Текст работы

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Новотроицкий филиал

Реферат
по органической химии
По теме: «Свойства аренов»

Выполнил студент группы
ХТ-12-22 Тимофеева Е.В.
Проверил преподаватель:
Саблин А.В.

Новотроицк

Содержание

Введение
Глава 1.Получение ароматических углеводородов и их свойства
Глава 2. Химические свойства ароматических углеводородов
Заключение
Список литературы

Введение

Ароматические углеводороды , арены - органические соединения карбоциклического ряда, молекулы которых содержат бензольное кольцо С6Н6 (моно- и полициклические функциональные производные бензола).
Бензол был открыт М.Фарадеем в 1825г., он же установил его формулу. В 1865 г. А. Кекуле предложил структурную формулу бензола, в которой в шестичленном кольце изобразил три чередующиеся =. Но это не истинно двойные связи, это только условное обозначение общих шести электронов, в одинаковой степени принадлежащих всем шести атомам углерода. Доказательствами отсутствия непредельности в ароматическом кольце являются следующие факты:
а) Алкены, содержащие =, обесцвечивают бромную воду и раствор KMnO4, бензол не обесцвечивает указанные растворы;
б) Для бензола характерны реакции замещения аналогично алканам, а не присоединения, как для алкенов;
в) Длина одинарной связи 0,154 нм, двойной связи - 0,134 нм. В бензоле длина всех связей одинаковая, равна 0,140 нм.
В молекулах бензола нет чередования - и = связей, а есть «полуторная», особая связь. Атом С в молекуле бензола находится в Sp2-гибридном состоянии: 3 σ -связи, образованные перекрыванием трех гибридных орбиталей + единая π-электронная система, общая для всех атомов С.

Глава 1.Получение ароматических углеводородов и их свойства.

Известны следующие способы получения ароматических углеводородов:
) Каталитическая дегидроциклизация алканов, т.е. отщепление водорода с одновременной циклизацией (способ Б.А.Казанского и А.Ф.Платэ). Реакция осуществляется при повышенной температуре с использованием катализатора, например оксида хрома.
) Каталитическое дегидрирование циклогексана и его производных (Н.Д.Зелинский). В качестве катализатора используется палладиевая чернь или платина при 300°C.





) Циклическая тримеризация ацетилена и его гомологов над активированным углем при 600°C (Н.Д.Зелинский).
) Сплавление солей ароматических кислот со щелочью или натронной известью.
Толуо́л - метилбензол, бесцветная жидкость с характерным запахом, относится к аренам . Бесцветная подвижная летучая жидкость с резким запахом, проявляет слабое наркотическое действие. Смешивается в неограниченных пределах с углеводородами, многими спиртами и эфирами , не смешивается с водой. Показатель преломления света 1,4969 при 20 °C Горюч, сгорает коптящим пламенем.
Для толуола характерны реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце и замещения в метильной группе по радикальному механизму.
Электрофильное замещение в ароматическом кольце идёт преимущественно в орто- и пара-положения относительно метильной группы .
Кроме реакций замещения, толуол вступает в реакции присоединения (гидрирование ), озонолиза. Некоторые окислители (щелочной раствор перманганата калия , разбавленная азотная кислота ) окисляют метильную группу до карбоксильной . Температура самовоспламенения 535 °C. Концентрационный предел распространения пламени, %об [1,27;6,8]. Температурный предел распространения пламени, °C [6;37]. Температура вспышки 4 °C.
·Взаимодействие с перманганатом калия в кислой среде:

5С6H5СH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5С6H5СOOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 14H2 образование бензойной кислоты

·Взаимодействие с перманганатом калия в нейтральной среде:

С6H5СH3 + 2KMnO4 → С6H5СOOK + 2MnO2 + KOH + H2O.

Химические свойства.
Все свойства толуола можно разделить на 2 типа:
А) реакции, затрагивающие бензольное кольцо,
Б) реакции, затрагивающие метильную группу.
Бензо́л (66,Ph H) - органическое химическое соединение , бесцветная жидкость со специфическим сладковатым запахом .
Бензойная кислота дешева и легкодоступна. Поэтому лабораторный синтез используется в педагогических целях. Очистку бензойной кислоты удобно проводить перекристаллизацией из воды. Другие растворители для перекристаллизации: уксусная кислота (ледяная и водная), бензол , ацетон , петролейный эфир и водный этанол .
Гидролиз:
Бензамид и бензонитрил гидролизуются в воде в присутствии кислоты или основания до бензойной кислоты.
Реакция Канниццаро :
Бензальдегид в основной среде претерпевает преобразование по реакции Канниццаро . В итоге получается бензойная кислота и бензиловый спирт .



