Benzolning fizik xossalarini o'rganish. Aromatik uglevodorodlar

Aromatik HC (arenalar)- bu molekulalarida bir yoki bir nechta benzol halqalari bo'lgan uglevodorodlar.

Aromatik uglevodorodlarga misollar:

Benzol seriyasining arenalari (monotsiklik arenalar)

Umumiy formula:C n H 2n-6, n≥6

Aromatik uglevodorodlarning eng oddiy vakili benzol, uning empirik formulasi C 6 H 6.

Benzol molekulasining elektron tuzilishi

Monosiklik arenlarning umumiy formulasi C n H 2 n -6 ularning to`yinmagan birikmalar ekanligini ko`rsatadi.

1856 yilda nemis kimyogari A.F. Kekule konjugatsiyalangan bog'lar (bir va qo'sh bog'lar muqobil) bilan benzol uchun tsiklik formulani taklif qildi - siklogeksatrien-1,3,5:

Benzol molekulasining bunday tuzilishi benzolning ko'pgina xususiyatlarini tushuntirib bermadi:

• Benzol to'yinmagan birikmalarga xos bo'lgan qo'shilish reaktsiyalari emas, balki almashtirish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi. Qo'shilish reaktsiyalari mumkin, ammo ga qaraganda qiyinroq;
• benzol to'yinmagan uglevodorodlarga (bromli suv va KMnO 4 eritmasi bilan) sifatli reaktsiyalar bo'lgan reaksiyalarga kirmaydi.

Keyinchalik elektron difraksion tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, benzol molekulasidagi uglerod atomlari orasidagi barcha bog'lanishlar bir xil uzunlikdagi 0,140 nm (oddiy atom uzunligi orasidagi o'rtacha qiymat) S-S ulanishlari 0,154 nm va qo'sh bog'lanish C=C 0,134 nm). Har bir uglerod atomidagi aloqalar orasidagi burchak 120 o ga teng. Molekula muntazam tekis olti burchakli.

C 6 H 6 molekulasining tuzilishini tushuntirish uchun zamonaviy nazariya atom orbitallarining gibridlanishi g'oyasidan foydalanadi.

Benzoldagi uglerod atomlari sp 2 gibridlanish holatidadir. Har bir "C" atomi uchta s bog'lanish hosil qiladi (ikkitasi uglerod atomlari bilan va bittasi vodorod atomi bilan). Barcha s bog'lanishlar bir tekislikda joylashgan:

Har bir uglerod atomida gibridlanishda qatnashmaydigan bitta p-elektron mavjud. Uglerod atomlarining gibridlanmagan p-orbitallari s bog'lar tekisligiga perpendikulyar tekislikda joylashgan. Har bir p-bulut ikkita qo'shni p-bulut bilan ustma-ust tushadi va natijada bitta konjugatsiyalangan p-tizim hosil bo'ladi ("Dien uglevodorodlari" mavzusida muhokama qilingan 1,3-butadien molekulasidagi p-elektronlarning konjugatsiya ta'sirini eslang. ”):

Oltita s-bog'ning bitta p-tizim bilan birikmasi deyiladi aromatik aloqa.

Aromatik bog' bilan bog'langan oltita uglerod atomidan iborat halqa deyiladi benzol halqasi yoki benzol halqasi.

Haqida zamonaviy g'oyalarga muvofiq elektron tuzilma benzol molekulasi C 6 H 6 quyidagicha tasvirlangan:

Benzolning fizik xossalari

Oddiy sharoitda benzol rangsiz suyuqlikdir; t o pl = 5,5 o C; t o kip. = 80 o C; o'ziga xos hidga ega; suv bilan aralashmaydi, yaxshi erituvchi, juda zaharli.

Benzolning kimyoviy xossalari

Aromatik bog'lanish benzol va boshqa aromatik uglevodorodlarning kimyoviy xossalarini aniqlaydi.

