Напишите уравнение бромирования бензола на свету и при участии катализатора (2 видео)

Химические свойства аренов

Арены (ароматические углеводороды) – это непредельные (ненасыщенные) циклические углеводороды, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженных связей.

Общая формула: C_nH_2n–6 при n ≥ 6.

Содержание

Химические свойства аренов
1. Реакции присоединения
1.1. Гидрирование
1.2. Хлорирование аренов
2. Реакции замещения
2.1. Галогенирование
2.2. Нитрование
2.3. Алкилирование ароматических углеводородов
2.4. Сульфирование ароматических углеводородов
3. Окисление аренов
3.1. Полное окисление – горение
3.2. О кисление гомологов бензола
4. Ориентирующее действие заместителей в бензольном кольце
5. Особенности свойств стирола
Напишите уравнение бромирования бензола на свету и при участии катализатора
Напишите уравнение бромирования бензола на свету и при участии катализатора
📹 Видео

Видео:ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать

Химические свойства аренов

Арены – непредельные углеводороды, молекулы которых содержат три двойных связи и цикл. Но из-за эффекта сопряжения свойства аренов отличаются от свойств других непредельных углеводородов.

Для ароматических углеводородов характерны реакции:

присоединения,
замещения,
окисления (для гомологов бензола).

Из-за наличия сопряженной π-электронной системы молекулы ароматических углеводородов вступают в реакции присоединения очень тяжело, только в жестких условиях — на свету или при сильном нагревании, как правило, по радикальному механизму

Бензольное кольцо представляет из себя скопление π-электронов, которое притягивает электрофилы. Поэтому для ароматических углеводородов характерны реакции электрофильного замещения атома водорода у бензольного кольца.

Ароматическая система бензола устойчива к действию окислителей. Однако гомологи бензола окисляются под действием перманганата калия и других окислителей.

Видео:Бромирование бензолаСкачать

1. Реакции присоединения

Бензол присоединяет хлор на свету и водород при нагревании в присутствии катализатора.

1.1. Гидрирование

Бензол присоединяет водород при нагревании и под давлением в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt и др.).

При гидрировании бензола образуется циклогексан:

При гидрировании гомологов образуются производные циклоалканы. При нагревании толуола с водородом под давлением и в присутствии катализатора образуется метилциклогексан:

1.2. Хлорирование аренов

Присоединение хлора к бензолу протекает по радикальному механизму при высокой температуре, под действием ультрафиолетового излучения.

При хлорировании бензола на свету образуется 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан (гексахлоран).

Гексахлоран – пестицид, использовался для борьбы с вредными насекомыми. В настоящее время использование гексахлорана запрещено.

Гомологи бензола не присоединяют хлор. Если гомолог бензола реагирует с хлором или бромом на свету или при высокой температуре (300°C), то происходит замещение атомов водорода в боковом алкильном заместителе, а не в ароматическом кольце.

Например, при хлорировании толуола на свету образуется бензилхлорид

Если у гомолога бензола боковая цепь содержит несколько атомов углерода – замещение происходит у атома, ближайшему к бензольному кольцу («альфа-положение»).

Например, этилбензол реагирует с хлором на свету

Видео:Бромирование БензолаСкачать

2. Реакции замещения

Реакции замещения у ароматических углеводородов протекают по ионному механизму (электрофильное замещение). При этом атом водорода замещается на другую группу (галоген, нитро, алкил и др.).

2.1. Галогенирование

Бензол и его гомологи вступают в реакции замещения с галогенами (хлор, бром) в присутствии катализаторов (AlCl₃, FeBr₃).

При взаимодействии с хлором на катализаторе AlCl₃ образуется хлорбензол:

Ароматические углеводороды взаимодействуют с бромом при нагревании и в присутствии катализатора – FeBr₃ . Также в качестве катализатора можно использовать металлическое железо.

Бром реагирует с железом с образованием бромида железа (III), который катализирует процесс бромирования бензола:

Гомологи бензола содержат алкильные заместители, которые обладают электронодонорным эффектом: из-за того, что электроотрицательность водорода меньше, чем углерода, электронная плотность связи С-Н смещена к углероду.

На нём возникает избыток электронной плотности, который далее передается на бензольное кольцо.

Поэтому гомологи бензола легче вступают в реакции замещения в бензольном кольце. При этом гомологи бензола вступают в реакции замещения преимущественно в орто— и пара-положения

Например, при взаимодействии толуола с хлором образуется смесь продуктов, которая преимущественно состоит из орто-хлортолуола и пара-хлортолуола

Мета-хлортолуол образуется в незначительном количестве.

