Ароматические углеводороды (арены). Гомологи бензола

1. Ароматические углеводороды (арены). Гомологи бензола

2.

Тема урока:
•Гомологи бензола.
Толуол. Стирол.

3. Цель урока:

Продолжить формирование понятий
об ароматических углеводородах
через:
гомологический ряд и номенклатуру
моноциклических аренов
строение и особенности химического
поведения толуола, стирола
знакомство с основными способами
получения толуола и его применении

4. Номенклатура аренов ряда бензола

При замещении атомов водорода в молекуле
бензола различными радикалами образуются
гомологи бензола
Номенклатура: название заместителя + бензол
CH3
C2H5
CH3
C
C
C
HC
CH
HC
CH
HC 6
HC
CH
HC
CH
HC 5
C
H
Метилбензол
(толуол, фенилметан)
C
H
Этилбензол
1
2C
3
4
CH3
CH
C
H
1,2-диметилбензол

5. Правила составлений названий ароматических углеводородов по международной номенклатуре

C 2H5
3
4
2
5
1
6
1. Перечисляют заместители в
алфавитном порядке
2. Нумерация бензольного кольца
начинается с такого атома С, который
CH CH3
связан с радикалом, имеющим
CH3
название первым в алфавитном
порядке
3. Сумма номеров заместителей должна
быть наименьшей
1- Изопропил-3- этилбензол

6. Изомерия аренов (структурная: изомерия заместителей и их положения в бензольном ядре)

С8Н10
CH2 -CH3
CH3
CH3
CH3
C
C
C
C
HC
CH
HC 6
HC
CH
HC
C
H
Этилбензол
1
5
2C
3
4
C
H
CH
CH3
HC
1
HC
CH
3C
HC
C
H
HC
CH3
1
4
CH
CH
C
CH3
1,2–диметилбензол
1,4–диметилбензол
о-ксилол
п-ксилол
1,3–диметилбензол
м-ксилол

7. Физические свойства толуола

При обычных условиях-бесцветная
жидкость с характерным запахом,
температурой кип. 111 С ,
не растворим в воде; хорошо
растворяется в органических,
растворителях. Толуол менее
токсичен, чем бензол.

8. Строение молекулы толуола

CH3
CH3
метилбензол

9. Химические свойства толуола

Ароматическая связь
бензольного кольца и
метильная группа взаимно
влияют друг на друга и это
влияние определяет свойства
толуола.

10. Взаимное влияние атомов в молекуле толуола

Метилбензол вступает во все
реакции замещения, в которых
участвует бензол, и проявляет
при этом более высокую
реакционную способность,
реакции протекают с большей
скоростью.
Есть и более глубокие
различия. Например, бензол не
окисляется раствором KMnO4, а
толуол окисляется.
ПОЧЕМУ?

11. Правило ориентации в бензольном кольце

Заместители I рода – электронодоноры
(-OH, NH2, -R, Hal), находясь в
бензольном кольце направляют атомы
илм группы атомов в орто- или
параположение, так как эти заместители
способны увеличивать электронную
плотность в этих положениях.

12. Правило ориентации в бензольном кольце

Заместители II-рода (электроноакцепторы:
-SО3Н, -NO2 , -СН=О, -СООН) оттягивают
электроны от бензольного кольца. Они
направляют второй заместитель в метаположения (3,5) бензольного кольца
SO3H
1
-
6
2
5
3
4
-

13. Влияние метильного радикала на бензольное кольцо

CH3
-
1
6
2
5
3
4
-
Метильный радикал относится к
заместителям I рода
Их электронная плотность
втягивается в бензольное кольцо
и увеличивают электронную
плотность в орто- и параположениях (2,4,6)
Это обуславливает большую
подвижность атомов водорода в
этих местах, и они легче
замещаются на различные
заместители

14. I. Реакции замещения в бензольном кольце

Галогенирование (С хлором или бромом в более
мягких условиях; при этом образуются два продуктамоногалогентолуола)
CH3
FeBr3
2
CH3
CH3
+ 2Br2
Br
+
+
t
о-бромтолуол
Br
п-бромтолуол
CH3
Br
2HBr
Br
2,4,6- трибромтолуол
В избытке брома:
Br

15.

