Fizikālās īpašības

Benzols un tā tuvākie homologi ir bezkrāsaini šķidrumi ar specifisku smaržu. Aromātiskie ogļūdeņraži ir vieglāki par ūdeni un tajā nešķīst, taču tie viegli izšķīst organiskajos šķīdinātājos – spirtā, ēterī, acetonā.

Benzols un tā homologi paši ir labi šķīdinātāji daudzām organiskām vielām. Visas arēnas deg ar dūmakainu liesmu, jo to molekulās ir augsts oglekļa saturs.

Dažu arēnu fizikālās īpašības ir parādītas tabulā.

Tabula. Dažu arēnu fizikālās īpašības

Vārds	Formula	t°.pl., °C	t°.bp., °C
Benzīns	C6H6	5,5	80,1
Toluols (metilbenzols)	C6H5CH3	95,0	110,6
Etilbenzols	C6H5 C2H5	95,0	136,2
Ksilols (dimetilbenzols)	C6H4(CH3)2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
pāris-		13,26	138,35
Propilbenzols	C6H5(CH2)2CH3	99,0	159,20
Kumēns (izopropilbenzols)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Stirēns (vinilbenzols)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

Benzīns - ar zemu viršanas temperatūru ( tkip= 80,1°C), bezkrāsains šķidrums, nešķīst ūdenī

Uzmanību! Benzīns - inde, iedarbojas uz nierēm, maina asins formulu (ar ilgstošu iedarbību), var izjaukt hromosomu struktūru.

Lielākā daļa aromātisko ogļūdeņražu ir dzīvībai bīstami un toksiski.

Arēnu iegūšana (benzols un tā homologi)

Laboratorijā

1. Benzoskābes sāļu saplūšana ar cietiem sārmiem

C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

nātrija benzoāts

2. Wurtz-Fitting reakcija: (šeit G ir halogēns)

No 6H 5 -G+2Na + R-G →C 6 H 5 - R + 2 NaG

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

Rūpniecībā

• izolēts no naftas un akmeņoglēm ar frakcionētu destilāciju, riformingu;
• no akmeņogļu darvas un koksa krāsns gāzes

1. Alkānu dehidrociklizācija ar vairāk nekā 6 oglekļa atomiem:

C6H14 t , kat→C6H6+4H2

2. Acetilēna trimerizācija(tikai benzolam) – R. Zeļinskis:

3С 2 H2 600°C, Tēlot. ogles→C6H6

3. Dehidrogenēšana cikloheksāns un tā homologi:

Padomju akadēmiķis Nikolajs Dmitrijevičs Zelinskis konstatēja, ka benzols veidojas no cikloheksāna (cikloalkānu dehidrogenēšana)

C6H12 t, kaķis→C6H6+3H2

C6H11-CH3 t , kat→C6H5-CH3+3H2

metilcikloheksānetoluols

4. Benzola alkilēšana(benzola homologu iegūšana) – r Fridel-Crafts.

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

hloretāns etilbenzols

Arēnu ķīmiskās īpašības

es. OKSIDĀCIJAS REAKCIJAS

1. Degšana (dūmu liesma):

2C6H6 + 15O2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Benzīns plkst normāli apstākļi neatkrāso broma ūdeni un ūdens šķīdums kālija permanganāts

3. Benzola homologus oksidē kālija permanganāts (izmaina kālija permanganāta krāsu):

A) skābā vidē uz benzoskābi

Kālija permanganāta un citu spēcīgu oksidētāju iedarbībā uz benzola homologiem sānu ķēdes tiek oksidētas. Neatkarīgi no tā, cik sarežģīta ir aizvietotāja ķēde, tā tiek iznīcināta, izņemot a -oglekļa atomu, kas oksidējas par karboksilgrupu.