При взаимодействии гомологов бензола с галогенами на свету или при высокой температуре (300 о С) происходит замещение водорода не в бензольном кольце, а в боковом углеводородном радикале.

Если у гомолога бензола боковая цепь содержит несколько атомов углерода – замещение происходит у атома, ближайшему к бензольному кольцу («альфа-положение»).

Например, при хлорировании этилбензола:

2.2. Нитрование

Бензол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты (нитрующая смесь).

При этом образуется нитробензол:

Серная кислота способствует образованию электрофила NO₂ + :

Толуол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты.

В продуктах реакции мы указываем либо о-нитротолуол:

Нитрование толуола может протекать и с замещением трех атомов водорода. При этом образуется 2,4,6-тринитротолуол (тротил, тол):

2.3. Алкилирование ароматических углеводородов

Арены взаимодействуют с галогеналканами в присутствии катализаторов (AlCl_3, FeBr₃ и др.) с образованием гомологов бензола.

Например, бензол реагирует с хлорэтаном с образованием этилбензола

Ароматические углеводороды взаимодействуют с алкенами в присутствии хлорида алюминия, бромида железа (III), фосфорной кислоты и др.

Например, бензол реагирует с этиленом с образованием этилбензола

Например, бензол реагирует с пропиленом с образованием изопропилбензола (кумола)

Алкилирование спиртами протекает в присутствии концентрированной серной кислоты.

Например, бензол реагирует с этанолом с образованием этилбензола и воды

2.4. Сульфирование ароматических углеводородов

Бензол реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой или раствором SO₃ в серной кислоте (олеум) с образованием бензолсульфокислоты:

Видео:Решаем органические цепочки (Вторая часть ЕГЭ по химии) | Химия ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать

3. Окисление аренов

Бензол устойчив к действию даже сильных окислителей. Но гомологи бензола окисляются под действием сильных окислителей. Бензол и его гомологи горят.

3.1. Полное окисление – горение

При горении бензола и его гомологов образуются углекислый газ и вода. Реакция горения аренов сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания аренов в общем виде:

При горении ароматических углеводородов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Бензол и его гомологи горят на воздухе коптящим пламенем. Бензол и его гомологи образуют с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси.

3.2. О кисление гомологов бензола

Гомологи бензола легко окисляются перманганатом и дихроматом калия в кислой или нейтральной среде при нагревании.

При этом происходит окисление всех связей у атома углерода, соседнего с бензольным кольцом, кроме связи этого атома углерода с бензольным кольцом.

Толуол окисляется перманганатом калия в серной кислоте с образованием бензойной кислоты:

Если окисление толуола идёт в нейтральном растворе при нагревании, то образуется соль бензойной кислоты – бензоат калия:

Таким образом, толуол обесцвечивает подкисленный раствор перманганата калия при нагревании.

При окислении других гомологов бензола всегда остаётся только один атом С в виде карбоксильной группы (одной или нескольких, если заместителей несколько), а все остальные атомы углерода радикала окисляются до углекислого газа или карбоновой кислоты.

Например, при окислении этилбензола перманганатом калия в серной кислоте образуются бензойная кислота и углекислый газ

Например, при окислении этилбензола перманганатом калия в нейтральной кислоте образуются соль бензойной кислоты и карбонат

Более длинные радикалы окисляются до бензойной кислоты и карбоновой кислоты:

При окислении пропилбензола образуются бензойная и уксусная кислоты:

Изопропилбензол окисляется перманганатом калия в кислой среде до бензойной кислоты и углекислого газа:

Видео:Химические свойства алканов. 1 часть. 10 класс.Скачать

4. Ориентирующее действие заместителей в бензольном кольце

Если в бензольном кольце имеются заместители, не только алкильные, но и содержащие другие атомы (гидроксил, аминогруппа, нитрогруппа и т.п.), то реакции замещения атомов водорода в ароматической системе протекают строго определенным образом, в соответствии с характером влияния заместителя на ароматическую π-систему.

Заместители подразделяют на две группы в зависимости от их влияния на электронную плотность ароматической системы: электронодонорные (первого рода) и электроноакцепторные (второго рода).

Типы заместителей в бензольном кольце

Заместители первого рода	Заместители второго рода
*Дальнейшее замещение происходит преимущественно в орто— и пара-положение*	*Дальнейшее замещение происходит преимущественно в мета-положение*
Электронодонорные, повышают электронную плотность в бензольном кольце	Электроноакцепторные, снижают электронную плотность в сопряженной системе.
алкильные заместители: СН₃ –, С₂Н₅ – и др.; гидроксил, амин: –ОН , –NН₂; галогены: –Cl, –Br	нитро-группа:– NO₂, – SO₃Н; карбонил – СНО; карбоксил: – СООН, нитрил: – С≡N; – CF₃

Например, толуол реагирует с хлором в присутствии катализатора с образованием смеси продуктов, в которой преимущественно содержатся орто-хлортолуол и пара-хлортолуол. Метильный радикал — заместитель первого рода.

