Конспект урока по теме"Физические и химические свойства аренов"

. Физические и химические свойства аренов. Получение. Применение Физические свойства  Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкости со специфическим запахом. Ароматические углеводороды легче воды и в ней не растворяются, однако легко растворяются в органических растворителях – спирте, эфире, ацетоне. Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Все арены горят коптящим пламенем ввиду высокого содержания углерода в их молекулах. Физические свойства некоторых аренов представлены в таблице.  Таблица. Физические свойства некоторых аренов Название Формула t°.пл., °C t°.кип., °C Бензол C6H6 +5,5 80,1 Толуол (метилбензол) С6Н5СH3 -95,0 110,6 Этилбензол С6Н5С2H5 -95,0 136,2 Ксилол (диметилбензол) С6Н4(СH3)2 орто- -25,18 144,41 мета- -47,87 139,10 пара- 13,26 138,35 Пропилбензол С6Н5(CH2)2CH3 -99,0 159,20 Кумол (изопропилбензол) C6H5CH(CH3)2 -96,0 152,39 Стирол (винилбензол) С6Н5CH=СН2 -30,6 145,2 Бензол – легкокипящая (tкип = 80,1°С), бесцветная жидкость, не растворяется в воде Внимание! Бензол – яд, действует на почки, изменяет формулу крови (при длительном воздействии), может нарушать структуру хромосом. Большинство ароматических углеводородов опасны для жизни, токсичны.  Получение аренов (бензола и его гомологов)  В лаборатории  1. Сплавление солей бензойной кислоты с твёрдыми щелочами                     C6H5-COONa + NaOH t →  C6H6 + Na2CO3 бензоат натрия  2. Реакция Вюрца-Фиттинга: (здесь Г – галоген)  С6H5-Г + 2Na + R-Г → C6H5-R + 2NaГ  С6H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl  В промышленности выделяют из нефти и угля методом фракционной перегонки, риформингом; из каменноугольной смолы и коксового газа  1. Дегидроциклизацией алканов с числом атомов углерода больше 6:         C6H14  t, kat→   C6H6 + 4H2    2. Тримеризация ацетилена (только для бензола) – р. Зелинского:         3С2H2        600°C, акт. уголь →           C6H6 3. Дегидрированием циклогексана и его гомологов: Советский академик Николай Дмитриевич Зелинский установил, что бензол образуется из циклогексана (дегидрирование циклоалканов      C6H12      t, kat→   C6H6 + 3H2   C6H11-CH3    t, kat→   C6H5-CH3 + 3H2 метилциклогексан       толуол 4. Алкилирование бензола (получение гомологов бензола) – р Фриделя-Крафтса.                              C6H6 + C2H5-Cl        t, AlCl3→    C6H5-C2H5 + HCl               хлорэтан                       этилбензол                                       Химические свойства аренов  I. РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ  1. Горение (коптящее пламя):                        2C6H6 + 15O2 t →  12CO2 + 6H2O + Q 2. Бензол при обычных условиях не обесцвечивает бромную воду и водный раствор марганцовки  3. Гомологи бензола окисляются перманганатом калия (обесцвечивают марганцовку):  А) в кислой среде до бензойной кислоты При действии на гомологи бензола перманганата калия и других сильных окислителей боковые цепи окисляются. Какой бы сложной ни была цепь заместителя, она разрушается, за исключением a -атома углерода, который окисляется в карбоксильную группу. Гомологи бензола с одной боковой цепью дают бензойную кислоту: Гомологи, содержащие две боковые цепи, дают двухосновные кислоты: 5C6H5-C2H5 + 12KMnO4 + 18H2SO4 → 5C6H5COOH + 5CO2 + 6K2SO4 + 12MnSO4+28H2O 5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 +14H2O Упрощённо:              C6H5-CH3 + 3O    KMnO4   →    C6H5COOH + H2O Б) в нейтральной и слабощелочной до солей бензойной кислоты  C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COOК + KОН + 2MnO2 + H2O  II. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ  (труднее, чем у алкенов) 1. Галогенирование                    C6H6 +3Cl2 hν → C6H6Cl6 (гексахлорциклогексан - гексахлоран) 2. Гидрирование                C6H6 + 3H2      t,Pt или Ni →    C6H12 (циклогексан) 3. Полимеризация III. РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ – ионный механизм  (легче, чем у алканов)  1. Галогенирование -  a) бензола                 C6H6 + Cl2  AlCl3→ C6H5-Cl + HCl    (хлорбензол)  C6H6 + 6Cl2  t ,AlCl3→  C6Cl6 + 6HCl   (гексахлорбензол)                  C6H6 + Br2  t,FeCl3→ C6H5-Br + HBr   (бромбензол) б) гомологов бензола при облучении или нагревании По химическим свойствам алкильные радикалы подобны алканам. Атомы водорода в них замещаются на галоген по свободно-радикальному механизму. Поэтому в отсутствие катализатора при нагревании или УФ-облучении идет радикальная реакция замещения в боковой цепи. Влияние бензольного кольца на алкильные заместители приводит к тому, что замещается всегда атом водорода у атома углерода, непосредственно связанного с бензольным кольцом (a -атома углерода).                          1) C6H5-CH3 + Cl2 hν →  C6H5-CH2-Cl + HCl  2)    в) гомологов бензола в присутствии катализатора                          C6H5-CH3 + Cl2   AlCl3→ (смесь орта, пара производных) +  HCl 2. Нитрование (с азотной кислотой)                         C6H6 + HO-NO2   t, H2SO4→   C6H5-NO2 + H2O                                     нитробензол - запах миндаля!   C6H5-CH3 + 3HO-NO2   t, H2SO4→      СH3-C6H2(NO2)3 + 3H2O                                                                  2,4,6-тринитротолуол (тол, тротил) Применение бензола и его гомологов Бензол C6H6 – хороший растворитель. Бензол в качестве добавки улучшает качество моторного топлива. Служит сырьем для получения многих ароматических органических соединений – нитробензола C6H5NO2 (растворитель, из него получают анилин), хлорбензола C6H5Cl, фенола C6H5OH, стирола и т.д. Толуол C6H5–CH3 – растворитель, используется при производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил (тол), или 2,4,6-тринитротолуол ТНТ). Ксилолы C6H4(CH3)2. Технический ксилол – смесь трех изомеров (орто-, мета- и пара-ксилолов) – применяется в качестве растворителя и исходного продукта для синтеза многих органических соединений. Изопропилбензол C6H5–CH(CH3)2 служит для получения фенола и ацетона. Хлорпроизводные бензола используют для защиты растений. Так, продукт замещения в бензоле атомов Н атомами хлора – гексахлорбензол С6Сl6 – фунгицид; его применяют для сухого протравливания семян пшеницы и ржи против твердой головни. Продукт присоединения хлора к бензолу – гексахлорциклогексан (гексахлоран) С6Н6Сl6 – инсектицид; его используют для борьбы с вредными насекомыми. Упомянутые вещества относятся к пестицидам – химическим средствам борьбы с микроорганизмами, растениями и животными. Стирол C6H5 – CH = CH2 очень легко полимеризуется, образуя полистирол, а сополимеризуясь с бутадиеном – бутадиенстирольные каучуки. ЦОР: Применение бензола Применение бензола: анилин Применение бензола: полистирол Применение толуола: тол ТРЕНАЖЁРЫ: Способы получения гомологов бензола Уравнения реакций, иллюстрирующие химические свойства бензола Физические свойства бензола Химические свойства гомологов бензола ВИДЕО-ОПЫТЫ Изучение физических свойств бензола          Горение бензола          Изучение отношения бензола к бромной воде и раствору перманганата калия Бромирование бензола Нитрование бензола          Хлорирование бензола (получение гексахлорана)