Benzola homologi ar vienu sānu ķēdi dod benzoskābi:

Homologi, kas satur divas sānu ķēdes, dod divvērtīgās skābes:

5C 6 H 5 - C 2 H 5 + 12 KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12 MnSO 4 + 28 H 2 O

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

Vienkāršots :

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

B) neitrālā un nedaudz sārmainā līdz benzoskābes sāļiem

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

II. PAPILDINĀJUMA REAKCIJAS (cietāks par alkēniem)

1. Halogenēšana

C6H6 + 3Cl2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksahlorcikloheksāns - heksahlorāns)

2. Hidrogenēšana

C6H6+3H2 t , PtvaiNi→C6H12 (cikloheksāns)

3. Polimerizācija

III. AIZSTĀŠANAS REAKCIJAS – jonu mehānisms (vieglāks par alkāniem)

1. Halogenēšana -

a ) benzols

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

C6H6+6Cl2 t, AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( heksahlorbenzols)

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

b) benzola homologi pēc apstarošanas vai karsēšanas

Pēc ķīmiskajām īpašībām alkilradikāļi ir līdzīgi alkāniem. Ūdeņraža atomi tajos ar brīvo radikāļu mehānismu tiek aizstāti ar halogēniem. Tāpēc, ja nav katalizatora, karsējot vai apstarojot ar UV starojumu, radikāla reakcija sānu ķēžu aizstāšana. Benzola gredzena ietekme uz alkil-aizvietotājiem noved pie tā, ka ūdeņraža atoms vienmēr tiek aizstāts ar oglekļa atomu, kas tieši saistīts ar benzola gredzenu (a-oglekļa atoms).

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

c) benzola homologi katalizatora klātbūtnē

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (ortas maisījums, atvasinājumu pāris) +HCl

2. Nitrēšana (ar slāpekļskābe)

C6H6+HO-NO2 t, H2SO4→C6H5-NO2 + H2O

nitrobenzols - smarža mandeļu!

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

2,4,6-trinitrotoluols (tols, trotils)

Benzola un tā homologu izmantošana

Benzīns C6H6 ir labs šķīdinātājs. Benzīns kā piedeva uzlabo motordegvielas kvalitāti. Tas kalpo kā izejviela daudzu aromātisku organisko savienojumu ražošanai - nitrobenzols C 6 H 5 NO 2 (no tā tiek iegūts šķīdinātājs, anilīns), hlorbenzols C 6 H 5 Cl, fenols C 6 H 5 OH, stirols u.c.

Toluols C 6 H 5 -CH 3 - šķīdinātājs, ko izmanto krāsvielu, zāļu un sprāgstvielu ražošanā (trotils (tols) vai 2,4,6-trinitrotoluols TNT).

Ksilols C6H4(CH3)2. Tehniskais ksilols ir trīs izomēru maisījums ( orto-, meta- Un pāri-ksiloli) - tiek izmantots kā šķīdinātājs un izejas produkts daudzu organisko savienojumu sintēzei.

Izopropilbenzols C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 kalpo fenola un acetona iegūšanai.

Benzola hlora atvasinājumi izmanto augu aizsardzībai. Tādējādi H atomu aizstāšanas produkts benzolā ar hlora atomiem ir heksahlorbenzols C 6 Cl 6 - fungicīds; to izmanto kviešu un rudzu sausai sēklu apstrādei pret cieto dūņu veidošanos. Hlora pievienošanas produkts benzolam ir heksahlorcikloheksāns (heksahlorāns) C 6 H 6 Cl 6 - insekticīds; to izmanto kaitīgo kukaiņu apkarošanai. Šīs vielas attiecas uz pesticīdiem - ķīmiskiem līdzekļiem mikroorganismu, augu un dzīvnieku apkarošanai.

Stirols C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 polimerizējas ļoti viegli, veidojot polistirolu un kopolimerizējoties ar butadiēna - stirola-butadiēna gumijām.

VIDEO PIEREDZE

DEFINĪCIJA

Benzīns(cikloheksatriēns - 1,3,5) - organisko vielu, vienkāršākais vairāku aromātisko ogļūdeņražu pārstāvis.

Formula - C 6 H 6 ( strukturālā formula- rīsi. 1). Molekulmasa - 78, 11.

Rīsi. 1. Benzola strukturālās un telpiskās formulas.

