Презентация на тему "Химические свойства бензола. Получение, применение"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Химические свойства бензола. Получение, применение.

  Учитель биологии-химии

  МОУ «СОШ р.п. Озинки»

  Хорова Людмила Владимировна

  pptcloud.ru

• 
  Слайд 2

  Способы получения

  • 1. Дегидрирование циклоалканов.
  • 2. Дегидроциклизация (ароматизация алканов):
  • 3.Получение бензола тримеризацией ацетилена.
  • 4.Сплавление солей ароматических кислот со щелочью:
• 
  Слайд 3

  Химические свойства

  • Обладая подвижной шестеркой p -электронов, ароматическое ядро является удобным объектом для атаки электрофильными реагентами. Этому способствует также пространственное расположение p -электронного облака с двух сторон плоского s -скелета молекулы.
  • Электрофильное замещение (SE) – механизм реакции взаимодействия ароматических углеводородов с молекулами, содержащими электрофильные частицы. Примеры электрофильных частиц: Cl+, NO2+, CH3+.
• 
  Слайд 4
  

  • I стадия: образование p-комплекса, в котором электрофильная частица Х+ притягивается к p-электронному облаку бензольного кольца.
  • II стадия (лимитирующая): образование s-комплекса. Два электрона из p-системы идут на образование s-связи С–Х. При этом ароматичность кольца нарушается. Атом углерода, соединившись с электрофилом Х, переходит из sp2- в sp3-гибридизованное состояние и выходит из системы сопряжения. В системе сопряжения остаются 4 p-электрона, которые делокализованы на 5-ти углеродных атомах кольца (заряд +1).
  • III стадия: отщепления протона Н+, и восстановление ароматичности кольца, поскольку два электрона связи С–Н переходят в p-систему кольца.
• 
  Слайд 5
  

  • 1.Галогенирование. Бензол не взаимодействует с хлором или бромом в обычных условиях. Реакция может протекать только в присутствии катализаторов — безводных АlСl3, FeСl3, АlВr3. В результате реакции образуются галогенозамещенные арены:
  • 2.Нитрование. Бензол очень медленно реагирует с концентрированной азотной кислотой даже при сильном нагревании. Однако при действии так называемой нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот) реакция нитрования проходит достаточно легко:
• 
  Слайд 6
  

  • 3.Алкилирование по Фриделю—Крафтсу. В результате реакции происходит введение в бензольное ядро алкильной группы с получением гомологов бензола. Реакция протекает при действии на бензол галогеналканов RСl в присутствии катализаторов — галогенидов алюминия. Роль катализатора сводится к поляризации молекулы RСl с образованием электрофильной частицы:
  • В зависимости от строения радикала в галогеналкане можно получить разные гомологи бензола:
• 
  Слайд 7
  

  • 4.Алкилирование алкенами. Эти реакции широко используются в промышленности для получения этилбензола и изопропилбензола (кумола). Алкилирование проводят в присутствии катализатора АlСl3. Механизм реакции сходен с механизмом предыдущей реакции:
• 
  Слайд 8

  Правила ориентации (замещения) в бензольном кольце

  • Важнейшим фактором, определяющим химические свойства
  • молекулы, является распределение в ней электронной плотности. Характер распределения зависит от взаимного влияния атомов.
  • В молекулах, имеющих только s-связи, взаимное влияние атомов осуществляется через индуктивный эффект. В молекулах, представляющих собой сопряженные системы, проявляется действие мезомерного эффекта.
  • Влияние заместителей, передающееся по сопряженной системе p -связей, называется мезомерным (М) эффектом.
  • В молекуле бензола p-электронное облако распределено равномерно по всем атомам углерода за счет сопряжения. Если же в бензольное кольцо ввести какой-нибудь заместитель, это равномерное распределение нарушается и происходит перераспределение электронной плотности в кольце. Место вступления второго заместителя в бензольное кольцо определяется природой уже имеющегося заместителя.
• 
  Слайд 9
  

  • Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного):
  • 1.электронодонорные
  • 2.электроноакцепторные.
  • Электронодонорные заместители проявляют +М- и +I-эффект и повышают электронную плотностьв сопряженной системе. К ним относятся гидроксильная группа —ОН и аминогруппа —NН2. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p-электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:
• 
  Слайд 10
  

  • Алкильные группы не могут участвовать в общем сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение p -электронной плотности.
• 
  Слайд 11
  

  • Электроноакцепторные заместители проявляют -М-эффект и снижают электронную плотность в сопряженной системе.
  • К ним относятся нитрогрупла —NO2, сульфогруппа —SO3Н, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы.
  • Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в мета-положениях:
  • Полностью галогенизированные алкильные радикалы (например, —ССl3) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.
  • Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации.
• 
  Слайд 12
  

  • Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара-положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:
  • Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:
• 
  Слайд 13
  

  • Толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения:
  • Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение:
• 
  Слайд 14
  
• 
  Слайд 15
  

  • Реакции присоединения к аренам приводят к разрушению ароматической системы и требуют больших затрат энергии, поэтому протекают только в жестких условиях.
  • 1. Гидрирование. Реакция присоединения водорода к аренам идет при нагревании и высоком давлении в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt, Pd). Бензол превращается в циклогексан, а гомологи бензола — в производные циклогексана:
• 
  Слайд 16
  

  • 2.Радикальное галогенирование. Взаимодействие паров бензола с хлором протекает по радикальному механизму только под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения. При этом бензол присоединяет три молекулы хлора и образует твердый продукт — гексахлорциклогексан (гексахлоран) С6Н6Сl6:
• 
  Слайд 17

  Реакции по алкильному заместителю

  • Метильная группа проявляет положительный индуктивный эффект по отношению к бензольному кольцу. Соответственно бензольное кольцо обладает отрицательным индуктивным эффектом по отношению к метильной группе. В результате этого она становится значительно более активной по сравнению с метильной группой в алифатических соединениях. Ал-кильные производные бензола гораздо охотнее и при более мягких условиях вступают в реакции свободнорадикального замещения (например, хлорирования) на свету, причем замещается водород в основном при атоме, который непосредственно присоединен к бензольному кольцу:
• 
  Слайд 18

  Применение бензола