Реакции присоединения к аренам. — КиберПедия 

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Реакции присоединения к аренам.

2018-01-03 519
Реакции присоединения к аренам. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Ni
Каталитическое гидрирование.

t0=1500C
+ 3Н2 ¾®¾

 

циклогексан

Присоединение хлора при сильном освещении в отсутствии кислорода

 

 

Реакции окисления Бензол устойчив даже к таким сильным окислителям, как НNO3, хромовая смесь, раствор КMnO4, H2O2. При обычных условиях, они на него не действуют.

  СН – СО || О СН – СО малеиновый ангидрид
Но при действии О2 воздуха при t0=4000С и в присутствии V2O5 он окисляется, образуя малеиновый ангидрид:

           
   
V2O5
 
     
 
 


t0=4000C
+ 4,5О2 ¾® + 2СО2 + 2Н2О

 

 

  СН3  
  СООН  
При действии окислителей на гомологи бензола происходит окисление боковых цепей (алкильных радикалов). Какой бы сложной не была одна боковая цепь она окисляется до карбоксильной группы (- СOOH), образуя бензойную кислоту:

KMnO4

+ 3[О] ¾® + Н2О

 

       
   

 


  СООН  
+ 6[О] ¾® + СО2 + 2Н2О

       
 
   
 

 

 


+ 9[О] ¾® + 2СО2 + 3Н2О

 

бензойная кислота

Если гомолог бензола содержит две боковые цепи, то они окисляются до двухосновных ароматических кислот.

 

KMnO4
  СН3  

  СООН  
  СООН  
  СН3  
+ 6[О] ¾® + 2Н2О

       
 
 
   


телефталевая кислота

8.9 Правила ориентации при электрофильном замещении в бензольном ядре. Если в бензольном ядре имеется заместитель, то при вступлении 2-го заместителя могут образоваться три изомера: -орто-, мета-, или пара-изомеры. Место вступления второго заместителя зависит от природы уже имеющегося в ядре заместителя. Все заместители по их ориентирующему действию делятся на 2 рода.

Заместители I-го рода. К ним относятся группы:
OH > NH2 > OR > J > Br > Cl > F > R – орто-пара-ориентаторы, расположенные по силе их ориентирующего действия.Если в бензольном ядре стоит заместитель I-го рода, то любую другую группу он будет направлять в орто-пара-положения.

  СН3  
Например:

 

+ НОNО2 ¾® +

 

толуол о-нитротолуол n-нитротолуол

Заменители II рода. К ним относятся:

О О

С º N > C > C > NO2 > SO3H

ОН Н

мета-ориентаторы

 

Если в бензольном ядре находится заместитель 2-го рода, то любую группу будет направлять в м-положение.

  NO2  
Например:

       
 
   
 

 


+ СН3Cl ¾® + НCl

 

нитробензол м-нитротолуол

 

Заместители I и II рода оказывают влияние на реакционную способность бензольного ядра. Заместители I рода (за исключением галогенов) активизируют бензольное ядро. Они являются электродонорными группами, отдающими электроны бензольному ядру, увеличивая электронную плотность в о- и n-положениях, поэтому в эти положения направляются вступающие группы.

Например:

 

Толуол активнее, чем бензол >

 

 

Заместители II рода мета-ориентаторы являются электроноакцепторными группами, они оттягивают электроны из о- и n-положений, уменьшая тем самым активность бензольного ядра.

 

Новый заместитель вступает в м-положение, т.к. здесь электронная плотность несколько больше, чем в о- и n-положениях. Например: бензол активнее, чем нитробензол

 
 


>

8.10 Отдельные представители гомологов бензола. Толуол - СH3 бесцветная жидкость, легче воды. Больше половины производимого в промышленности толуола используют для получения бензола

 

+ H2 + СH4

 

Толуол применяется для производства красителей, лекарственных, взрывчатых веществ, синтетических моющих средств, капролактама. Он является растворителем для полимеров.

Этилбензол 2H5 бесцветная жидкость, применяется для производства стирола и как добавка к моторному топливу для повышения октанового числа.

Кумол (изопропилбензол) - СH(СH3)2 бесцветная жидкость, служит сырьем для получения фенола и ацетона.

Стирол - СH=СH2 бесцветная жидкость с приятным запахом, в воде нерастворима, легко полимеризуется. Может быть получен из этилбензола и окислительной конденсацией бензола и этилена в присутствии ацетата палладия:

       
   
 
 


+ СH2= СH2

Химические свойства стирола определяются наличием бензольного ядра и двойной связи в боковой цепи. Применяется он для получения полимера полистирола, бутадиенстирольного каучука и АБС – пластиков.

8.11 Обучающее задание №5

Определите положение Br в бромтолуоле, зная, что при взаимодействии его с соответствующим алкилгалогенидом может быть получен о-ксилол. Напишите уравнение реакции.

Решение: В исходном бромтолуоле бром должен находится в о-положении относительно СН3–, т.е.:

 

 

       
 
   
 


Далее получаем о-ксилол по реакции Вюрца-Фиттинга:

 

+ 2Na + Br – CH3 ¾® + 2NaBr

 

Обучающее задание №6

Предложите схему синтеза n-нитротолуола и м-нитротолуола из метана.