Сульфирование
CH3
CH3
CH3
SO3H
+ 2 H2O
+
+ 2H2SO4
2
о-толуолсульфокислота
CH3
CH3
AlCl3
2
п-толуолсульфокислота
Алкилирование
CH3
+ 2 CH2=CH2
t
SO3H
C2H5
+
C2H5
1-метил-2-этилбензол
1-метил-4-этилбензол

16.

Нитрование
CH3
CH3
+ 3HNO3
Н2SO4
конц.
O2N
NO2
+
t
3H2O
NO2
2,4,6-тринитротолуол,
тротил (ТНТ)

17. II. Реакции замещения с участием боковой цепи

Метильная группа в метилбензоле может
вступать в реакции, характерные для алканов
CH3
CH2Cl
hV, t°
+ Cl2
+ HCl
Хлорметилбензол
При дальнейшем хлорировании можно получить
ди и трихлорметилбензол С6Н5-СНСl2, С6Н5-ССl3

18. III. Реакция присоединения

Гидрирование толуола
CH3
CH3
+ 3H2
Ni
t°
Метилциклогексан

19. IV. Реакции окисления

1) Реакции неполного окисления
Фенильный радикал –С6Н5 также оказывает
влияние на метильную группу –СН3. В отличии
от бензола толуол и другие его гомологи
окисляются раствором перманганата калия
=
O
CH3
C - OH
t
+ 2KMnO4
+ 2MnO2 + 2KOH
Бензойная кислота
Или: С6Н5-СН3 + 3[O] С6Н5-СOOH + Н2O

20.

Взаимодействие толуола
с перманганатом калия

21. Окисление других гомологов

Любой гомолог бензола, будь то с одной
боковой цепью или несколькими боковыми
цепями окисляются до карбоксильных групп.
CH2-CH3
1)
+ 6[O]
COOH
KMnO4
CH3
2)
+
CO2 + 2H2O
COOH
CH3
+ 6[O]
COOH
KMnO4
+
2H2O
О-фталевая кислота

22. 2) Реакции полного окисления

Горение
толуола в кислороде (на воздухе
горит коптящим пламенем)
C6H5-CH3 + 9O2 7CO2 + 4H2O

23. Получение толуола

1)
2)
В промышленности:
Переработкой нефти и каменного угля
Дегидрированием метилциклогексана
CH3
CH3
Pt , Pd
+ 3H2
t°
3)
Дегидроциклизацией (ароматизация) гептана
CH3
CH3-(CH2)5-CH3
Pt
t
+ 4H2

24.

В лаборатории
1)
Алкилирование по Фриделю-Крафтсу
С галогеналканами
H
CH3
CH 3Cl
t , AlCl3
HCl
метилбензол
2) По реакции Вюрца-Фиттига
Взаимодействие натрия со смесью галогенбензола и
галогеналкана
Cl
CH3
+ 2Na + Cl-CH3
t
+ 2NaCl

25.

Применение толуола и его
производных
Толуол и его производные – важнейшее
сырьё для химической промышленности
В качестве растворителей
Для синтеза различных красителей,
лекарственных препаратов, взрывчатых
веществ (тротил)
В качестве добавки, улучшающее
качество бензинов

26. Краткие сведения о строении и свойствах стирола

• Стирол или винилбензол - непредельное
соединение (содержит радикал винил СН2=СН-)
• Способен обесцвечивать бромную воду даже на
холоду и вступать в реакции полимеризации за
счёт разрыва -связи в радикале.
Реакция присоединения (бромирование)
CH=CH2
CHBr - CH2Br
+ Br2
1,2-дибромэтилбензол

27. Реакция полимеризаци

CH=CH2
n
-CH - CH2-
n
Полистирол
Полистирол-термопластичный полимер, легко поддающийся
формованию. Он идёт на изготовление деталей в электро- и
радиотехнике, ёмкостей для агрессивных химических веществ
Широко используется для теплоизоляционных и упаковочных
материалов (пенопласт).

