Бензол. Номенклатура. Изомерия. Получение.

Выведем формулу бензола (смотри алгоритм решения задач):

- Экспериментальные данные показывают, что в молекуле бензола массовая доля углерода составляет 92, 3%, относительная плотность паров его по водороду равна 39 (формула С₆Н₆).

-Гомологический ряд бензола - ароматические УВ или арены -

вещества, в молекулах которых одно или несколько бензольных колец.

Понятие “бензольное кольцо” требует расшифровки. Первая структура бензола была предложена в 1865г. немецким ученым А. Кекуле:

Развёрнутая и сокращённые структурные формулы бензола.

Химические связи в бензоле не одинарные и не двойные, а как принято говорить полуторные, промежуточные по своему характеру. Эти связи еще называют ароматическими, они прочнее пи – связей, что проявляется в химических свойствах.

Строение молекулы бензола (циклогексатириена).

-Шесть атомов углерода соединяются друг другом двумя сигма-связями, образованными гибридными орбиталями в плоскости цикла

-Ещё одна валентность гибридной орбитали углерода идёт на сигма- связь с атомом водорода в этой же плоскости

- Оставшаяся одна валентность - негибридная, образует пи-связь у каждого атома углерода над и под плоскостью цикла боковым перекрыванием, образуя единое p-электронное облако (или кольцо-тор)

-Таким образом, все атомы углерода находятся в состоянии sp² -гибридизации

Такая циклическая система с общим облаком из шести электронов очень устойчива, энергетически выгодна; поэтому бензол вступает в те реакции, в которых ароматическое кольцо сохраняется.

-Гомологический ряд бензола имеет общую формулу CnH₂n-₆

Ближайший гомолог бензола - метилбензол. Тривиалное название – толуол: молекулярная формула С₆Н₅-СН₃

Изомерия ароматических УВ. Бензол и толуол не имеют ароматических изомеров. Для этих веществ характерна лишь межклассовая изомерия. Так, соответствуют молекулярной формуле С₆Н₆ и, следовательно, изомерны бензолу непередельные нециклические углеводороды, содержащие две тройных или две двойные и одну тройную связи в молекуле, например:

Главное, что бы сохранилась молекулярная формула, а структурные можно варьировать.

Начиная с аренов с восьмью атомами углерода появляется возможность боковой изомерии, связанной с составом и взаимным расположением углеводородныхрадикалов.

Таким образом, молекулярной формуле С₈Н₈ отвечают четыре изомерных ароматических углеводорода:

Многие гомологи бензола имеют не только систематические (когда их рассматривают как производные бензола), но и тривиальные названия.

1. 6

2.

3. . 4.

5.

1.изопропилбензол-кумол 2.фенил радикал без одного атома водорода С₆Н₅-

3.бензиловый радикал С₆Н₅-СН₂- 4.стирол не гомолог бензола, просто имеет бензольное кольцо 5.6. полиядерные ароматические УВ с изолированными бензольными ядрами 7.полиядерные ароматические УВ с конденсированными бензольными ядрами

Получение ароматических УВ (аренов). Источники аренов - нефть, каменноугольная смола (продукт коксования угля)

Синтетические способы получения аренов. В настоящее время около 90 % бензола и его гомологов получают в промышленности в результате каталитического риформинга нефти.

1. Алканы превращают в арены дегидроциклизацией: одновременно замыкание в цикл линейного УВ и отщепление водорода.

Из гексана(6) получается бензол, из гептана(7) – толуол, из октана(8) − смесь этилбензола и ксилолов. Молекулярная С₆Н₁₄ С₆Н₆ +4Н₂

2. Дегидрирование циклогексана, отнимание 6 атомов водорода и его гомологов, реакция Зелинского. По другому, реакция ароматизации.

-Метилциклогексан подвергают каталитическому риформингу и получают толуол - метилбензол. С₇Н₁₆ С₆Н₅-СН₃ + 3Н₂

метилциклогексан толуол

3.Тримеризация ацетилена (частный случай полимеризации):

При пропускании ацетилена над активированным углем при 400-600 ^оС происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола:

3С₂Н₂ С₆Н₆

ацетилен бензол

4.Сплавление солей бензойной кислоты с щёлочью:

От бензоата натрия и щёлочи отщепляется карбонат натрия-кальцинированная сода - декарбоксилирование, получается бензол

5.Алкилирование (замещение атома «Н» на алкильную группу - радикал) – реакции Фриделя-Крафтса, образуются гомологи бензола:

бензол хлорметан толуол

Реакция осуществляется на катализаторе - хлориде алюминия.

6. Реакция Вюрца-Фиттига. Разновидность внедрения в молекулу бензола

УВ радикала. Натрий уводит два брома из галогенпроизводных бензола и алкана и соединяет их радикалы.

Дома: параграф 16, до химических свойств учить,

Задание: составить и решить цепочку перехода превращения оксида кальция в этилбензол (если через Фриделя-Крафтса, то 4 перехода, если через Вюрца-Фиттига, то 5 переходов)