6p-elektron tizimi oddiy ikki elektronli p-bog'larga qaraganda barqarorroqdir. Shuning uchun aromatik uglevodorodlar uchun qo'shilish reaktsiyalari to'yinmagan uglevodorodlarga qaraganda kamroq xarakterlidir. Arenlar uchun eng xarakterli reaksiyalar almashtirish reaksiyalaridir.

I. Almashtirish reaksiyalari

1.Galogenlanish

2. Nitrlash

Reaktsiya kislotalar aralashmasi (nitratlash aralashmasi) bilan amalga oshiriladi:

3.Sulfonlanish

4.Alkillanish ("H" atomini alkil guruhi bilan almashtirish) - Fridel-Crafts reaktsiyalari, benzol gomologlari hosil bo'ladi:

Galoalkanlar o'rniga alkenlardan foydalanish mumkin (katalizator - AlCl 3 yoki noorganik kislota ishtirokida):

II. Qo'shilish reaktsiyalari

1.Gidrogenlash

2.Xlor qo'shilishi

III.Oksidlanish reaksiyalari

1. Yonish

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. Tugallanmagan oksidlanish (KMnO 4 yoki K 2 Cr 2 O 7 kislotali muhitda). Benzol halqasi oksidlovchi moddalarga chidamli. Hech qanday reaktsiya sodir bo'lmaydi.

Benzolni olish

Sanoatda:

1) neft va ko'mirni qayta ishlash;

2) siklogeksanning gidrogenlanishi:

3) geksanning degidrotsikllanishi (aromatizatsiyasi):

Laboratoriyada:

Benzoik kislota tuzlarining sintezi:

Benzol gomologlarining izomeriyasi va nomenklaturasi

Benzolning har qanday gomologi yon zanjirga ega, ya'ni. benzol halqasi bilan bog'langan alkil radikallari. Birinchi benzol gomologi metil radikali bilan bog'langan benzol halqasidir:

Toluolning izomerlari yo'q, chunki benzol halqasidagi barcha pozitsiyalar ekvivalentdir.

Benzolning keyingi gomologlari uchun bir turdagi izomeriya mumkin - yon zanjir izomeriyasi, bu ikki xil bo'lishi mumkin:

1) o'rinbosarlarning soni va tuzilishining izomeriyasi;

2) o'rinbosarlar pozitsiyasining izomeriyasi.

Toluolning fizik xossalari

Toluol- suvda erimaydigan, organik erituvchilarda eriydigan o'ziga xos hidli rangsiz suyuqlik. Toluol benzolga qaraganda kamroq zaharli.

Toluolning kimyoviy xossalari

I. Almashtirish reaksiyalari

1.Benzol halqasi ishtirokidagi reaksiyalar

Metilbenzol benzol ishtirok etadigan barcha almashtirish reaktsiyalariga kiradi va shu bilan birga yuqori reaktivlik ko'rsatadi, reaktsiyalar yuqori tezlikda boradi.

Toluol molekulasidagi metil radikali o'z o'rnini bosuvchi moddadir, shuning uchun benzol halqasida o'rinbosarlik reaktsiyalari natijasida toluolning orto- va para-hosillari olinadi yoki reagent ortiqcha bo'lsa, tri - hosilalar umumiy formula:

a) galogenlanish

Keyingi xlorlash bilan diklorometilbenzol va triklorometilbenzolni olish mumkin:

II. Qo'shilish reaktsiyalari

Gidrogenatsiya

III.Oksidlanish reaksiyalari

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

2. Tugallanmagan oksidlanish

Benzoldan farqli o'laroq, uning gomologlari ma'lum oksidlovchi moddalar bilan oksidlanadi; bu holda yon zanjir oksidlanishga, toluolda esa metil guruhiga tobe bo'ladi. MnO 2 kabi engil oksidlovchi moddalar uni aldegid guruhiga oksidlaydi, kuchliroq oksidlovchi moddalar (KMnO 4) kislotaning keyingi oksidlanishiga olib keladi:

