Arene (aromatični ugljovodonici) – to su nezasićeni (nezasićeni) ciklični ugljovodonici, čiji molekuli sadrže stabilne cikličke grupe atoma (benzenova jezgra) sa zatvorenim sistemom konjugovanih veza.

Opšta formula: C n H 2n–6za n ≥ 6.

Hemijska svojstva arena

Arenas– nezasićeni ugljovodonici, čiji molekuli sadrže tri dvostruke veze i prsten. Ali zbog efekta konjugacije, svojstva arena se razlikuju od svojstava drugih nezasićenih ugljikovodika.

Za aromatični ugljovodonici karakteristične reakcije:

• pristupanja,
• zamjene,
• oksidacija (za homologe benzena).

Aromatični sistem benzena je otporan na oksidaciona sredstva. Međutim, homolozi benzena se oksidiraju kalijevim permanganatom i drugim oksidacijskim agensima.

1. Reakcije sabiranja

Benzen dodaje hlor na svetlost i vodonik kada se zagreva u prisustvu katalizatora.

1.1. Hidrogenacija

Benzen dodaje vodonik kada se zagreva i pod pritiskom u prisustvu metalnih katalizatora (Ni, Pt, itd.).

Kada se benzen hidrogenira, nastaje cikloheksan:

Kada se homolozi hidrogeniraju, nastaju derivati ​​cikloalkana. Kada se toluen zagrije s vodikom pod pritiskom i u prisustvu katalizatora, nastaje metilcikloheksan:

1.2. Kloriranje arena

Dolazi do dodavanja hlora benzenu By radikalni mehanizam na visokoj temperaturi, pod uticajem ultraljubičastog zračenja.

Kada se benzen hloriše na svetlosti, on se formira 1,2,3,4,5,6-heksahlorocikloheksan (heksahloran).

Heksahloran je pesticid koji se koristi za suzbijanje štetnih insekata. Upotreba heksahlorana je trenutno zabranjena.

Homolozi benzena ne dodaju hlor. Ako homolog benzena reaguje sa hlorom ili bromom na svjetlosti ili na visokoj temperaturi (300°C), tada se atomi vodonika zamjenjuju na privjesnom alkil supstituentu, a ne na aromatičnom prstenu.

2. Reakcije supstitucije

2.1. Halogenacija

Benzen i njegovi homolozi ulaze u supstitucijske reakcije sa halogenima (hlor, brom) u prisustvu katalizatora (AlCl 3, FeBr 3) .

Prilikom interakcije s hlorom na AlCl 3 katalizatoru nastaje hlorobenzen:

Aromatični ugljovodonici reaguju sa bromom kada se zagreju i u prisustvu katalizatora - FeBr 3. Metalno gvožđe se takođe može koristiti kao katalizator.

Brom reaguje sa gvožđem i nastaje gvožđe(III) bromid, koji katalizira bromiranje benzena:

Meta-klorotoluen nastaje u malim količinama.

Kada interaguju homolozi benzena sa halogenima na svetlosti ili na visokim temperaturama(300 o C) vodonik se ne zamjenjuje u benzenskom prstenu, već u bočnom ugljovodoničnom radikalu.

Na primjer, kod hloriranja etilbenzena:

2.2. Nitracija

Benzen reaguje sa koncentrovanom azotnom kiselinom u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline (smeša za nitraciju).

Ovo proizvodi nitrobenzen:

Toluen reaguje sa koncentrovanom azotnom kiselinom u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline.

U produktima reakcije označavamo bilo koje O-nitrotoluen:

ili P-nitrotoluen:

Nitracija toluena može se dogoditi i zamjenom tri atoma vodika. Ovo proizvodi 2,4,6-trinitrotoluen (TNT, tol):

2.3. Alkilacija aromatičnih ugljovodonika

• Areni reaguju sa haloalkanima u prisustvu katalizatora (AlCl 3, FeBr 3, itd.) i formiraju homologe benzena.

• Aromatični ugljovodonici reaguju sa alkenima u prisustvu aluminijum hlorida, gvožđe(III) bromida, fosforne kiseline itd.

• Alkilacija alkoholima se dešava u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline.

2.4. Sulfoniranje aromatičnih ugljovodonika

Benzen reagira kada se zagrije s koncentriranom sumpornom kiselinom ili otopinom SO 3 u sumpornoj kiselini (oleumu) da nastane benzensulfonska kiselina:

3. Oksidacija arena

Benzen je otporan čak i na jaka oksidaciona sredstva. Ali homolozi benzena oksidiraju se pod utjecajem jakih oksidacijskih sredstava. Benzen i njegovi homolozi sagorevaju.

3.1. Potpuna oksidacija - sagorijevanje

Kada benzen i njegovi homolozi sagore, nastaju ugljični dioksid i voda. Reakcija sagorijevanja arena praćena je oslobađanjem velike količine topline.

