Циклоалканы: строение, получение и химические свойства. Урок "арены и их классификация" Реакции присоединения к циклоалканам

Физические свойства

Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкости со специфическим запахом. Ароматические углеводороды легче воды и в ней не растворяются, однако легко растворяются в органических растворителях – спирте, эфире, ацетоне.

Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Все арены горят коптящим пламенем ввиду высокого содержания углерода вих молекулах.

Физические свойства некоторых аренов представлены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых аренов

Название	Формула	t°.пл., °C	t°.кип., °C
Бензол	C 6 H 6	5,5	80,1
Толуол (метилбензол)	С 6 Н 5 СH 3	95,0	110,6
Этилбензол	С 6 Н 5 С 2 H 5	95,0	136,2
Ксилол (диметилбензол)	С 6 Н 4 (СH 3) 2
орто-		25,18	144,41
мета-		47,87	139,10
пара-		13,26	138,35
Пропилбензол	С 6 Н 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Кумол (изопропилбензол)	C 6 H 5 CH(CH 3) 2	96,0	152,39
Стирол (винилбензол)	С 6 Н 5 CH=СН 2	30,6	145,2

Бензол – легкокипящая ( t кип = 80,1°С), бесцветная жидкость, не растворяется в воде

Внимание! Бензол – яд, действует на почки, изменяет формулу крови (при длительном воздействии), может нарушать структуру хромосом.

Большинство ароматических углеводородов опасны для жизни, токсичны.

Получение аренов (бензола и его гомологов)

В лаборатории

1. Сплавление солей бензойной кислоты с твёрдыми щелочами

C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3

бензоат натрия

2. Реакция Вюрца-Фиттинга : (здесь Г – галоген)

С 6 H 5 -Г + 2 Na + R -Г → C 6 H 5 - R + 2 Na Г

С 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

В промышленности

выделяют из нефти и угля методом фракционной перегонки, риформингом;
из каменноугольной смолы и коксового газа

1. Дегидроциклизацией алканов с числом атомов углерода больше 6:

C 6 H 14 t , kat →C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризация ацетилена (только для бензола) – р. Зелинского :

3С 2 H 2 600° C , акт. уголь →C 6 H 6

3. Дегидрированием циклогексана и его гомологов:

Советский академик Николай Дмитриевич Зелинский установил, что бензол образуется из циклогексана (дегидрирование циклоалканов

C 6 H 12 t, kat →C 6 H 6 + 3H 2

C 6 H 11 -CH 3 t , kat →C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклогексантолуол

4. Алкилирование бензола (получение гомологов бензола) – р Фриделя-Крафтса .

C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3 →C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl

хлорэтан этилбензол

Химические свойства аренов

I . РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ

1. Горение (коптящее пламя):

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

2. Бензол при обычных условиях не обесцвечивает бромную воду и водный раствор марганцовки

3. Гомологи бензола окисляются перманганатом калия (обесцвечивают марганцовку):

А) в кислой среде до бензойной кислоты

При действии на гомологи бензола перманганата калия и других сильных окислителей боковые цепи окисляются. Какой бы сложной ни была цепь заместителя, она разрушается, за исключением a -атома углерода, который окисляется в карбоксильную группу.

Гомологи бензола с одной боковой цепью дают бензойную кислоту:

Гомологи, содержащие две боковые цепи, дают двухосновные кислоты:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

Упрощённо:

C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4 →C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) в нейтральной и слабощелочной до солей бензойной кислоты

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO К + K ОН + 2MnO 2 + H 2 O

II . РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ (труднее, чем у алкенов)

1. Галогенирование

C 6 H 6 +3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (гексахлорциклогексан - гексахлоран)

2. Гидрирование

C 6 H 6 + 3H 2 t , Pt или Ni →C 6 H 12 (циклогексан)

3. Полимеризация

III . РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ – ионный механизм(легче, чем у алканов)

б) гомологов бензола при облучении или нагревании

По химическим свойствам алкильные радикалы подобны алканам. Атомы водорода в них замещаются на галоген по свободно-радикальному механизму. Поэтому в отсутствие катализатора при нагревании или УФ-облучении идет радикальная реакция замещения в боковой цепи. Влияние бензольного кольца на алкильные заместители приводит к тому, что замещается всегда атом водорода у атома углерода, непосредственно связанного с бензольным кольцом (a -атома углерода).