Bir yon zanjirga ega bo'lgan har qanday benzol gomologi KMnO4 kabi kuchli oksidlovchi vosita bilan benzoik kislotaga oksidlanadi, ya'ni. yon zanjir ajraladigan qismning CO 2 ga oksidlanishi bilan uziladi; Masalan:

Agar bir nechta yon zanjirlar mavjud bo'lsa, ularning har biri karboksil guruhigacha oksidlanadi va natijada ko'p asosli kislotalar hosil bo'ladi, masalan:

Toluolni olish:

Sanoatda:

1) neft va ko'mirni qayta ishlash;

2) metiltsiklogeksanning gidrogenlanishi:

3) geptanning degidrotsikllanishi:

Laboratoriyada:

1) Fridel-Crafts alkilatsiyasi;

2) Vurts-Fittig reaktsiyasi(natriyning galobenzol va haloalkan aralashmasi bilan reaksiyasi).

Aromatik uglevodorodlar organik birikmalarning siklik qatorining muhim qismini tashkil qiladi. Bunday uglevodorodlarning eng oddiy vakili benzoldir. Ushbu moddaning formulasi nafaqat uni boshqa bir qator uglevodorodlardan ajratib turdi, balki organik kimyoning yangi yo'nalishining rivojlanishiga turtki bo'ldi.

Aromatik uglevodorodlarning kashf etilishi

Aromatik uglevodorodlar 19-asr boshlarida topilgan. O'sha paytda eng keng tarqalgan yoqilg'i ko'cha yoritgichlari gaz yoritib turardi. Uning kondensatidan buyuk ingliz fizigi Maykl Faraday 1825 yilda uch gramm yog'li moddani ajratib oldi, uning xususiyatlarini batafsil tavsiflab berdi va uni: karbüratlı vodorod deb nomladi. 1834 yilda nemis olimi, kimyogari Mitscherlix benzoy kislotani ohak bilan qizdirib, benzol oldi. Ushbu reaksiya formulasi quyida keltirilgan:

C6 H5 COOH + C6 H6 + CaCO3 ning CaO sintezi.

O'sha paytda noyob benzoy kislotasi ba'zi tropik o'simliklar tomonidan ajratilishi mumkin bo'lgan benzoy kislotasi qatronidan olingan. 1845 yilda ko'mir smolasida yangi birikma topildi, u sanoat miqyosida yangi moddani ishlab chiqarish uchun to'liq foydalanish mumkin bo'lgan xom ashyo edi. Benzolning yana bir manbai ayrim konlardan olinadigan neftdir. Sanoat korxonalarining benzolga bo'lgan ehtiyojini qondirish uchun neftning asiklik uglevodorodlarining ma'lum guruhlarini aromatizatsiya qilish yo'li bilan ham olinadi.

Ismning zamonaviy versiyasini nemis olimi Liebig taklif qilgan. "Benzol" so'zining ildizini topish kerak arab tillari- u erda "tuatqi" deb tarjima qilingan.

Benzolning fizik xossalari

Benzol o'ziga xos hidli rangsiz suyuqlikdir. Bu modda 80,1 o S haroratda qaynaydi, 5,5 o S da qattiqlashadi va oq kristall kukunga aylanadi. Benzol amalda issiqlik va elektr tokini o'tkazmaydi, suvda yomon eriydi va turli yog'larda yaxshi eriydi. Benzolning aromatik xossalari uning tuzilishining mohiyatini aks ettiradi ichki tuzilishi: nisbatan barqaror benzol halqasi va noaniq tarkibi.

Benzolning kimyoviy tasnifi

Benzol va uning gomologlari - toluol va etilbenzol - tsiklik uglevodorodlarning aromatik qatoridir. Ushbu moddalarning har birining tuzilishi benzol halqasi deb ataladigan umumiy tuzilishni o'z ichiga oladi. Yuqoridagi moddalarning har birining tuzilishi oltita uglerod atomi tomonidan yaratilgan maxsus tsiklik guruhni o'z ichiga oladi. U benzol aromatik halqasi deb ataladi.