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O + Q

Jednačina sagorevanja arena u opštem obliku:

C n H 2n–6 + (3n – 3)/2 O 2 → nCO 2 + (n – 3)H 2 O + Q

Kada aromatični ugljovodonici sagorevaju u nedostatku kiseonika, može nastati ugljen monoksid CO ili čađa C.

Benzen i njegovi homolozi sagorevaju u vazduhu sa zadimljenim plamenom. Benzen i njegovi homolozi stvaraju eksplozivne smjese sa zrakom i kisikom.

3.2. Ooksidacija homologa benzena

Homolozi benzena lako se oksidiraju kalijevim permanganatom i dikromatom u kiseloj ili neutralnoj sredini kada se zagrijavaju.

Ovo se dešava oksidacija svih veza na atomu ugljika, uz benzenski prsten, osim veze ovog atoma ugljika sa benzenskim prstenom.

Toluen oksidira kalijum permanganat u sumpornoj kiselini sa obrazovanjem benzojeva kiselina:

Ako dođe do oksidacije toluena u neutralnom rastvoru kada se zagreje, tada se formira sol benzojeve kiseline - kalij benzoat:

Dakle, toluen obezbojava zakiseljeni rastvor kalijum permanganata kada se zagreje.

Duži radikali se oksidiraju u benzojevu kiselinu i karboksilnu kiselinu:

Oksidacijom propilbenzena nastaju benzojeva i octena kiselina:

Izopropilbenzen se oksidira kalijevim permanganatom u kiseloj sredini u benzojevu kiselinu i ugljen-dioksid:

4. Orijentacijski učinak supstituenata na benzenski prsten

Ako benzenski prsten sadrži supstituente, ne samo alkil, već i druge atome (hidroksil, amino grupu, nitro grupu, itd.), tada se reakcije supstitucije atoma vodika u aromatičnom sistemu odvijaju na strogo definisan način, u skladu sa priroda uticaj supstituenta na aromatični π-sistem.

Vrste supstituenata na benzenskom prstenu

Supstituenti prve vrste	Supstituenti druge vrste
ortho- I par-pozicija	Dalja zamjena se odvija uglavnom u meta-pozicija
Donator elektrona, povećava gustinu elektrona u benzenskom prstenu	Povlačeći elektrone, smanjuju gustinu elektrona u konjugovanom sistemu.
alkil supstituenti: CH 3 –, C 2 H 5 – i sl.; hidroksil, amin: –OH, –NN2; halogeni: –Cl, –Br	nitro grupa: – NO 2, – SO 3 N; karbonil – CHO; karboksil: – COOH, nitril: – C≡ N; – CF 3

Aromatične HC (arene)– to su ugljovodonici čije molekule sadrže jedan ili više benzenskih prstenova.

Primjeri aromatičnih ugljovodonika:

Arene serije benzena (monociklične arene)

Opća formula:C n H 2n-6 , n≥6

Najjednostavniji predstavnik aromatičnih ugljikovodika je benzen, njegova empirijska formula je C 6 H 6.

Elektronska struktura molekula benzena

Opšta formula monocikličnih arena C n H 2 n -6 pokazuje da su oni nezasićena jedinjenja.

Godine 1856. njemački hemičar A.F. Kekule je predložio cikličku formulu za benzen sa konjugiranim vezama (jednostruke i dvostruke veze naizmenično) - cikloheksatrien-1,3,5:

Ova struktura molekula benzena nije objasnila mnoga svojstva benzena:

• Benzen karakteriziraju reakcije supstitucije, a ne reakcije adicije karakteristične za nezasićena jedinjenja. Reakcije sabiranja su moguće, ali su teže nego za ;
• benzen ne ulazi u reakcije koje su kvalitativne reakcije za nezasićene ugljovodonike (sa bromnom vodom i otopinom KMnO 4).

Kasnije studije difrakcije elektrona pokazale su da sve veze između atoma ugljika u molekuli benzena imaju istu dužinu od 0,140 nm (srednja vrijednost između dužine jednostavne S-S konekcije 0,154 nm i dvostruka veza C=C 0,134 nm). Ugao između veza na svakom atomu ugljika je 120o. Molekul je pravilan ravan šestougao.

Moderna teorija za objašnjenje strukture molekule C 6 H 6 koristi ideju hibridizacije atomskih orbitala.

Atomi ugljenika u benzenu su u stanju sp 2 hibridizacije. Svaki "C" atom formira tri σ veze (dvije s atomima ugljika i jednu s atomom vodika). Sve σ veze su u istoj ravni:

Svaki atom ugljika ima jedan p-elektron, koji ne učestvuje u hibridizaciji. Nehibridizirane p-orbitale ugljikovih atoma su u ravni okomitoj na ravan σ veza. Svaki p-oblak se preklapa sa dva susedna p-oblaka, a kao rezultat nastaje jedan konjugovani π-sistem (zapamtite efekat konjugacije p-elektrona u molekuli 1,3-butadiena, o čemu se govori u temi „Dienski ugljovodonici ”):

Kombinacija šest σ-veza sa jednim π-sistemom se naziva aromatična veza.

