsustav mõju asendusjärjestusele (fluoriaatomi o-asendil on suur positiivne laeng, kuna –IF > -ICl): AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

2. Aminorühma asendamine halogeeniga diasoühendite vahepealse moodustumise kaudu. See meetod võimaldab teil saada mis tahes halogeeni derivaate, sealhulgas fluori derivaate:

───→ C6H5Cl + N2

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

───→ C6H5Br + Cu2Cl2 + N2

BF4 → C6H5F + N2 + BF3

2.2 Adamantane

Adamantaani struktuurilised omadused määravad selle ebatavalise füüsilise ja Keemilised omadused. Adamantaanil on süsivesinike kõrgeim sulamistemperatuur 269°C ja tihedus 1,07 g/cm3. See on temperatuurini 660 °C kuumutamisel hapniku puudumisel termiliselt stabiilne. Rõhul 20 kilobaari ja temperatuuril 480°C ja kõrgemal grafitiseerub see järk-järgult. Adamantaan on äärmiselt vastupidav agressiivsele keemilisele keskkonnale ega interakteeru kaaliumpermanganaadi, kroomi ja kontsentreeritud lämmastikhappega isegi kõrgetel temperatuuridel.

Tabelis 1 on näidatud adamantaani saagis kasutatud katalüsaatori funktsioonina.

Tabel 1. TMNB vedelfaasis adamantaaniks isomeerimise tulemused

Reaktsioonitingimused	Adamantaani saagis, %
BF3, HF, 23 H2 juures, 50 °С
SbF5, HF, 120 °C, 5 tundi
A1C13, HC1.40 H2 juures, 120 °C
A1C13, HC1, tert-C4H9Cl
A1Br3, tert-C4H9Br

TMNB isomeriseerimine adamantaaniks viiakse läbi vastavalt skeemile:

Ruumiliste kaalutluste tõttu on ainult endoisomeer võimeline edasiseks ümberkorraldamiseks adamantaaniks ja selle tasakaalukontsentratsioon on umbes 0,5 massiprotsenti. %.

Kineetilises mõttes on endo-TMNB isomerisatsioon nendes tingimustes üks aeglasemaid küllastunud süsivesinike ümberkorraldusi: geomeetriline TMNB isomerisatsioon (Wagner-Meerweini ümberkorraldus) kulgeb ligikaudu 10 000 korda kiiremini.

Sellest sünteesimeetodist sai adamantaani tööstusliku tehnoloogia alus. Sellise ümberkorraldamise lihtsus on seletatav adamantaani kõrge termodünaamilise stabiilsusega; seetõttu viib kõigi teadaolevate C10H16 isomeeride töötlemine Lewise hapetega paratamatult selle polütsüklilise raami süsivesiniku tekkeni.

Adamantaankarboksüülhapete süntees

Adamantaani seeria hapete saamiseks kasutatakse laialdaselt Koch-Haafi reaktsiooni. Lähteainetena kasutatakse adamantaani, 1-bromo-, 1-hüdroksüadamantaani ja 1-hüdroksüadamantaannitraati.

Adamantaan-1-karboksüülhape saadi 1-bromo- või 1-hüdroksüadamantaani reageerimisel sipelghappega väävelhappes või adamantaanil sipelg- või väävelhappega tert-butüülalkoholi juuresolekul.

On näidatud, et adamantaan-1-karboksüülhappe maksimaalne saagis saavutatakse suhtega AdOH:HCOOH:H2SO4 = 1:1:24. Saagis väheneb sipelghappe puudumisel.

Adamantaan-1-karboksüülhapet saab adamantaanist 20% oleumis. Eeldatakse, et reaktsioon kulgeb adamantüülkatiooni moodustumisega

Karboksüülhapete saamiseks adamantaanist kasutatakse selle reaktsiooni CO2-ga väävelhappes või oleumis (autoklaav, 90-160ºС) . See annab adamantaan-1-karboksüül- ja adamantaan-1,3-dikarboksüülhappe segu vahekorras 1:6.

(1-adamantüül)äädikhappe süntees 1-bromo- või 1-hüdroksüadamantaanist ja dikloroetüleenist viiakse läbi 80-100% H2SO4-s BF3 juuresolekul temperatuuril 0-15ºС.

Kui adamantaan ja selle derivaadid reageerivad trikloroetüleeniga 90% väävelhappe juuresolekul, tekivad vastavad α-kloroäädikhapped.

3-alküüladamantaan-1-karboksüülhapped saadakse alküüladamantaanidest väävelhappes tert-butüülalkoholi ja 95% sipelghappe juuresolekul.

Adamantaani nitraadid.

Adamantaani reaktsioon 96–98% lämmastikhappe liiaga annab 1-nitroksüadamantaani kui peamise reaktsioonisaaduse 1,3-dinitroksiadamantaani.

Adamantaan reageerib lämmastik- ja äädikhappe seguga aeglasemalt kui lämmastikhappega ning maksimaalne nitraadisaagis 80% saavutatakse 3 tunniga. Reaktsiooni ainus kõrvalsaadus on adamantool-1.