1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) гомологов бензола в присутствии катализатора

C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (смесь орта, пара производных) +HCl

2. Нитрование (с азотной кислотой)

C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4 →C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

нитробензол - запах миндаля !

C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4 → С H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-тринитротолуол (тол, тротил)

Применение бензола и его гомологов

Бензол C 6 H 6 – хороший растворитель. Бензол в качестве добавки улучшает качество моторного топлива. Служит сырьем для получения многих ароматических органических соединений – нитробензола C 6 H 5 NO 2 (растворитель, из него получают анилин), хлорбензола C 6 H 5 Cl, фенола C 6 H 5 OH, стирола и т.д.

Толуол C 6 H 5 –CH 3 – растворитель, используется при производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил (тол), или 2,4,6-тринитротолуол ТНТ).

Ксилолы C 6 H 4 (CH 3) 2 . Технический ксилол – смесь трех изомеров (орто -, мета - и пара -ксилолов) – применяется в качестве растворителя и исходного продукта для синтеза многих органических соединений.

Изопропилбензол C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 служит для получения фенола и ацетона.

Хлорпроизводные бензола используют для защиты растений. Так, продукт замещения в бензоле атомов Н атомами хлора – гексахлорбензол С 6 Сl 6 – фунгицид; его применяют для сухого протравливания семян пшеницы и ржи против твердой головни. Продукт присоединения хлора к бензолу – гексахлорциклогексан (гексахлоран) С 6 Н 6 Сl 6 – инсектицид; его используют для борьбы с вредными насекомыми. Упомянутые вещества относятся к пестицидам – химическим средствам борьбы с микроорганизмами, растениями и животными.

Стирол C 6 H 5 – CH = CH 2 очень легко полимеризуется, образуя полистирол, а сополимеризуясь с бутадиеном – бутадиенстирольные каучуки.

ВИДЕО-ОПЫТЫ

Задание №3

Из предложенного списка соединений выберите те, которые содержат атомы углерода в sp 3 -гибридизации. Число верных ответов может быть любым.

Ответ: 345

Задание №4

Из предложенного списка соединений выберите те, которые не содержат атомы углерода в sp 3 -гибридизации. Число верных ответов может быть любым.

2) винилацетилен

3) циклопропан

5) этилбензол

Ответ: 24

Задание №6

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не реагируют с бензолом. Число верных ответов может быть любым.

1) бромоводород

3) азотная кислота

4) едкое кали

Ответ: 124

Задание №7

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют с бензолом, но не реагируют с этиленом. Число верных ответов может быть любым.

1) пропилен

4) хлорбутан

5) нитрат калия

Ответ: 14

Задание №8

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не реагируют с бензолом, но реагируют с пропиленом. Число верных ответов может быть любым.

2) перманганат калия

3) бромная вода

4) известковая вода

5) хлороводород

Ответ: 235

Задание №9

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют с бензолом и с циклогексаном. Число верных ответов может быть любым.

1) водород

3) кислород

5) азотная кислота

Ответ: 345

Задание №11

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют с толуолом, но не реагируют с метаном. Число верных ответов может быть любым.

1) кислород

2) водород

5) перманганат калия

Ответ: 25

Задание №12

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют и с толуолом, и с циклогексеном. Число верных ответов может быть любым.

2) перманганат калия

3) водород

4) бромная вода

5) 3-фенилпропен

Ответ: 23

Задание №13

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не реагируют с толуолом, но реагируют с метилциклопропаном. Число верных ответов может быть любым.

3) водород

4) бромодород

Ответ: 4

Задание №15

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не реагируют с толуолом и с изобутаном. Число верных ответов может быть любым.

2) формальдегид

5) азотная кислота

Ответ: 123

Задание №16

3) бромоводород

4) кислород

Ответ: 135

Задание №17

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют со стиролом, но не реагируют с бензолом. Число верных ответов может быть любым.

1) перманганат калия

2) водород

3) кислород

4) едкий натр

5) хлороводород

Ответ: 15

Задание №18

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют со стиролом, но не реагируют с кумолом. Число верных ответов может быть любым.

1) водород

4) йодоводород

Ответ: 4

Задание №19

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют со стиролом, но не реагируют с этаном. Число верных ответов может быть любым.

1) азотная кислота

3) бромоводород

4) перманганат натрия

Ответ: 345

Задание №20

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют с кумолом, но не реагируют с бензолом. Число верных ответов может быть любым.