Visi seši oglekļa atomi benzola molekulā ir sp 2 hibrīda stāvoklī. Katrs oglekļa atoms veido 3σ saites ar diviem citiem oglekļa atomiem un vienu ūdeņraža atomu, kas atrodas tajā pašā plaknē. Seši oglekļa atomi veido regulāru sešstūri (benzola molekulas σ-skeletu). Katram oglekļa atomam ir viena nehibridizēta p-orbitāle, kas satur vienu elektronu. Seši p-elektroni veido vienu π-elektronu mākoni (aromātisku sistēmu), kas ir attēlots kā aplis sešu locekļu ciklā. Ogļūdeņraža radikāli, kas iegūti no benzola, sauc par C 6 H 5 - fenilu (Ph-).

Benzola ķīmiskās īpašības

Benzolu raksturo aizvietošanas reakcijas, kas notiek saskaņā ar elektrofilo mehānismu:

- halogenēšana (benzols mijiedarbojas ar hloru un bromu katalizatoru klātbūtnē - bezūdens AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 \u003d C6H5-Cl + HCl;

- nitrēšana (benzols viegli reaģē ar nitrēšanas maisījumu - koncentrētas slāpekļskābes un sērskābes maisījumu)

- alkilēšana ar alkēniem

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

Benzola pievienošanas reakcijas izraisa aromātiskās sistēmas iznīcināšanu un notiek tikai skarbos apstākļos:

- hidrogenēšana (reakcija notiek karsējot, katalizators ir Pt)

- hlora pievienošana (notiek UV starojuma ietekmē, veidojot cietu produktu - heksahlorcikloheksāns (heksahlorāns) - C 6 H 6 Cl 6)

Tāpat kā jebkura organiskais savienojums benzols nonāk degšanas reakcijā, veidojoties kā reakcijas produkti oglekļa dioksīds un ūdens (deg ar dūmaku liesmu):

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O.

Benzola fizikālās īpašības

Benzīns ir bezkrāsains šķidrums, bet tam ir specifiska asa smaka. Veido azeotropu maisījumu ar ūdeni, labi sajaucas ar ēteriem, benzīnu un dažādiem organiskiem šķīdinātājiem. Vārīšanās temperatūra - 80,1C, kušanas temperatūra - 5,5C. Toksisks, kancerogēns (t.i., veicina vēža attīstību).

Benzola iegūšana un izmantošana

Galvenās benzola iegūšanas metodes:

— heksāna dehidrociklizācija (katalizatori - Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

- cikloheksāna dehidrogenēšana (reakcija notiek karsējot, katalizators ir Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

– acetilēna trimerizācija (reakcija norit, uzkarsējot līdz 600C, katalizators ir aktīvā ogle)

3HC≡CH → C6H6.

Benzolu izmanto kā izejvielu homologu (etilbenzola, kumēna), cikloheksāna, nitrobenzola, hlorbenzola un citu vielu ražošanai. Iepriekš benzols tika izmantots kā piedeva benzīnam, lai palielinātu tā oktānskaitli, taču tagad tā augstās toksicitātes dēļ benzola saturs degvielā ir stingri regulēts. Dažreiz benzolu izmanto kā šķīdinātāju.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums	Pierakstiet vienādojumus, ar kuriem var veikt šādas transformācijas: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.
Risinājums	Lai no metāna iegūtu acetilēnu, tiek izmantota šāda reakcija: 2CH4 → C2H2+3H2 (t = 1400C). Benzolu no acetilēna var iegūt acetilēna trimerizācijas reakcijā, kas notiek karsējot (t = 600C) un aktīvās ogles klātbūtnē: 3C 2H2 → C6H6. Benzola hlorēšanas reakciju, lai iegūtu hlorbenzolu kā produktu, veic dzelzs (III) hlorīda klātbūtnē: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