Решение:

 

СН4 ¾®; CH4 ¾®

 

 

15000
Вначале необходимо получить бензол. Бензол можно получить тримеризацией ацетилена, который получаем электрокрекенгом метана:

 

2СН4 ¾® СН º СН +3Н2; 3СН º СН ¾¾®

hn
Затем получаем СН3Cl, хлорированием метана:

 

СН4 +Cl2 ¾® CH3Cl + HCl

Так как два заместителя находятся в n-положении, то первым в бензольное ядро необходимо ввести группу СН3– (заместитель I рода), которая направит группу NO2 в n-положение:

       
   
AlCl3
 
 


безв.
+ СН3Cl ¾® + HCl

       
   
 
 

 


+ НО – NO2 ¾® + H2О

 

Чтобы получить м-нитротолуол, необходимо первым в бензольное ядро ввести заместитель II рода, т.е. группу NO2, которая направит группу СН3 в м-положение.

       
   
Н2SO4
 
 


+ НО – NO2 ¾® + H2O

 

 
 
AlCl3


безвод
+ CH3Cl ¾® + H2O

Обучающее задание №7

Осуществите превращения:

 
 


KMnO4
(n-положение)

Решение:

       
   
AlCl3
 
 


+ СН3 – СН2Cl ¾® + НCl

 
 


H2SO4

+ HO – NO2 ¾® + Н2О

       
 
   
 

 

 


+ [O] ¾® + CO2 + 2Н2О

 

В этом синтезе два заместителя II рода были введены в
n-положение.

Обучающее задание №8

При сжигании гомолога бензола массой 0.92 г в кислороде получили углекислый газ, который пропустили через раствор гидроксида кальция. При этом выпало 7 г осадка. Определите формулу арена?

Решение
: Пишем уравнение реакции в общем виде:

 
 

 


+ (1,5n-1,5)O2 nCO2 + (n-3)H2O (1)

0,07
0,07
Пропускаем выделившийся газ через Са(ОН)2

 

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (2)

Определяем количество CaCO3 по формуле:

n(CaCO3) = = 0,07(моль) – это значение подставляем в уравнение 2, а затем переносим в уравнение 1.

М() = 14n-6

 

Определяем количество арена:

n() = тогда = ; n=7

Получаем формулу арена ; или - толуол

 

Обучающее задание №9

При окислении толуола горячим водным раствором перманганата калия (KMnO4) получили осадок массой 12,18г. Выход продукта окисления составил 70%. Определите массу толуола, взятого для окисления.

Решение: Пишем уравнение реакции:

       
 
0,1
 
0,2


+ 2KMnO4 + 2MnO2 + 2KOH

Определяем количество MnO2 по формуле:

n(MnO2) = = 0,14 (моль) это практический выход. Определим теоретическое количество MnO2: n(MnO2) = = 0,2 (моль) подставим в уравнение реакции над MnO2, тогда количество n () равно 0,1 моль. Находим массу толуола:
m() = = 9,2 г Ответ: 9,2 г.

Обучающее задание №10

Углеводород А реагирует с азотной кислотой с образованием вещества . При кипячении вещества А с раствором перманганата калия образуется соединение состава . Напишите уравнения реакций с использованием структурных формул, протекающих с веществом А и хлором на свету.

Решение: В веществе А после нитрования содержится три группы NO2, а при кипячении с KMnO4 образуется соль бензойной кислоты, следовательно это толуол. Подтвердим соответствующими уравнениями реакций:

 
 
H2SO4


+ 3Н2О
+ 3HO – NO2 O2N NO2

       
 
   
 


NO2

+ 2KMnO4 +2MnO2+KOH + H2O

Действия хлора на свету:

 

+ Сl2 + HCl

хлористый бензил

Обучающее задание №11

Газ, выделившейся при бромировании бензола объемом
5 мл (плотностью 0,879 г/мл) был полностью поглощен избытком раствора нитрата серебра. При этом образовалось 6,58 г осадка. Вычислите выход (%) продукта реакции.

AlBr3
Решение: Пишем уравнение реакции бромирования бензола

+ Br2 + HBr (1).

Определим количество бензола по формуле ; n()= =0,056(моль).n(C6H6)=n(HBr)=n(C6Н5Br)=

=0,056(маль)-продуктов реакций(I) — теоретический выход.

Пишем уравнение реакции взаимодействия:

0,035 0,035

HBr + AgNO3 HNO3 + AgBr (2).

Определим количество осадка AgBr

n(AgBr) = n(НВr) = = 0,035 (моль).