1) кислород

3) перманганат калия

4) водород

Ответ: 3

Задание №21

5) 2-метилбутан

Ответ: 14

Задание №22

Из предложенного списка веществ выберите те, которые реагируют с подкисленным раствором перманганата калия при нагревании. Число верных ответов может быть любым.

4) этилбензол

Ответ: 124

Задание №23

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не реагируют с подкисленным раствором перманганата калия при нагревании. Число верных ответов может быть любым.

1) 1,2-диметилбензол

2) изопропилбензол

3) фенилэтен

5) изобутилен

Ответ: 4

Задание №24

Из предложенного списка веществ выберите те, которые обесцвечивают бромную воду. Число верных ответов может быть любым.

1) 2-фенилпропен

2) метилциклопропан

3) этилбензол

5) пропилен

Ответ: 1245

Задание №25

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не обесцвечивают бромную воду. Число верных ответов может быть любым.

1) 2-метил-3-фенилпропан

2) 3-фенилпропен

3) изопропилбензол

4) трет -бутилбензол

5) винилбензол

Ответ: 134

Задание №26

Из предложенного списка веществ выберите те, которые могут вступать в реакцию радикального замещения с бромом. Число верных ответов может быть любым.

3) 1,4-диэтилбензол

4) фенилметан

5) циклопентан

Ответ: 2345

Задание №27

Из предложенного списка веществ выберите те, которые не могут вступать в реакцию радикального замещения с хлором. Число верных ответов может быть любым.

Ответ: 35

Задание №28

2) бензилбромид

4) бензойная кислота

5) м -бромтолуол

Ответ: 24

Задание №29

Из предложенного списка веществ выберите те, которые можно в одну стадию получить из бензола. Число верных ответов может быть любым.

1) бензойная кислота

3) фенилэтан

4) циклопентан

Ответ: 235

Задание №30

1) фенилэтан

3) 1,2-дибром-1-фенилэтан

4) 1-фенилэтандиол-1,2

5) бутадиенстирольный каучук

Ответ: 1345

Задание №31

Из предложенного списка веществ выберите те, которые можно в одну стадию получить из кумола. Число верных ответов может быть любым.

1) бензойная кислота

3) 2-бром-2-фенилпропан

4) углекислый газ

5) бензоат калия

Ответ: 1345

Задание №32

Из предложенного списка веществ выберите те, которые можно окислить до бензойной кислоты. Число верных ответов может быть любым.

2) этилбензол

4) 1,3-диметилбензол

Ответ: 235

Задание №33

Из предложенного списка веществ выберите те, которые можно в одну стадию получить из этилбензола. Число верных ответов может быть любым.

4) 1-бром-1-фенилэтан

5) угарный газ

Ответ: 145

Задание №34

Из предложенного списка веществ выберите те, которые можно в одну стадию получить из толуола. Число верных ответов может быть любым.

1) бензойная кислота

3) хлорбензол

4) п -нитротолуол

5) 1,4-диметилбензол

Ответ: 145

Задание №35

Из предложенного списка веществ выберите те, которые можно в одну стадию получить из стирола. Число верных ответов может быть любым.

1) фенилэтан

2) 1-бром-1-фенилэтан

3) 1,1-дибром-1-фенилэтан

4) бензойная кислота

5) углекислый газ

Ответ: 1245

Задание №36

Из приведенного списка выберите два неверных утверждения.

1) стирол реагирует как с бромной водой, так и водородом

2) для получения кумола в одну стадию в качестве исходных веществ можно использовать бензол и пропилен.

3) при окислении бензола в жестких условиях можно получить бензойную кислоту.

4) при взаимодействии пропилена и бензола в присутствии катализатора основным продуктом является н-пропилбензол.

5) винилбензол используется при производстве некоторых видов каучука.

Ответ: 34

Задание №37

1) атомы углерода в молекуле бензола находятся в разных состояниях гибридизации орбиталей

2) при внесении стирола в горячий подкисленный раствор перманганата калия наблюдается обесцвечивание жидкости.

3) реакция толуола с бромной водой приводит к мгновенному обесцвечиванию раствора.

4) Для получения кумола в качестве исходных веществ можно использовать как изопропилхлорид, так и 1-хлорпропан.

5) Кумол и стирол способны полимеризоваться и давать сополимеры с бутадиеном.

Ответ: 24

Задание №38

1) При поджигании образца бензола на воздухе образуются преимущественно углекислый газ и вода.

2) Для получения фенилметана в одну стадию можно использовать метан и хлорбензол в присутствии хлорида алюминия.