2. PIEMĒRS

Vingrinājums	39 g benzola dzelzs (III) hlorīda klātbūtnē pievienoja 1 molu broma ūdens. Kāds vielas daudzums un cik gramu produktu tas radīja?
Risinājums	Uzrakstīsim vienādojumu benzola bromēšanas reakcijai dzelzs (III) hlorīda klātbūtnē: C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Reakcijas produkti ir brombenzols un ūdeņraža bromīds. Molārā masa benzols aprēķināts, izmantojot tabulu ķīmiskie elementi DI. Mendeļejevs - 78 g/mol. Atrodiet benzola vielas daudzumu: n(C6H6) = m(C6H6)/M(C6H6); n(C6H6) = 39/78 = 0,5 mol. Atbilstoši problēmas stāvoklim benzols reaģēja ar 1 molu broma. Līdz ar to benzols ir deficīts, un par benzolu tiks veikti turpmāki aprēķini. Saskaņā ar reakcijas vienādojumu n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br) : n (HBr) \u003d 1: 1: 1, tāpēc n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5) Br) \u003d: n(HBr) = 0,5 mol. Tad brombenzola un bromūdeņraža masas būs vienādas: m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br); m(HBr) = n(HBr) × M(HBr). Brombenzola un bromūdeņraža molārās masas, kas aprēķinātas, izmantojot D.I. ķīmisko elementu tabulu. Mendeļejevs - attiecīgi 157 un 81 g/mol. m(C6H5Br) = 0,5 × 157 = 78,5 g; m(HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 g.
Atbilde	Reakcijas produkti ir brombenzols un ūdeņraža bromīds. Brombenzola un ūdeņraža bromīda masa ir attiecīgi 78,5 un 40,5 g.

C6H6 + Cl2 → C6H6Cl + HCl

Šajā gadījumā kā katalizators parasti tiek izmantots dzelzs hlorīds vai bromīds (III). Kā katalizatorus var izmantot arī citus metālu hlorīdus, piemēram, AlCl3, SbCl3, SbCl5, kā arī jodu.

Katalizatora uzdevums ir aktivizēt (polarizēt) halogēnu, kas veic elektrofīlo aizvietošanu benzola gredzenā. FeCl3 klātbūtnē

hlorēšana notiek, piemēram, saskaņā ar shēmu:

FeCl3 + :Cl::Cl: ↔ FeCl-4 + Cl:+

۠۠۠ ۠ ۠۠۠۠۠ ۠ ۠ ۠۠

C6H6 + Cl+ → C6H5Cl + H+;

H+ + Cl2 → HCl + Cl+ utt.

Halogēnu var ievadīt sānu ķēdē, ja nav katalizatoru gaismā vai karsējot. Aizstāšanas mehānisms šajā gadījumā ir radikāls. Toluola gadījumā šīs pārvērtības var izteikt ar shēmu:

Halogēni ir pirmā veida aizvietotāji, un tāpēc, kad benzols ir halogenēts, otrais halogēna atoms pārsvarā nonāk n-pozīcijā pirmajā. Tomēr halogēni atšķirībā no citiem pirmā veida aizvietotājiem apgrūtina aizstāšanu (salīdzinājumā ar benzolu).

Kad n-fluorhlorbenzols tiek hlorēts, trešais halogēna atoms nonāk o-pozīcijā pret hloru, nevis uz fluoru. Tāpēc halogēna induktīvajai iedarbībai ir izšķiroša ietekme uz aizvietošanas secību (o-pozīcijai pret fluora atomu ir liels pozitīvs lādiņš, jo –IF > -ICl): AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

2. Aminogrupas aizstāšana ar halogēnu, starpposmā veidojot diazo savienojumus. Šī metode ļauj iegūt jebkurus halogēna atvasinājumus, tostarp fluora atvasinājumus:

───→ C6H5Cl + N2

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

───→ C6H5Br + Cu2Cl2 + N2

BF4 → C6H5F + N2 + BF3

2.2 Adamantāns

Adamantāna strukturālās iezīmes nosaka tā neparasto fizisko un Ķīmiskās īpašības. Adamantānam ir augstākā ogļūdeņražu kušanas temperatūra – 269°C, un tā blīvums ir 1,07 g/cm3. Tas ir termiski stabils bez skābekļa, uzkarsējot līdz 660°C. Pie 20 kilobāru spiediena un 480°C un augstākas temperatūras tas pakāpeniski grafitizējas. Adamantāns ir ārkārtīgi izturīgs pret agresīvu ķīmisko vidi un nesadarbojas ar kālija permanganātu, hromu un koncentrētu slāpekļskābi pat paaugstinātā temperatūrā.