Следовательно по реакции (1) практически получилось n(HBr) = n() = 0,035 (моль) это практический выход. η() = ; η() = = 62,5%

Ответ: 62,5%

8.12 Вопросы для самоконтроля:

 

  1. Какие соединения называются аренами?
  2. Общая формула аренов.
  3. Формула Кекуле, ее недостатки.
  4. Природа ароматического состояния.
  5. Почему реакции замещения в аренах протекают легко, а присоединения трудно?
  6. Основные природные источники получения ароматических углеводородов.
  7. Назовите способы получения аренов из неароматических углеводородов, из ароматических.
  8. В чем заключается сущность реакции Фриделя-Крафтса?
  9. Физические свойства аренов.
  10. Типы реакций, характерные для аренов.
  11. Механизм реакций электрофильного замещения в аренах, в чем отличие его от механизма электрофильного присоединения к алкенам.
  12. Правило ориентации в бензольном ядре.
  13. Заместители I рода, их направляющее действие и влияние на бензольное ядро.
  14. Заместители II рода, их направляющее действие и влияние на бензольное ядро.
  15. Какое соединение активнее: а) бензол или этилбензол,
    б) нитробензол или толуол, в) бензойная кислота или нитробензол, г) хлорбензол или толуол?
  16. Какие вещества являются продуктами окисления:
    а)бензола, б) гомологов бензола, имеющих в ядре один R.
  17. Почему гомологи бензола окисляются легче, чем бензол?
  18. Расположите следующие соединения в ряд по уменьшению активности: бензол, толуол, бензойная кислота, , нитробензол, бензолсульфикислота.
  19. Почему толуол легче вступает в реакции электрофильного замещения чем бензол?
  20. Напишите структурные формулы всех изомерных ароматических углеводородов состава
  21. Имеется смесь бензола и стирола (фенилэтилена). Как из этой смеси выделить бензол?
  22. Составьте уравнения реакций по схеме:

23. Осуществите превращения, используя неорганические реагенты:

а) этилен м-хлорбензольную кислоту,

б) углерод п-нитротолуол,

в) циклогексан бензолсульфокислоту

г) метан м-нитроэтилбензол.

24. Определить массу нитробензола, полученную из 15,6 г бензола и 14,5 г азотной кислоты, если выход нитробензола составил 80%. Ответ: 19,7 г

25. Установите формулу арена, если относительная плотность паров его по воздуху равна 4,14. Ответ:

26. При действии брома на 15,6 г бензола было получено 30 г бромбензола. Определите выход бромбензола.

Ответ: 94,9%

27. Смесь бензола и циклогексена обесцвечивает 75 г 3,2% бромной воды. При сжигании такого же количества исходной смеси в избытке кислорода выделившийся углекислый газ пропустили через избыток раствора гидроксида кальция и получили 21 г осадка. Определите массовую долю компонентов в исходной смеси.

Ответ: 56% ; 44%

28. При каталитическом дегидрировании смеси бензола, циклогексана и циклогексена получено 23,4 г бензола и выделилось 11,2 л водорода (н.у.). Известно, что исходная смесь в том же количестве может присоединить 16 г брома. Определите массовую долю каждого компонента в исходной смеси.

Ответ: 31,95% ; 34,45% ; 33,6%

8.13 Контрольное задание №1

Какие из указанных реакций являются реакцией:
1) нитрование толуола   2) электрофильного замещения   3) присоединения   4) галогенирования   5) сульфирования   6) Фриделя-Крафтса   7) получение толуола   8) получение ксилола   9) окисления   10) Вюрца-Фиттига

t0
а) О

СН3–С6Н4–С +NaОН ® С6Н5–СН3+

+Na2СО3 ОNa

 

б)

 

в)

 

г)

 

д)

 

е)

 

ж)

 

з)

 

и)


Контрольнoе задание №2

Укажите последовательность синтеза и необходимые реагенты для получения из бензола следующих соединений:
А. n-бромбензойной кислоты   Б. м-бромнитробензола   В. о-хлорбензолсульфокислоты   Г. м-хлорбензойной кислоты
 
 

 

 


Д.

 

 

Е. n-нитробензойной кислоты

1) алкилирование СН3Cl, окисление КMnO4, хлорирование (Cl2).   2) хлорирование бензола (Cl2), действие Н2SO4   3) алкилирование (реакция Фриделя-Крафтса), нитрование (НNO3, H2SO4), окисление КMnO4   4) алкилирование СН3Cl, окисление KMnO4   5) бромирование (Br2), алкилирование (СН3Cl, AlCl3), окисление (KMnO4)   6) нитрование (НNO3, Н2SO4), бромирование (Br2)

 

 


Контрольное задание №3

Расшифруйте следующие схемы превращений:

6000С
А.

H2SO4
6000С
Б.

H2SO4
В.

Na
Г.

H2SO4
Д.

Е.

6000C
H2SO4
Ж.

1) ацетилен, бензол, нитробензол, м-хлорнитробензол.   2) толуол, n-ксилол, фталевая кислота (2-х основная).   3) нитробензол, м-этилнитробензол, м-нитробензойная кислота.   4) ацетилен, бензол, хлорбензол, о-хлорнитробензол.   5) этилбензол, о-нитроэтилбензол, о-нитробензойная кислота.   6) ацетилен, бензол n-ксилол, фталевая кислота.   7) толуол, бензойная кислота, м-нитробензойная кислота.


Поделиться с друзьями:

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.12 с.