Реакция Гриньяра :
Из бромбензола по реакции карбоксилирования фенилмагний бромида.
C6H5MgBr + CO2 → C6H5CO2MgBrH5CO2MgBr + HCl → C6H5CO2H + MgBrCl
Окисление:
Толуол или бензиловый спирт могут быть окислены перманганатом калия до бензойной кислоты

C6H5CH2Cl + 2 KOH + 2 [O] → C6H5COOН + KCl + H2O

Физические свойства бензола :
Бесцветная жидкость со своеобразным резким запахом. Температура плавления = 5,5 °C, температура кипения = 80,1 °C, плотность = 0,879 г/см³, молярная масса = 78,11 г/моль. Подобно ненасыщенным углеводородам бензол горит сильно коптящим пламенем. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфиром , бензином и другими органическими растворителями, с водой образует азеотропную смесь с температурой кипения 69,25 °C (91 % бензола). Растворимость в воде 1,79 г/л (при 25 °C).
Химические свойства :
Для бензола характерны реакции замещения - бензол реагирует с алкенами , хлоралканами , галогенами , азотной и серной кислотами . Реакции разрыва бензольного кольца проходят в жёстких условиях (температура, давление).
·Взаимодействие с хлором в присутствии катализатора:

С6H6 + Cl2 -(FeCl3)→ С6H5Cl + HCl образуется хлорбензол

Катализаторы содействуют созданию активной электрофильной частицы путём поляризации между атомами галогена.

Cl-Cl + FeCl3 → Clઠ-[FeCl4]ઠ+ С6H6 + Clઠ--Clઠ+ + FeCl3 → [С6H5Cl + FeCl4] → С6H5Cl + FeCl3 + HCl

В отсутствие катализатора при нагревании или освещении идёт радикальная реакция присоединения.



образуется смесь изомеров гексахлорциклогексана.
·Взаимодействие с бромом (чистый):
С6H6 + Br2 -(FeBr3 или AlCl3)→ С6H5Br + HBr

образуется бромбензол.
·Взаимодействие с галогенопроизводными алканов (алкилирование бензола, -реакция Фриделя Крафтса ):

С6H6 + С2H5Cl -(AlCl3)→ С6H5С2H5 + HCl образуется этилбензол.
С6H6 + HNO3 -(H2SO4)→ С6H5NO2 + H2O.

1.Гомологический ряд бензола:

метилбензол этилбензол 1,2-диметилбензол

Согласно номенклатуре ИЮПАК, арены с одним бензольным кольцом рассматривают как производные бензола. В качестве главной цепи выбирают бензольное кольцо. Многие арены имеют свои исторические названия.
Например:


изопропилбензол винилбензол

Нумерацию начинают с одного из заместителей так, чтобы сумма номеров заместителей была минимальна.
Если соединение содержит два заместителя у бензольного кольца, то располагаться они могут тремя разными способами друг относительно друга. Часто вместо нумерации для 1,2-дизамещенных бензолов используют обозначение орто-, для 1,3-замещенных - мета-, а для 1,4-замещенных - пара-.



2. Изомерия аренов
Диметилбензолы изомерны друг другу. Изомерные триметилбензолы:



Им изомерны также метилэтилбензолы (приведем в пример один из них), а также пропил- и изопропилбензолы:
У аренов есть и межклассовые изомеры - соединения с несколькими двойными и тройными связями, циклы и т.п.
3. Физические свойства аренов



Арены похожи на остальные углеводороды - они нерастворимы в воде и легче ее. Бензол при комнатной температуре - бесцветная прозрачная жидкость со своеобразным запахом. Тпл = 5,5оС, Ткип = 80оС.
Бензол токсичен и легко воспламеняется.
. Получение аренов
. Переработка каменного угля
Каменный уголь нагревают без доступа воздуха до 1000°С. При этом получают смесь летучих веществ и твердый остаток - кокс. Часть летучих веществ при охлаждении конденсируется с образованием аммиачной воды и каменноугольной смолы - жидкой смеси органических веществ, из которой выделяют многие ценные соединения, в том числе и арены.
. Риформинг (ароматизация нефти)



. Тримеризация алкинов.