В уравнении реакции в качестве продукта записывается либо орто-толуол, либо пара-толуол.

Например, при бромировании нитробензола в присутствии катализатора преимущественно образуется мета-хлортолуол. Нитро-группа — заместитель второго рода

Видео:ЭТО ПОМОЖЕТ разобраться в Органической Химии — Алкены, Урок ХимииСкачать

5. Особенности свойств стирола

Стирол (винилбензол, фенилэтилен) – это производное бензола, которое имеет в своем составе двойную связь в боковом заместителе.

Общая формула гомологического ряда стирола: C_nH_2n-8.

Молекула стирола содержит заместитель с кратной связью у бензольного кольца, поэтому стирол проявляет все свойства, характерные для алкенов – вступает в реакции присоединения, окисления, полимеризации.

Стирол присоединяет водород, кислород, галогены, галогеноводороды и воду в соответствии с правилом Марковникова.

Например, при гидратации стирола образуется спирт:

Стирол присоединяет бром при обычных условиях, то есть обесцвечивает бромную воду

При полимеризации стирола образуется полистирол:

Как и алкены, стирол окисляется водным раствором перманганата калия при обычных условиях. Обесцвечивание водного раствора перманганата калия — качественная реакция на стирол:

При жестком окислении стирола перманганатом калия в кислой среде (серная кислота) разрывается двойная связь и образуется бензойная кислота и углекислый газ:

При окислении стирола перманганатом калия в нейтральной среде при нагревании также разрывается двойная связь и образуется соль бензойной кислоты и карбонат:

Видео:6.1. Ароматические углеводороды (бензол и его гомологи): Строение, номенклатура, изомерияСкачать

Напишите уравнение бромирования бензола на свету и при участии катализатора

16 лет успешной работы в сфере подготовки к ЕГЭ и ОГЭ!

1602 поступивших (100%) в лучшие вузы Москвы

Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ и предметным Олимпиадам в Москве

До окончания записи осталось:
Записаться в Летнюю Школу’22!

home
map
mail

У Вас возникли вопросы?
Мы обязательно Вам перезвоним:

Описание.
Бензол взаимодействует с бромом в присутствии катализатора. Катализатор – бромид трехвалентного железа. Возьмем немного бензола и нальем бензол в колбу. Таким же образом добавим бром в колбу с бензолом. Бром растворяется в бензоле, но реакция не идет. Колбу заполняют пары брома. Чтобы реакция брома с бензолом началась, добавим в колбу порошок железа. Железо и бром образуют катализатор реакции брома с бензолом – бромид железа трехвалентного. Продукт реакции — бромбензол и бромоводород.

Для поглощения паров брома в начале газоотводной трубки поместим фильтр с активированным углем. Подвижный бромоводород, минуя фильтр, проходит по трубке и попадает в стакан с водой. В стакане образуется раствор бромоводорода. Охладим колбу. В колбе: бромбензол и остатки исходных веществ. Убедимся в том, что в стакане образовался раствор бромоводорода. Проба раствора окрашивает лакмус в розовый цвет. Значит раствор бромоводорода – кислота.

Готовим еще одну пробу раствора. Испытаем ее раствором нитрата серебра. Выпадает осадок бромида серебра. Значит в колбе присутствуют ионы брома. Мы убедились в том, что один из продуктов реакции брома с бензолом — бромоводород. Откроем колбу и изучим ее содержимое. Палочку, смоченную в растворе аммиака, поднесем к горлышку колбы. Бромоводород, оставшийся в колбе, реагирует с аммиаком. Дым — это кристаллики бромида аммония. Попробуем очистить бромбензол от примесей брома. Выльем смесь бромбензола и остатков исходных веществ в воду. Бромбензол опускается на дно стакана. В отличие от бензола, бромбензол – тяжелая жидкость. Бромбензол окрашен остатками брома. Чтобы избавиться от остатков брома, воспользуемся раствором соды. При перемешивании происходит связывание брома, окраска брома исчезает. Добавим еще немного раствора соды. Перемешивание ускоряет процесс. Окраска брома постепенно исчезает. На дне колбы остается бромбензол.

