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

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