Глава 2. Химические свойства ароматических углеводородов
ароматический углеводород молекула реакция
Арены имеют склонность к реакциям замещения. Бензольное кольцо устойчиво к окислению.
. Реакции электрофильного замещения.
Подвижные π-электроны, образующие электронное облако, способны активно взаимодействовать с электрофильными реагентами (заряженными +).
Механизм реакции:стадия - образование электрофильной частицы А+ из реагента А : В путем гетеролитического распада молекулы.

А:ВàА++:В-
стадия - взаимодействие электрофильной частицы А+ с π-электронным облаком

π-комплекс или

Особенность этой стадии в том, это частица А+ пока ещё не образует настоящей химической связи с определенным атомом С бензольного кольца;π-комплекс-неустойчивстадия - образование σ-комплекса

σ-комплекс

Для того, чтобы образовать химическую связь между частицей А+ и атомом С бензольного кольца, нужна пара электронов. Их предоставляют два соседних атома С. Один электрон отдаёт тот атом С, к которому присоединена частица А+, а другой - соседний атома С.У него появляется + заряд. Таким образом, ароматическая система оказывается разрушенной. Оставшиеся 4 электрона распределяются между 5 атомами С, между ними распределяется и + заряд. Молекула неустойчива, поэтому она вынуждена отдать Н+, чтобы вернуться в прежнее ароматическое состояние.стадия - отщепление Н+ от σ - комплекса и возврат катализатора в исходную форму:


Н++:В-àH-B

Примеры реакций электрофильного замещения (SE ) и их механизм:
а)Реакция хлорирования бензола:

С6Н6+Cl2FeCl3>C6H5Cl+HCl хлорбензол.

Механизм:
+Cl2Cl++FeCl-4

++FeCl4àFeCl3+HCl
)Реакция нитрования бензола:

С6Н6+HNO3H2SO4>C6H5-NO2+H2O нитробензол.

Механизм:

HNO3+H2SO4NO+2+H3O++2HSO-4


++HSO-4àH2SO4

с)Реакция сульфирования бензола:

С6Н6+H2SO4_____>C6H5-SO3H+H2O бензолсульфокислота

Механизм:
SO4+SO3HSO+3+HSO-4


H++HSO4àH2SO4
)Реакция алкилирования бензола олефинами, например, пропиленом:

С6Н6+СН3-CH2=СН2→C6H5СН(СН3)2

Механизм:
SO4↔H++HSO-4
δ+δ-
СН3àCH=СН2+H+àCH3-CH+-CH3


++HSOà4àH2SO4

. Реакции присоединения

Протекают с трудом, при высокой температуре и в присутствии катализатора.

циклогексан

С6Н6+3Cl2----hν,40ºC----→C6H6Cl6 гексахлорциклогексан

. Реакции окисления
Бензол не окисляется KМnO4;Cr2O3.
Толуол окисляется KМnO4.

бензойная кислота

терефталевая кислота

Независимо от длины боковой цепи при окислении образуются СООН-группы. В том случае, если в молекуле ароматического соединения есть несколько боковых радикалов, то их окисление происходит постепенно.

терефталевая к-та.



Заключение

Ароматические углеводороды являются важным сырьем для производства различных синтетических материалов, красителей, физиологически активных веществ. Так, бензол - продукт для получения красителей, медикаментов, средств защиты растений и др. Толуол используется как сырье в производстве взрывчатых веществ, фармацевтических препаратов, а также в качестве растворителя. Винилбензол (стирол) применяется для получения полимерного материала - полистирола.
Список литературы

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основы общей химии. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012.
. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин и др. - М.: Дрофа, 2008. - 463 с.
. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин и др. - М.: Дрофа, 2010. - 462 с.
. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. - 4-е изд. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. - 278 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет :
. Interneturok.ua
. Интернет-портал Prombud.ua