28. Вопросы для самоконтроля

Приведите примеры реакций замещения
с участием толуола.
Объясните причины различий
реакционной способности толуола по
сравнению с бензолом в реакциях
такого типа.
Укажите, какие реагенты используются
при: а) нитровании б) сульфировании
в) алкилировании аренов.

29.

Приведите примеры реакций
присоединения с участием толуола.
Объясните, почему KMnO4 реагирует с
толуолом, но не реагирует с бензолом.
Какие способы получения толуола вы
знаете?
Какие заместители являются
ориентантами а) первого рода? б)
второго рода? Приведите примеры.

30. Упражнения и задачи для самостоятельной работы

Назовите следующие соединения:
CH3
а)
б)
C3H7
CH3
CH3
Br
SO3H
в)
г)
CH3
NO2
Ответы:
а) 1-метил-4-пропилбензол (п-пропилтолуол)
б) 1-бром-2-метилбензол (0-бромтолуол)
в) 1-метил-3-нитробензол (м-нитротолуол)
г) 1-метил-2-сульфобензолкислота (о-толуолсульфокислота)

31.

Напишите структурные формулы соединений:
а) изопропилбензол б) 1,2,3-триметилбензол
в) 1-бутил-3-этилбензол г) п-хлортолуол
Ответы:
CH3
а)
CH
CH3
б)
CH3
CH3
CH3
CH3
C2H5
в)
г)
C4H9
Cl

32.

1)
Напишите уравнения реакций следующих
превращений
+ CH3Br
AlCl3
2)
Х
+ HNO3
H2SO4
У
KMnO4
t
Z
Карбид кальция этин бензол этилбензол
1-хлор-4-этилбензол п-хлорбензойная кислота

33. 2) СаС2 +2НОН  С2Н2 + Са(ОН)2 3С2Н2  С6Н6

Ответы:
1) Х –метилбензол, У –2,4,6-тринитротолуол
Z –2,4,6 –тринитробензойная кислота
2) СаС2 +2НОН С2Н2 + Са(ОН)2
3С2Н2 С6Н6
H
C2H5
C 2H 5 Сl
t , AlCl3
C2H5
HCl
C2H5
C2H5
Cl
+ 2HCl
+
+ 2Cl2
2
C2H5
Cl
COOH
Cl
+ 6 [O]
KMnO4
Cl
+ CO2 +2H2O

34.

Напишите структурные формулы всех
изомерных ароматических углеводородов
состава - С8Н10 и назовите по международной
номенклатуре.
Ответы:
CH2 -CH3
CH3
CH3
CH3
C
C
C
C
HC
CH
HC 6
HC
CH
HC
C
H
1
5
2C
3
4
C
H
CH
CH3
HC
1
HC
CH
3C
HC
C
H
HC
CH3
1
4
C
CH3
CH
CH

35. Задачи:

При сжигании 2,12 г вещества выделилось 7,04
г оксида углерода (IV) и 1,80 г воды. Масса 1 л
паров этого вещества при н.у.равна 4,73 г.
Определите молекулярную формулу вещества и
написать структурные формулы трёх изомеров
Задача для тех, кто любит рисковать:
Раствор стирола в бензоле массой 21 г на
холоду и отсутствии катализаторов обесцветила
16 г брома. Какова массовая доля компонентов в
исходной смеси?
Ответы:
1) С8Н10 2) 49,52% стирола, 50,48% бензола

36.

Хомченко 18.2, 18.9*
Органика