3) Взаимодействие этилбензола с горячим подкисленным раствором перманганата калия приводит к образованию фенилэтановой кислоты.

4) При получении толуола методом каталитического риформинга в качестве исходных веществ можно брать н -гептан и метилциклогексан.

5) Бензол, толуол и этилбензол могут взаимодействовать как с бромом в присутствии железа, так и с нитрующей смесью.

Ответ: 23

Задание №39

Из приведенного списка выберите 2 верных утверждения.

1) Кумол, толуол и стирол описываются общей формулой C n H 2 n -6 .

2) При гидрировании бензола и толуола в жестких условия образуются соответственно преимущественно н -гексан и н -гептан.

3) Толуол и этилбензол могут вступать в реакцию радикального замещения с хлором и бромом на свету.

4) Стирол и бензол можно окислить до бензойной кислоты с помощью горячего подкисленного раствора перманганата калия.

5) При взаимодействии стирола с раствором брома в органическом растворителе и водой в присутствии серной кислоты образуются соответственно 1,2-дибром-1-фенилэтан и 1-фенилэтанол.

Ответ: 35

Задание №40

Из приведенного списка выберите 2 неверных утверждения.

1) Как бензол, так и стирол способны гидрироваться с образованием циклоалканов

2) При взаимодействии бромметана с бензолом в присутствии хлорида алюминия можно получить толуол

3) Взаимодействие бензола с нитрующей смесью может привести к смеси нитробензола и 1,4-динитробензола

4) Взаимодействие бензойной кислоты с нитрующей смесью приводит преимущественно к образованию м -нитробензойной кислоты

5) При бромировании толуола в присутствии железа образуется смесь, состоящая в основном из 2- и 3-бромтолуола

Ответ: 35

Задание №41

Какие суждения о свойствах ароматических углеводородов являются верными? Число верных ответов может быть любым.

1) Данные углеводороды при определенных условиях реагируют как с этиленом, так и с этаном.

2) Бензол, толуол и стирол относительно друг друга являются гомологами.

3) Стирол и этилбензол можно в одну стадию превратить в бензойную кислоту.

4) Молекула бензола – плоская и содержит сопряженную систему, включающую в себя 4 π-связи.

5) Бензол можно получить в одну стадию из н-гексана и бензоата калия.

Ответ: 35

Задание №42

Какие суждения о свойствах бензола не являются верными? Число верных ответов может быть любым.

1) Нитрование бензола проводят под действием концентрированной азотной кислоты в присутствии катиона ртути.

2) Для хлорирования и бромирования бензола можно использовать хлорид алюминия в качестве катализатора.

3) При окислении бензола горячим нейтральным раствора перманганатом калия образуется бензоат калия.

4) Гидрирование бензола может привести к образованию н -гексана или циклогексана в зависимости от условий проведения реакции.

5) Алкилирование бензола можно осуществить при использовании алкенов и галогеналканов в качестве реагентов.

Ответ: 134

Задание №43

Какие суждения о свойствах толуола являются верными? Число верных ответов может быть любым.

1) Толуол и этилбензол относятся друг к другу как гомологи.

2) Толуол может реагировать как с хлором, так и с хлороводородом.

3) Каталитическое гидрирование толуола приводит к 2-метилгексану.

4) Из толуола в одну стадию можно получить бензилбромид и бензойную кислоту.

5) При взаимодействии толуола с водой можно получить бензиловый спирт.

Ответ: 14

Задание №44

Какие суждения о свойствах кумола являются верными? Число верных ответов может быть любым.

1) При бромировании кумола на свету образуется третичное галогенпроизводное.

2) Кумол и н -бутилбензол являются гомологами.

3) Кумол можно получить исходя из пропилена и бензола.

4) При окислении кумола в жестких условиях образуется один органический продукт.

5) Кумол и 2-фенилпропан являются изомерами друг друга.

Ответ: 134

Задание №45

Какие суждения о свойствах стирола являются верными? Число верных ответов может быть любым.

1) Стирол можно включить в состав каучука

2) Стирол может обесцвечивать бромную воду и раствор перманганата натрия

3) При частичном гидрировании стирола можно получить толуол

4) Стирол и аллилбензол являются гомологами относительно друг друга

5) 1-бром-1-фенилэтан и 2-фенилэтанол можно в одну стадию превратить в стирол

Ответ: 1245

Задание №46

Ответ: 432

Задание №47

Установите соответствие между названием вещества и его молекулярной формулой.