Prsten od šest ugljikovih atoma povezanih aromatičnom vezom naziva se benzenski prsten ili benzenski prsten.

U skladu sa moderne ideje o elektronskoj strukturi benzena, molekula C 6 H 6 je prikazana na sljedeći način:

Fizička svojstva benzena

Benzen u normalnim uslovima je bezbojna tečnost; t o pl = 5,5 o C; t o kip. = 80 o C; ima karakterističan miris; ne miješa se s vodom, dobar rastvarač, vrlo otrovan.

Hemijska svojstva benzena

Aromatična veza određuje hemijska svojstva benzena i drugih aromatičnih ugljovodonika.

6π-elektronski sistem je stabilniji od običnih π-veza s dva elektrona. Stoga su reakcije adicije manje tipične za aromatične ugljikovodike nego za nezasićene ugljikovodike. Najkarakterističnije reakcije za arene su supstitucijske reakcije.

I. Reakcije supstitucije

1.Halogenacija

2. Nitracija

Reakcija se izvodi sa mješavinom kiselina (smjesa za nitraciju):

3.Sulfoniranje

4.Alkilacija (zamjena "H" atoma alkil grupom) - Friedel-Craftsove reakcije, formiraju se homolozi benzena:

Umjesto haloalkana mogu se koristiti alkeni (u prisustvu katalizatora - AlCl 3 ili anorganske kiseline):

II. Reakcije sabiranja

1.Hidrogenacija

2.Dodavanje hlora

III.Reakcije oksidacije

1. Sagorijevanje

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. Ne potpuna oksidacija (KMnO 4 ili K 2 Cr 2 O 7 u kiseloj sredini). Benzinski prsten je otporan na oksidirajuća sredstva. Ne dolazi do reakcije.

Dobijanje benzena

U industriji:

1) prerada nafte i uglja;

2) dehidrogenacija cikloheksana:

3) dehidrociklizacija (aromatizacija) heksana:

U laboratoriji:

Fuzija soli benzojeve kiseline sa:

Izomerizam i nomenklatura homologa benzena

Svaki homolog benzena ima bočni lanac, tj. alkil radikali vezani za benzenski prsten. Prvi homolog benzena je benzenski prsten vezan za metil radikal:

Toluen nema izomere, jer su sve pozicije u benzenskom prstenu ekvivalentne.

Za naknadne homologe benzena moguća je jedna vrsta izomerizma - izomerija bočnog lanca, koja može biti dva tipa:

1) izomerizam broja i strukture supstituenata;

2) izomerizam položaja supstituenata.

Fizička svojstva toluena

Toluen- bezbojna tečnost sa karakterističnim mirisom, nerastvorljiva u vodi, rastvorljiva u organskim rastvaračima. Toluen je manje toksičan od benzena.

Hemijska svojstva toluena

I. Reakcije supstitucije

1.Reakcije koje uključuju benzenski prsten

Metilbenzen ulazi u sve reakcije supstitucije u kojima je uključen benzen, a istovremeno pokazuje veću reaktivnost, reakcije se odvijaju većom brzinom.

Metilni radikal sadržan u molekuli toluena je supstituent takve vrste, pa se kao rezultat supstitucijskih reakcija u benzenskom prstenu dobijaju orto- i para-derivati ​​toluena ili, u slučaju viška reagensa, triderivati opće formule:

a) halogeniranje

Daljnjom hloracijom mogu se dobiti dihlorometilbenzen i triklorometilbenzen:

II. Reakcije sabiranja

Hidrogenacija

III.Reakcije oksidacije

1.Sagorijevanje
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

2. Nepotpuna oksidacija

Za razliku od benzena, njegovi homolozi se oksidiraju određenim oksidacijskim agensima; u ovom slučaju, bočni lanac je podložan oksidaciji, u slučaju toluena, metil grupe. Blagi oksidanti kao što je MnO 2 ga oksidiraju u aldehidnu grupu, jači oksidanti (KMnO 4) uzrokuju dalju oksidaciju u kiselinu:

Svaki homolog benzena s jednim bočnim lancem oksidira se jakim oksidacijskim sredstvom kao što je KMnO4 u benzojevu kiselinu, tj. bočni lanac puca oksidacijom odcijepljenog dijela do CO 2; Na primjer:

Ako postoji nekoliko bočnih lanaca, svaki od njih se oksidira u karboksilnu grupu i kao rezultat nastaju polibazne kiseline, na primjer:

Dobijanje toluena:

U industriji:

1) prerada nafte i uglja;

2) dehidrogenacija metilcikloheksana:

3) dehidrociklizacija heptana:

U laboratoriji:

1) Friedel-Crafts alkilacija;

2) Wurtz-Fittigova reakcija(reakcija natrijuma sa mješavinom halobenzena i haloalkana).

