Тема: моноядерні арени. Введення до синтезу органічних сполук.

Актуальність теми: Ароматичні сполуки це великий клас органічних сполук, які широко використовуються для одержання розчинників отрутохімікатів, вибухових речовин синтетичних волокон а також ліків.

 

Навчальні цілі: Теоретичне й практичне засвоєння будови, ізомерії, номенклатури та властивостей аренів та їх похідних.

Знати:

- правило Хюккеля визначення ароматичності сполук;

- будову молекули бензолу;

- замісники І та ІІ роду;

- правила заміщення в бензольному ядрі.

 

Вміти:

- пояснити будову молекули бензолу та його гомологів;

- пояснити механізми реакцій заміщення в ароматичних сполуках;

- давати назви моноядерним аренам;

- писати формули ізомерів гомологів бензолу.

Самостійна позааудиторна робота

 

1. Вивчити теоретичний матеріал і вміти дати відповіді на контрольні питання теми.

2. Написати ізомери диметилбензолу, трихлорбензолу, толуолсульфокислоти. Дати назви.

3. Написати реферат на тему “Нафта - чорне золото землі”.

4. Оформити три графи протоколу

5. За допомогою рівнянь реакцій здійснити перетворення: ацетилен ® бензол ® хлорбензол ® ортохлортолуол ® ортохлорбензойна кислота.

6. Порівняти хімічні властивості бензолу з циклогексаном.

7. Виходячи з бензолу одержати о-хлорбензойну кислоту. Написати відповідні рівняння реакції.

8. Які продукти утворюються при озонолізі бензолу і толуолу?

Контрольні питання

1. Класифікація циклічних сполук. Арени.

2. Ароматичність сполук. Правило Хюккеля.

3. Будова молекули бензолу, його властивості.

4. Гомологи бензолу, їх властивості.

5. Механізми реакцій галогенування, сульфування, нітрування.

6. Реакції приєднання та оксидації.

7. Електронодонорні та електроноакцепторні замісники.

8. Правило замісників-орієнтантів у бензольному ядрі.

9. Орієнтанти І та ІІ роду, їх направляюча дія.

10. Представники ароматичних моноядерних сполук (бензол, толуол, ксилол, тимол, стирол), їх значення та застосування.

 

Самостійна аудиторна робота

 

1. Виконати лабораторні досліди вказані у методичній вказівці.

2. Результати спостережень і висновки внести в протокол

3. Оформити протокол і захистити його у викладача.

4. Написати тестовий контроль або виконати індивідуальне письмове завдання..

5. З даної теми навчального підручника виписати медичні препарати, дати їм назви, вказати фармакологічну дію і застосування.

6. Записати в робочих журналах форму ведення протоколів до синтезу органічних сполук.

 

Теоретична частина

 

Ароматичні вуглеводні відносять до карбоциклічних сполук, які містять в своєму складі одне або більше ароматичних бензольних ядер, які можуть бути сконденсовані (антрацен, нафталін), з'єднані через зв'язок (дифеніл-), або групу атомів (трифенілметан).

Бензол є представником моноядерних ароматичних сполук, який не має однозаміщених ізомерів, але має три ізомери при двох і трьох замісниках (отро, мета, пара, рядовий асиметричний, симетричний). Ароматичність визначається за правилом Хюккеля:плоска спряжена сиcтема sp² –гібридизація і 4n+2 π-електронів (де n=1, 2, 3 і т. д.)

Номенклатура існує для них тривіальна (бензол, ксилол, толуол). Гомологи бензолу нумерують в алфавітному порядку, щоб замісники мали якомога менші номери. Вищі гомологи бензолу розглядають як похідні аліфатичних вуглеводнів, що містять як замісник бензольне ядро (радикал С₆Н₅-феніл).

Ароматичні вуглеводні поширені в природі. Джерелами їх добування є нафта, кам'яне вугілля. З нафти їх добувають, шляхом ароматизації. При цьому одержують бензол і його гомологи. З кам'яного вугілля арени добувають шляхом коксування, з фракції кам'яновугільна смола. Синтетично одержують шляхом тримеризації ацетиленових вуглеводнів, цикломеризацією алканів, алкілуванням за реакцією Вюрца-Фіттіга.

За хімічними властивостями вони подібні до алканів і алкенів, вступаючи в реакції радикального і електрофільного заміщення: сульфування, нітрування, галогенування, алкілування, ацилювання. Реакції оксидації та гідрування проходять важко. Бензольне ядро стійке до окислення, але гомологи бензолу оксидуються легко розчином KMnO₄. При хімічних реакціях слід врахувати правило заміщення в бензольному ядрі. Замісники діляться на І і ІІ порядку. Замісники І порядку направляють в о- і р- положення, ІІ – в мета, тобто одні є донорами, а інші акцепторами. При дизаміщених похідних бензолу слід враховувати узгоджену і неузгоджену орієнтацію.