Видео:Что ждет экономику в 2024 году | Игорь Липсиц и Сергей Алексашенко | Полный АльбацСкачать

Напишите уравнение бромирования бензола на свету и при участии катализатора

Установив, что бензол не дает обычных реакций непредельных углеводородов, некоторые учителя переходят к опытам бромирования и нитрования бензола, чтобы показать аналогию со свойствами предельных углеводородов (замещение атомов водорода), и далее — к вопросу о строении бензола.

При обосновании структурной формулы бензола мы рекомендуем ограничиться лишь указанными выше «отрицательными» опытами, опыты же бромирования и нитрования ставить при изучении химических свойств бензола.

Это вызывается тем, что дважды демонстрировать сложные опыты учитель вряд ли будет, а без них изучение химических свойств сильно обедняется. Не случайно, что иногда специальное рассмотрение химических свойств бензола опускается вовсе, и в результате учащиеся, хорошо отвечая на вопрос о выводе структурной формулы бензола, затрудняются охарактеризовать химические свойства этого вещества.

Вместе с тем рассуждения о том, что бензол вступает в реакции, аналогичные предельным углеводородам, ничего по существу не дают для вывода его структурной формулы. Замечание же об отсутствии изомеров у монозамещенного бензола можно привести впоследствии как подтверждение структурной формулы.

Исходя из всего этого, после установления отрицательного результата с реактивами на непредельные соединения, целесообразно перейти к разбору реакции тримеризации ацетилена и на основе этого дать вывод структурной формулы.

При изучении химических свойств бензола учитель указывает, что, несмотря па наличие двойных связей, для бензола более характерны реакции замещения водорода, чем присоединения других атомов, и в качестве первого примера демонстрирует опыт бромирования бензола. Реакция бензола с бромом, выражаемая уравнением:

идет с чистым бромом и в присутствии катализаторов — бромида алюминия или железа.

Так как бром легко взаимодействует с алюминием и железом, то для реакции можно брать металлические опилки (например, железные), и тогда катализатор образуется непосредственно о реагирующей смеси. Мелким порошком металла для опыта воспользоваться нельзя, так как реакция может пойти слишком бурно.

При получении больших количеств бромбензола бром необходимо постепенно, по мере прохождения реакции, прибавлять к бензолу из капельной воронки, чтобы избежать слишком бурного течения процесса. Демонстрационный же опыт может быть поставлен с небольшими количествами вещества и поэтому в колбу можно помещать полностью заготовленные для опыта вещества.

Согласно уравнению реакции на 1 моль бензола требуется 1 моль брома, т.е. весовые соотношения веществ должны быть 78 : 160. Практически лучше брать бензола немного больше, чтобы бром полностью прореагировал. Во избежание улетучивания паров брома и бензола опыт следует вести с обратным холодильником, можно воздушным. В колбу емкостью 100 мл

наливают 2 мл бензола и 1 мл брома. Отмечают, что реакция между веществами не происходит. Затем бросают в колбу очень немного (на кончике ножа) железных опилок и быстро закрывают колбу пробкой с вертикальной трубкой-холодильником, второй конец которой соединен с нисходящей трубкой, оканчивающейся воронкой над водой в стакане (вода служит для поглощения образующегося бромистого водорода). Обычно вскоре начинается реакция бензола с бромом, и, если она пойдет слишком бурно, колбу охлаждают, погружая ее в чашку с холодной водой. Если реакция долго не начинается, колбу слегка подогревают. Под конец опыта колбу также следует подогреть (горячей водой), чтобы реакция прошла до конца.

О ходе реакции учащиеся судят по изменениям в колбе и по образованию кислоты в стакане. Для этой цели в стакан с водой предварительно можно добавить раствор лакмуса или метилоранжа. Изменения в окраске раствора хорошо наблюдаются на фоне белого экрана. Если удалить стакан с водой и к концу трубки поднести палочку, смоченную аммиаком, то можно показать образование дыма бромида аммония. Пары бромистого водорода можно также пропускать в слабый раствор нитрата серебра; при этом наблюдается образование осадка бромида серебра.

После того как обнаружено образование паров бромистого водорода, можно поручить наблюдение за реакцией лаборанту или одному из учащихся и перейти к проверке понимания учащимися опыта и соответствующего химического уравнения. После окончания опыта жидкость из колбы выливают в стакан с водой и демонстрируют образовавшуюся тяжелую жидкость — бромбензол. Извлечение чистого бромбензола (удаление остатков бензола и образовавшихся частично о- и n-дибромбензолов) можно передать в химический кружок.

Для очистки реакционную смесь промывают в делительной воронке слабым раствором щелочи, затем водой, сушат хлоридом кальция и перегоняют из небольшой колбочки с воздушным холодильником. Отдельно собирают фракцию, кипящую в пределах 150-158°С (бромбензол кипит при температуре 155°С).