DEFINICIJA

Benzen(cikloheksatrien – 1,3,5) – organska materija, najjednostavniji predstavnik niza aromatičnih ugljovodonika.

Formula – C 6 H 6 ( strukturnu formulu- pirinač. 1). Molekularna masa – 78, 11.

Rice. 1. Strukturne i prostorne formule benzena.

Svih šest atoma ugljika u molekuli benzena su u sp 2 hibridnom stanju. Svaki atom ugljika formira 3σ veze sa dva druga atoma ugljika i jednim atomom vodika, koji leže u istoj ravni. Šest atoma ugljika formira pravilan šesterokut (σ-skelet molekula benzena). Svaki atom ugljika ima jednu nehibridiziranu p orbitalu koja sadrži jedan elektron. Šest p-elektrona formiraju jedan oblak π-elektrona (aromatski sistem), koji je prikazan kao krug unutar šestočlanog prstena. Ugljovodonični radikal dobijen iz benzena naziva se C 6 H 5 - - fenil (Ph-).

Hemijska svojstva benzena

Benzen karakteriziraju supstitucijske reakcije koje se odvijaju putem elektrofilnog mehanizma:

- halogeniranje (benzen reaguje sa hlorom i bromom u prisustvu katalizatora - bezvodni AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 -Cl + HCl;

- nitriranje (benzen lako reaguje sa nitrirajućom mešavinom - mešavina koncentrovane azotne i sumporne kiseline)

- alkilacija sa alkenima

C 6 H 6 + CH 2 = CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH(CH 3) 2;

Reakcije adicije na benzen dovode do uništenja aromatičnog sistema i javljaju se samo u teškim uslovima:

— hidrogenacija (reakcija se događa kada se zagrije, katalizator je Pt)

- dodavanje hlora (nastaje pod uticajem UV zračenja sa stvaranjem čvrstog proizvoda - heksahlorocikloheksan (heksahloran) - C 6 H 6 Cl 6)

Kao i svako organsko jedinjenje, benzen prolazi kroz reakciju sagorevanja sa stvaranjem ugljičnog dioksida i vode kao produkta reakcije (gori s dimnim plamenom):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Fizička svojstva benzena

Benzen je bezbojna tečnost, ali ima specifičan oštar miris. Formira azeotropnu smjesu s vodom, dobro se miješa sa eterima, benzinom i raznim organskim rastvaračima. Tačka ključanja – 80,1C, tačka topljenja – 5,5C. Toksičan, kancerogen (tj. podstiče razvoj raka).

Priprema i upotreba benzena

Glavne metode dobivanja benzena:

— dehidrociklizacija heksana (katalizatori – Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 –(CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2;

— dehidrogenacija cikloheksana (reakcija nastaje kada se zagrije, katalizator je Pt)

C 6 H 12 → C 6 H 6 + 4H 2;

— trimerizacija acetilena (reakcija nastaje kada se zagrije na 600C, katalizator je aktivni ugljen)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

Benzen služi kao sirovina za proizvodnju homologa (etilbenzol, kumen), cikloheksana, nitrobenzola, hlorobenzola i drugih supstanci. Ranije se benzen koristio kao aditiv benzinu za povećanje njegovog oktanskog broja, međutim, sada je zbog njegove visoke toksičnosti sadržaj benzena u gorivu strogo reguliran. Benzen se ponekad koristi kao rastvarač.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Zapišite jednadžbe koje se mogu koristiti za izvođenje sljedećih transformacija: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Rješenje

Za proizvodnju acetilena iz metana koristi se sljedeća reakcija: 2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2 (t = 1400C). Proizvodnja benzena iz acetilena moguća je reakcijom trimerizacije acetilena, koja se javlja pri zagrijavanju (t = 600C) iu prisustvu aktivnog ugljena: 3C 2 H 2 → C 6 H 6. Reakcija hloriranja benzena da bi se dobio hlorobenzen kao produkt provodi se u prisustvu željeznog (III) klorida: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

PRIMJER 2

Vježbajte	U 39 g benzena u prisustvu gvožđe (III) hlorida, dodat je 1 mol bromne vode. Koja količina tvari i koliko grama kojih proizvoda je proizvedena?
Rješenje	Napišimo jednačinu za reakciju bromiranja benzena u prisustvu željezovog (III) hlorida: C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Produkti reakcije su bromobenzen i bromovodonik. Molarna masa benzena izračunata prema tabeli hemijski elementi DI. Mendeljejev – 78 g/mol. Nađimo količinu benzena: n(C 6 H 6) = m(C 6 H 6) / M(C 6 H 6); n(C 6 H 6) = 39 / 78 = 0,5 mol. Prema uslovima zadatka, benzen je reagovao sa 1 molom broma. Shodno tome, benzena nedostaje i dalji proračuni će se vršiti pomoću benzola. Prema jednadžbi reakcije n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br) : n(HBr) = 1:1:1, dakle n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) =: n(HBr) = 0,5 mol. Tada će mase bromobenzena i bromovodonika biti jednake: m(C 6 H 5 Br) = n(C 6 H 5 Br)×M(C 6 H 5 Br); m(HBr) = n(HBr)×M(HBr). Molarne mase bromobenzena i bromovodonika, izračunate pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev - 157 i 81 g/mol, respektivno. m(C 6 H 5 Br) = 0,5 × 157 = 78,5 g; m(HBr) = 0,5×81 = 40,5 g.
Odgovori	Produkti reakcije su bromobenzen i bromovodonik. Mase bromobenzena i bromovodonika su 78,5 i 40,5 g, respektivno.