Ідентифікація аренів проводиться в основному за допомогою фізичних спектральних методів аналізу УФ, УЧ, ПМР спектроскопії. Сполуки, які містять бензольне ядро являються токсичними речовинами. Вони використовуються як розчинники, пальне сировина органічного синтезу для добування цілого ряду сполук: барвників, отрут хімікатів, вибухових речовин, стимуляторів росту і лікарських засобів.

 

Практична робота

Властивості бензолу та його гомологів.

Дослід 1. Фізичні властивості аренів.

а) Окремо до 2-3-х крапель бензолу і толуолу прилити в два рази більший об’єм води.

1. Чи розчиняється бензол і толуол у воді?

2. Густина бензолу і толуолу менша чи більша від густини води?

б) Одержані розчини випробувати універсальним індикатором.

1. Чи змінилось забарвлення індикатора?

2. Яке рН розчинів?

в) 4-5 крапель бензолу налити у фарфорову чашку і підпалити (під витяжкою).

1. Яке забарвлення полум'я?

2. Чи присутній тепловий ефект?

3. Написати рівняння повної оксидації бензолу.

 

Дослід 2. Дія бромної води і калій перманганату на бензол.

У дві маленькі пробірки налити по 5 крапель бензолу і додати в першу 1 см³ бромної води, а в другу – стільки ж розчину КМnО₄ + 2 краплі 2н розчину Н₂SО₄. Вміст пробірок енергійно струсити.

Що при цьому відбувається?

Чи діє бромна вода і розчин калій перманганату на подвійні зв'язки бензолу? Чому?

 

Дослід 3. Нітрування бензолу

У пробірку налити 10 крапель бензолу і 2 см³ нітруючої суміші і її закрити корком зі зворотним холодильником; енергійно струсити до повного розчинення бензолу, після чого пробірку охолодити під краном і вилити її вміст у хімічний стакан з водою.

Звернути увагу на тепловий ефект реакції.

Описати властивості нітробензолу: колір, запах, густину (легший чи важчий за воду).

Написати рівняння реакції нітрування бензолу.

 

Дослід 4. Оксидація бензолу та його гомологів.

У дві пробірки, окремо, налити по 1 см³ розчину KMnO₄, підкисленого 2-3 краплями 2н розчину сульфатної кислоти і, додавши в першу пробірку дві краплі бензолу, а в другу – стільки ж толуолу, енергійно струсити їх до зміни забарвлення розчинів.

Порівняти окиснення бензолу й толуолу.

Написати рівняння реакції оксидації толуолу.

 

Дослід 5. Добування бензолу з кальцій бензоату.

Безперервно струшуючи пробірку, в якій змішали дві ложечки кальцій бензоату з такою ж кількістю натронного вапна й однаковим об'ємом залізних стружок (переносник тепла). Пробірку закрити корком з Г-подібною трубкою, кінець якої опустити в другу пробірку, що охолоджується в хімічному стакані водою. Нагрівати спершу слабо, а потім дедалі сильніше.

Верхній шар виділеної рідини перенести піпеткою на годинникове скло. Обережно понюхати, а потім підпалити. Що спостерігається?

Описати властивості одержаного бензолу: колір, запах, горючість тощо. Написати рівняння реакції добування бензолу та його горіння.

 

Дослід 6. Сульфування ароматичних вуглеводнів.

У три пробірки, окремо, налити по 0,5 см³ бензолу, толуолу і n-ксилолу і прилити в кожну з них по 3 см³ конц. Н₂SО₄. Вміст пробірки змішати скляною паличкою, потім нагрівати на водяній бані, знову старанно перемішуючи. Звернути увагу на зменшення розшарування.

1. Де швидше проходить сульфування?

2. Написати рівняння реакції сульфування n-ксилолу.

Реакційні суміші вилити у пробірку з 6 см³ води. Що спостерігається?

До частини отриманої суміші прилити 4-6 см³ насиченого водного розчину натрій хлориду.

1. Що спостерігається?

2. Зробити висновки.

 

Дослід 7. Ситуаційна задача

В 3-х пронумерованих пробірках містяться гексан, бензол і толуол. Експериментально встановити, в якій пробірці міститься кожна з названих речовин.

Написати хід виконання задачі та відповідні рівняння реакцій.