1. tabulā parādīta adamantāna iznākums kā izmantotā katalizatora funkcija.

1. tabula. TMNB šķidrās fāzes izomerizācijas rezultāti par adamantānu

Reakcijas apstākļi	Adamantāna raža, %
BF3, HF, 23 pie H2, 50°С
SbF5, HF, 120°C, 5 h
A1C13, HC1.40 pie H2, 120°C
A1C13, HC1, terc-C4H9Cl
A1Br3, terc-C4H9Br

TMNB izomerizāciju par adamantānu veic saskaņā ar shēmu:

Telpisku apsvērumu dēļ tikai endoizomērs spēj tālāk pārkārtoties adamantānā, un tā līdzsvara koncentrācija ir aptuveni 0,5 masas. %.

Kinētiskā izteiksmē endo-TMNB izomerizācija ir viens no lēnākajiem piesātināto ogļūdeņražu pārkārtojumiem šādos apstākļos: ģeometriskā TMNB izomerizācija (Vāgnera-Mērveina pārkārtošanās) notiek aptuveni 10 000 reižu ātrāk.

Šī sintēzes metode kļuva par pamatu adamantāna rūpnieciskajai tehnoloģijai. Šādas pārkārtošanas vieglums ir izskaidrojams ar adamantāna augsto termodinamisko stabilitāti, tāpēc visu zināmo C10H16 izomēru apstrāde ar Lūisa skābēm neizbēgami noved pie šī policikliskā karkasa ogļūdeņraža.

Adamantāna karbonskābju sintēze

Lai iegūtu adamantāna sērijas skābes, plaši izmanto Koha-Hāfa reakciju. Adamantānu, 1-bromu, 1-hidroksiadamantānu un 1-hidroksiadamantānu izmanto kā izejvielas.

Adamantāna-1-karbonskābe tika iegūta, reaģējot 1-brom- vai 1-hidroksiadamantānu ar skudrskābi sērskābē vai adamantānu ar skudrskābi vai sērskābi terc-butilspirta klātbūtnē.

Ir pierādīts, ka maksimālā adamantāna-1-karbonskābes iznākums tiek sasniegts ar attiecību AdOH:HCOOH:H2SO4 = 1:1:24. Raža samazinās, ja trūkst skudrskābes.

Adamantāna-1-karbonskābi var iegūt no adamantāna 20% oleumā. Tiek pieņemts, ka reakcija notiek, veidojot adamantilkatjonu

Lai iegūtu karbonskābes no adamantāna, tiek izmantota tā reakcija ar CO2 sērskābē vai oleumā (autoklāvs, 90-160ºС) . Tas rada adamantāna-1-karbonskābes un adamantāna-1,3-dikarbonskābes maisījumu attiecībā 1:6.

(1-adamantil)etiķskābes sintēze no 1-broma vai 1-hidroksiadamantāna un dihloretilēna tiek veikta 80-100% H2SO4 BF3 klātbūtnē 0-15ºС.

Kad adamantāns un tā atvasinājumi reaģē ar trihloretilēnu 90% sērskābes klātbūtnē, veidojas atbilstošās α-hloretiķskābes.

3-alkiladamantāna-1-karbonskābes iegūst no alkiladamantāniem sērskābē terc-butilspirta un 95% skudrskābes klātbūtnē.

Adamantāna nitrāti.

Adamantāna reakcija ar 96–98% slāpekļskābes pārpalikumu rada 1-nitroksiadamantānu kā galveno reakcijas produktu 1,3-dinitroksiadamantānu.

Adamantāns reaģē ar slāpekļskābes un etiķskābes maisījumu lēnāk nekā ar slāpekļskābi, un maksimālā nitrātu iznākums 80% tiek sasniegts 3 stundās. Vienīgais reakcijas blakusprodukts ir adamantol-1.