Prva grupa reakcija su supstitucijske reakcije. Rekli smo da areni nemaju višestruke veze u strukturi molekula, već sadrže konjugovani sistem od šest elektrona, koji je veoma stabilan i daje dodatnu snagu benzenskom prstenu. Stoga se u kemijskim reakcijama prvo događa zamjena atoma vodika, a ne uništavanje benzenskog prstena.

Već smo se susreli sa supstitucijskim reakcijama kada smo govorili o alkanima, ali kod njih su te reakcije išle po radikalnom mehanizmu, dok arene karakteriše jonski mehanizam supstitucijskih reakcija.

Prvo hemijska svojstva halogenacije. Zamjena atoma vodika atomom halogena, hlora ili broma.

Reakcija se odvija pri zagrijavanju i uvijek uz učešće katalizatora. U slučaju hlora, to može biti aluminijum hlorid ili željezni hlorid tri. Katalizator polarizira molekul halogena, uzrokujući heterolitičko cijepanje veze i proizvodnju iona.

Klor je pozitivno nabijen ion i reagira s benzenom.

Ako se reakcija odvija s bromom, tada je katalizator željezni bromid ili aluminij bromid.

Važno je napomenuti da se reakcija odvija s molekularnim bromom, a ne s bromnom vodom. Benzen ne reaguje sa bromnom vodom.

Halogenacija homologa benzena ima svoje karakteristike. U molekulu toluena, metil grupa olakšava supstituciju u prstenu, reaktivnost se povećava, a reakcija se odvija u blažim uslovima, odnosno na sobnoj temperaturi.

Važno je napomenuti da se supstitucija uvijek događa u orto i para pozicijama, tako da se dobija mješavina izomera.

Sekunda svojstvo nitracije benzena, uvođenje nitro grupe u benzenski prsten.

Teška žućkasta tečnost sa mirisom gorkog badema nastaje nitrobenzol, pa reakcija može biti kvalitativna za benzol. Za nitriranje se koristi nitrirajuća mješavina koncentrirane dušične i sumporne kiseline. Reakcija se izvodi zagrijavanjem.

Da podsjetim da je za nitraciju alkana u Konovalovskoj reakciji korištena razrijeđena dušična kiselina bez dodatka sumporne kiseline.

Prilikom nitriranja toluena, kao i prilikom halogeniranja, nastaje mješavina orto- i para-izomera.

Treće svojstvo alkilacije benzena sa haloalkanima.

Ova reakcija omogućava uvođenje ugljikovodičnih radikala u benzenski prsten i može se smatrati metodom za proizvodnju homologa benzena. Aluminij hlorid se koristi kao katalizator, koji pospješuje razgradnju molekula haloalkana na ione. Grijanje je također neophodno.

Četvrto svojstvo alkilacije benzena sa alkenima.

Na ovaj način možete dobiti, na primjer, kumen ili etilbenzol. Katalizator aluminijum hlorid.

2. Reakcije adicije na benzol

Druga grupa reakcija su reakcije adicije. Rekli smo da ove reakcije nisu tipične, ali su moguće pod prilično strogim uslovima uz uništavanje oblaka pi-elektrona i formiranje šest sigma veza.

Peto svojstvo u općoj listi hidrogenacija, dodavanje vodonika.

Temperatura, pritisak, katalizator nikl ili platina. Toluen može reagirati na isti način.

Šesto hlorisanje imovine. Imajte na umu da govorimo konkretno o interakciji s hlorom, jer brom ne ulazi u ovu reakciju.

Reakcija se javlja pod jakim ultraljubičastim zračenjem. Nastaje heksahlorocikloheksan, drugo ime za heksahloran, čvrstu supstancu.

Važno je to zapamtiti za benzen nemoguće reakcije adicije halogenovodonika (hidrohalogenacija) i dodavanja vode (hidratacija).

3. Zamjena u bočnom lancu homologa benzena

Treća grupa reakcija odnosi se samo na homologe benzena - ovo je supstitucija u bočnom lancu.

Sedmo svojstvo u općoj listi halogenacije na alfa atomu ugljika u bočnom lancu.