Kashfiyot tarixi

Benzolning ichki tuzilishini yaratish bir necha o'n yillar davom etdi. Strukturaning asosiy tamoyillari (halqa modeli) 1865 yilda kimyogar A. Kekule tomonidan taklif qilingan. Afsonada aytilganidek, nemis olimi bu elementning formulasini tushida ko'rgan. Keyinchalik benzol deb ataladigan moddaning tuzilishining soddalashtirilgan imlosi taklif qilindi. Ushbu moddaning formulasi olti burchakli. Olti burchak burchaklarida joylashgan bo'lishi kerak bo'lgan uglerod va vodorod uchun belgilar olib tashlandi. Bu yon tomonlarida o'zgaruvchan bitta va qo'sh chiziqlar bilan oddiy oddiy olti burchak hosil qiladi. Benzolning umumiy formulasi quyidagi rasmda ko'rsatilgan.

Aromatik uglevodorodlar va benzol

Ushbu elementning kimyoviy formulasi qo'shilish reaktsiyalari benzolga xos emasligini ko'rsatadi. Uning uchun, aromatik qatorning boshqa elementlari kabi, benzol halqasidagi vodorod atomlarini almashtirish reaktsiyalari odatiy hisoblanadi.

Sulfonlanish reaktsiyasi

Konsentrlangan sulfat kislota va benzolning o'zaro ta'sirini ta'minlash, reaktsiya haroratini oshirish orqali benzosulfon kislotasi va suv olish mumkin. Bu reaksiyadagi benzolning struktur formulasi quyidagicha:

Galogenlanish reaktsiyasi

Brom yoki xrom katalizator ishtirokida benzol bilan reaksiyaga kirishadi. Bu halogen hosilalarini hosil qiladi. Lekin nitrlanish reaksiyasi konsentrlangan nitrat kislota yordamida amalga oshiriladi. Reaksiyaning yakuniy natijasi azotli birikma:

Nitridlash yordamida taniqli portlovchi modda ishlab chiqariladi - TNT yoki trinitotoluol. Tol benzolga asoslanganligini kam odam biladi. Ko'pgina boshqa benzol halqasi asosidagi nitro birikmalari ham portlovchi moddalar sifatida ishlatilishi mumkin

Benzolning elektron formulasi

Benzol halqasining standart formulasi benzolning ichki tuzilishini aniq aks ettirmaydi. Unga ko'ra, benzol uchta lokalizatsiyalangan p-bog'larga ega bo'lishi kerak, ularning har biri ikkita uglerod atomi bilan o'zaro ta'sir qilishi kerak. Ammo, tajriba shuni ko'rsatadiki, benzolda oddiy qo'sh aloqalar mavjud emas. Benzolning molekulyar formulasi benzol halqasidagi barcha bog'lanishlar ekvivalent ekanligini ko'rish imkonini beradi. Ularning har birining uzunligi taxminan 0,140 nm ni tashkil qiladi, bu standart bitta bog'lanish uzunligi (0,154 nm) va etilen qo'sh aloqasi (0,134 nm) o'rtasida oraliqdir. O'zgaruvchan bog'lar bilan tasvirlangan benzolning strukturaviy formulasi nomukammaldir. Benzolning yanada ishonchli uch o'lchamli modeli quyidagi rasmga o'xshaydi.

Benzol halqasining har bir atomi sp 2 gibridlanish holatidadir. U uchta valentlik elektronni sigma bog'larini hosil qilish uchun sarflaydi. Bu elektronlar ikkita qo'shni uglevod atomi va bitta vodorod atomini qamrab oladi. Bunda elektronlar ham, C-C, H-H bog'lari ham bir tekislikda bo'ladi.

To'rtinchi valentlik elektron benzol halqasining tekisligiga perpendikulyar joylashgan uch o'lchamli sakkizlik shaklidagi bulutni hosil qiladi. Har bir bunday elektron buluti benzol halqasi tekisligidan yuqorida va to'g'ridan-to'g'ri uning ostida ikkita qo'shni uglerod atomlari bulutlari bilan ustma-ust tushadi.