Reakcija se događa kada se zagrije ili ozrači i uvijek samo na alfa ugljiku. Kako se halogenacija nastavlja, drugi atom halogena će se vratiti u alfa položaj.

4. Oksidacija homologa benzena

Četvrta grupa reakcija je oksidacija.

Benzinski prsten je prejak, pa benzen ne oksidira kalijum permanganat ne mijenja boju svoje otopine. Ovo je veoma važno zapamtiti.

Ali homolozi benzena se oksidiraju zakiseljenom otopinom kalijevog permanganata kada se zagrijavaju. A ovo je osmo hemijsko svojstvo.

Time nastaje benzojeva kiselina. Primjećuje se promjena boje otopine. U ovom slučaju, bez obzira koliko je dugačak ugljični lanac supstituenta, on se uvijek prekida nakon prvog atoma ugljika i alfa atom se oksidira u karboksilnu grupu uz stvaranje benzojeve kiseline. Ostatak molekule se oksidira u odgovarajuću kiselinu ili, ako je samo jedan atom ugljika, u ugljični dioksid.

Ako homolog benzena ima više od jednog supstituenta ugljikovodika na aromatičnom prstenu, tada se oksidacija događa prema istim pravilima - ugljik koji se nalazi u alfa položaju se oksidira.

Ovaj primjer proizvodi dvobazičnu aromatičnu kiselinu koja se zove ftalna kiselina.

Posebno bih istakao oksidaciju kumena, izopropilbenzena, atmosferskim kiseonikom u prisustvu sumporne kiseline.

Ovo je takozvana kumenska metoda za proizvodnju fenola. U pravilu se na ovu reakciju susrećemo u pitanjima vezanim za proizvodnju fenola. Ovo je industrijska metoda.

Deveto svojstvo sagorijevanja, potpuna oksidacija kisikom. Benzen i njegovi homolozi sagorevaju u ugljični dioksid i vodu.

Napišimo jednačinu sagorevanja benzena u opštem obliku.

Prema zakonu održanja mase, na lijevoj strani treba biti onoliko atoma koliko je atoma na desnoj strani. Jer u kemijskim reakcijama atomi ne nestaju, već se redoslijed veza između njih jednostavno mijenja. Dakle, biće onoliko molekula ugljičnog dioksida koliko ima atoma ugljika u molekuli arena, budući da molekula sadrži jedan atom ugljika. To jest, n CO 2 molekula. Biće dva puta manje molekula vode nego atoma vodonika, odnosno (2n-6)/2, što znači n-3.

Na lijevoj i desnoj strani nalazi se isti broj atoma kisika. Desno se nalazi 2n iz ugljičnog dioksida, jer svaka molekula ima dva atoma kisika, plus n-3 iz vode, ukupno 3n-3. Na lijevoj strani nalazi se isti broj atoma kisika 3n-3, što znači da ima dva puta manje molekula, jer molekul sadrži dva atoma. To je (3n-3)/2 molekula kiseonika.

Dakle, sastavili smo jednačinu za sagorevanje homologa benzena u opštem obliku.

PRTSVSh (F) Federalna državna budžetska obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja

Odjel za protivpožarnu sigurnost

Test

u disciplini "Teorija sagorevanja i eksplozije"

Zadatak br. 1

Odredite specifične teorijske količine i zapreminu vazduha potrebne za potpuno sagorevanje para benzena. Uslove u kojima se nalazi vazduh karakterišu temperatura Tb i pritisak Pb, a para benzena temperaturom Tg i pritiskom Pg. Rezultate proračuna izraziti u sljedećim jedinicama: ; ;;;

Početni podaci (N - broj grupe, n - broj prema spisku učenika:

TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0.2*n= 277.6 K

Rv=?10 3 =95900 Pa;

Tg=300?(?1) N ?2?N?(?1) n ?0.2?n= 321.6 K;

Rr=?10 3 =79400 Pa.

S6N6+7,5O2+7,5?3,76N2=6CO2+3pO+7,5?3,76N2+Qp (1),

gdje je Qr toplina hemijska reakcija. Od zadata jednačina moguće je odrediti stehiometrijske koeficijente benzena i molekulskog kiseonika: Vg = 1, V0 = 7,5

2. Specifična teorijska količina vazduha - broj kilomola vazduha koji je potreban za potpuno sagorevanje jednog kilomola benzena, izračunat po formuli:

gdje je 4,76 količina zraka koja sadrži jediničnu količinu kisika, = je omjer stehiometrijskih koeficijenata molekularnog kisika (Vo) i benzena (Vg)

Zamjenom vrijednosti Vo i Vg u (d), dobijamo:

3. Količina vazduha potrebna za potpuno sagorevanje jednog kilomola benzena određuje se na sledeći način:

gdje je zapremina jednog kilomola zraka na temperaturi Tb i pritisku Rv. Vrijednost se izračunava pomoću formule

gde je 22,4 molarni volumen gasa u normalnim uslovima, Po = 101325 Pa je normalan pritisak, To = 273 K je normalna temperatura.

Zamjenom TV, To, Pv, Po u (5), dobijamo

Specifični teoretski volumen zraka izračunava se pomoću formule (4):

4. Količina vazduha potrebna za potpuno sagorevanje jedinične zapremine gasovitog goriva određuje se na sledeći način:

gdje je zapremina jednog kilomola goriva - benzenske pare na temperaturi Tg i pritisku Pg. S obzirom na to

i zamjenom (8) i (5) u (7) dobijamo sljedeći izraz za specifičnu teorijsku zapreminu zraka:

Izračunavamo vrijednost ovog parametra procesa sagorijevanja:

Volumen zraka potreban za potpuno sagorijevanje jednog kilograma benzena određuje se na sljedeći način:

gdje je molarna masa goriva - masa jednog kilomola benzena, izražena u kilogramima. Molarna masa benzena brojčano je jednaka njegovoj molekularnoj težini, koja se nalazi po formuli:

Ac?nc+An?nn, UiAi?ni (11)

gdje su Ac i An atomske težine ugljika i vodika, nc i nn su brojevi atoma ugljika u molekulu benzena. Zamjenom vrijednosti Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6, dobijamo:

Specifičnu teoretsku zapreminu zraka nalazimo zamjenom vrijednosti n u i u formulu (10):

Rezultat izračuna:

Zadatak br. 2

Odrediti specifičnu teorijsku količinu, zapreminu i sastav produkata sagorevanja benzena, ako su poznati koeficijent viška vazduha b, temperatura Tp i pritisak Pp produkata sagorevanja, temperatura Tg i pritisak Pg para benzena. Rezultate proračuna izraziti u molskim udjelima (procentima) iu sljedećim jedinicama: ; ;;

Početni podaci:

v=1.5+(?1) N ?0.1?N?(?1) n ?0.01?n = 0.2 ;

Rp=?10 3 = 68400 Pa;

Tp=1600?(?1) N ?20?N?(?1) n ?2?n = 1816 K;

Tg=273?(?1) N ?2?N+(?1) n ?0.2?n = 295.4 K;

Rg=?10 3 = 111600 Pa;

rješenje (N=11, n=2).

1. Napišimo stehiometrijsku jednačinu za reakciju sagorijevanja benzena u zraku:

C 6 H 6 +7,5O 2 +7,5?3,76N 2 =6CO 2 +3H 2 O+7,5?3,76N 2 +Qp, (1)

gdje je Qp toplina kemijske reakcije. Iz ove jednadžbe određujemo sljedeće stehiometrijske koeficijente:

V CO2 =6, V pO =3, V C6H6 =1, V O2 =7,5, V N2 =7,5?3,76

2. Odrediti procijenjenu količinu produkata sagorijevanja jednog kilomola goriva:

Zamjenom u (2) vrijednosti stehiometrijskih koeficijenata produkata sagorijevanja i goriva dobijamo:

3. Specifična teorijska količina zraka - broj kilomola zraka koji je potreban za potpuno sagorijevanje jednog kilomola goriva, određuje se pomoću formule:

gdje je 4,76 količina zraka koja sadrži jediničnu količinu kisika,

Odnos stehiometrijskih koeficijenata molekularnog kiseonika i benzena.

Zamjenom u (4) vrijednosti V O2 =7,5 i V C6H6 =1 dobijamo:

4. Višak zraka po 1 Kmol goriva određuje se izrazom:

benzen parni vazduh za sagorevanje

Zamena u ovaj izraz vrijednosti

37,7(0,2-1)=30,16(7)

5. Ukupna količina produkata sagorevanja po jedinici količine goriva određuje se zbrojem:

Nakon zamjene vrijednosti dobijamo:

6. Molni udjeli proizvoda sagorijevanja, izraženi u postocima, određuju se na sljedeći način:

U formulama (9) za molske udjele dušika i kisika u produktima sagorijevanja, 0,79 i 0,21 su molni udjeli ovih tvari u zraku, čiji višak dovodi do povećanja udjela dušika i pojave kisika. u produktima sagorevanja.

7. Da bi se odredile specifične zapremine i produkti sagorevanja, potrebno je izračunati njihov molarni volumen - zapreminu jednog kilomola gasa pod uslovima u kojima se proizvodi nalaze:

gde je 22,4 zapremina jednog kilomola gasa u normalnim uslovima, T 0 = 273 K je normalna temperatura, Po = 101325 Pa je normalan pritisak.

Zamjenom vrijednosti Po, To u (10) dobijamo:

Volumen proizvoda koji nastaje prilikom sagorijevanja jednog kilograma goriva, bez uzimanja u obzir viška zraka, izračunava se na sljedeći način:

gdje je molarna masa goriva - masa jednog kilomola benzena, izražena u kilogramima. Molarna masa benzena nalazi se po formuli:

gdje su Ac i An atomske težine ugljika (12) i vodika (1), n ​​c i n n su brojevi atoma ugljika (6) i vodika (6) u molekulima benzena (C 6 H 6).

Zamjenom vrijednosti i u (12) dobijamo

Višak volumena zraka po 1 kilogramu goriva određuje se na sljedeći način:

gdje je zapremina jednog kilomola viška zraka koji je dio produkata izgaranja. Pošto temperatura i pritisak viška vazduha odgovaraju temperaturi i pritisku produkata sagorevanja, onda je = =220,7.

Zamjenom ove vrijednosti, kao i u (14), dobijamo:

Da bismo izračunali specifičnu zapreminu proizvoda potpunog sagorevanja goriva, pretpostavićemo da para benzena ima temperaturu Tg pri pritisku:

gdje je zapremina jednog kilomola pare benzena na temperaturi Tg i pritisku Pg. Molarna zapremina goriva se izračunava pomoću formule:

Zamjenom rezultirajuće vrijednosti i takvih vrijednosti u (17) dobijamo:

Višak vazduha po jednom kubni metar benzenova para je definirana kako slijedi:

Zamjena u (20) vrijednosti =30,16 , =and

daje sljedeći rezultat:

Ukupna specifična zapremina produkata sagorevanja, uzimajući u obzir višak vazduha, određena je zbrojem

Rezultat izračuna:

X CO2 = %; X H2O = 4,4%; X N2 =%; X O2 =11,7%

Slični dokumenti

Proračun koeficijenta zapaljivosti nitrobenzena C6H5NO2 i ugljen-disulfida CS2. Jednačina za reakciju sagorijevanja propil acetata na zraku. Proračun zapremine vazduha i produkata sagorevanja pri sagorevanju zapaljivog gasa. Određivanje tačke paljenja toluena pomoću formule V. Blinova.

test, dodato 08.04.2017


Proračun zapremine vazduha i produkata sagorevanja nastalih tokom sagorevanja neke supstance. Jednadžba za reakciju sagorijevanja etilen glikola na zraku. Sagorevanje mešavine zapaljivih gasova. Proračun adijabatske temperature izgaranja za stehiometrijsku smjesu. Sagorevanje propanola.

test, dodano 17.10.2012


Vrsta izgaranja i njegovi glavni parametri. Hemijska transformacija goriva i oksidatora u produkte sagorijevanja. Jednačine materijalnog i toplotnog bilansa reakcije sagorevanja. Utjecaj koeficijenta viška zraka na sastav produkata izgaranja i temperaturu sagorijevanja.

test, dodano 17.01.2013


Određivanje zapremine vazduha potrebnog za potpuno sagorevanje jedinice mase zapaljive supstance. Sastav produkata sagorevanja po jedinici mase zapaljive materije. Granice širenja plamena mješavine plina, pare, prašine i zraka. Eksplozivni pritisak raspadanja.

kurs, dodan 23.12.2013


Izrada mjera za sprječavanje nastanka požara i eksplozija, procjena uslova za njihov razvoj i suzbijanje. Koncept stope izgaranja, način njenog utvrđivanja. Postupak sastavljanja jednadžbe reakcije sagorijevanja. Proračun količine vazduha potrebnog za sagorevanje.

kurs, dodato 07.10.2014


Određivanje sastava produkata potpunog sagorevanja gasa. Proračun adijabatske temperature sagorijevanja plinske mješavine pri konstantnoj zapremini i konstantnom pritisku. Kinetičke konstante reakcije samozapaljenja prirodni gas. Granica zapaljivosti gasne mešavine.

kurs, dodan 19.02.2014


Karakteristike industrijskih metoda za alkilaciju benzena propilenom. Principi alkilacije benzena olefinima u hemijskoj tehnologiji. Problemi projektovanja procesnih postrojenja za alkilaciju benzena. Opis tehnologije proizvodnog procesa.

teza, dodana 15.11.2010


Sagorijevanje kao snažan oksidacijski proces. Vrste sagorevanja: tinjanje i sagorevanje plamenom. Eksplozija kao poseban slučaj sagorevanja. Električna svojstva plamena. Raznovrsni produkti sagorevanja kao posledica nepotpunog sagorevanja goriva. Filtracija dima kroz vodu.

naučni rad, dodato 29.07.2009


Određivanje zapremine vazduha potrebnog za potpuno sagorevanje date količine propana. Proračun promjena entalpije, entropije i Gibbsove energije, korištenjem posljedica Hessovog zakona. Definicija molarne mase ekvivalenti oksidacionog agensa i redukcionog sredstva.

test, dodano 08.02.2012


Metode za određivanje potrošnje apsorpcionog ulja, koncentracije benzena u apsorpcionom ulju koje izlazi iz apsorbera. Proračun prečnika i visine nabijenog apsorbera. Određivanje potrebne grejne površine u kocki stuba i protoka grejne pare.