Ushbu moddaning n-elektron bulutlarining zichligi barcha uglerod bog'lari o'rtasida teng taqsimlangan. Shu tarzda bitta halqali elektron bulut hosil bo'ladi. IN umumiy kimyo Ushbu tuzilish aromatik elektron seksteti deb ataladi.

Benzolning ichki bog'lanishlarining ekvivalentligi

Bu benzolning o'ziga xos kimyoviy va fizik xususiyatlarini aniqlaydigan aromatik bog'lanishlarning bir xilligini tushuntiruvchi olti burchakli barcha yuzlarning ekvivalentidir. n-elektron bulutining bir xil taqsimlanishi formulasi va uning barcha ichki ulanishlarining ekvivalentligi quyida keltirilgan.

Ko'rib turganingizdek, bitta va qo'sh chiziqlar o'rniga ichki tuzilish doira shaklida tasvirlangan.

Benzolning ichki tuzilishining mohiyati tsiklik uglevodorodlarning ichki tuzilishini tushunish uchun kalit beradi va imkoniyatlarni kengaytiradi. amaliy qo'llash bu moddalar.

Aromatik uglevodorodlar- uglerod va vodorod birikmalari, ularning molekulasida benzol halqasi mavjud. Aromatik uglevodorodlarning eng muhim vakillari benzol va uning gomologlari - benzol molekulasidagi bir yoki bir nechta vodorod atomlarini uglevodorod qoldiqlari bilan almashtirish mahsulotlari.

Benzol molekulasining tuzilishi

Birinchi aromatik birikma - benzol 1825 yilda M. Faraday tomonidan kashf etilgan. Uning molekulyar formulasi aniqlandi - C6H6. Agar uning tarkibini bir xil miqdordagi uglerod atomlarini o'z ichiga olgan to'yingan uglevodorod - geksan (C 6 H 14) tarkibi bilan taqqoslasak, benzolda sakkizta kam vodorod atomi borligini ko'rishimiz mumkin. Ma'lumki, bir nechta bog'lanish va tsikllarning paydo bo'lishi uglevodorod molekulasidagi vodorod atomlari sonining kamayishiga olib keladi. 1865 yilda F.Kekule uning struktur formulasini siklogeksantrien-1,3,5 deb taklif qildi.

Shunday qilib, Kekule formulasiga mos keladigan molekula qo'sh bog'larni o'z ichiga oladi, shuning uchun benzol to'yinmagan bo'lishi kerak, ya'ni qo'shilish reaktsiyalarini osongina o'tkazishi kerak: gidrogenlash, bromlash, hidratsiya va boshqalar.

Biroq, ko'plab tajribalar ma'lumotlari buni ko'rsatdi benzol faqat og'ir sharoitlarda qo'shilish reaktsiyalariga uchraydi(yuqori haroratda va yorug'likda), oksidlanishga chidamli. Uning uchun eng xarakterli reaksiyalar almashtirish reaksiyalaridir Shuning uchun benzol o'ziga xos xususiyati bo'yicha to'yingan uglevodorodlarga yaqinroqdir.

Ushbu nomuvofiqliklarni tushuntirishga harakat qilib, ko'plab olimlar benzolning tuzilishi uchun turli xil variantlarni taklif qilishdi. Benzol molekulasining tuzilishi nihoyat uning asetilendan hosil bo'lish reaksiyasi bilan tasdiqlandi. Haqiqatda, benzoldagi uglerod-uglerod aloqalari ekvivalent bo'lib, ularning xossalari bitta yoki qo'sh bog'lanishlarga o'xshamaydi.

Hozirgi vaqtda benzol Kekule formulasi yoki aylana tasvirlangan olti burchak bilan belgilanadi.

Xo'sh, benzolning tuzilishining o'ziga xos xususiyati nimada?

Tadqiqot ma'lumotlari va hisob-kitoblarga asoslanib, barcha oltita uglerod atomi sp 2 gibridlanish holatida va bir tekislikda yotadi, degan xulosaga keldi. Qo'sh bog'larni tashkil etuvchi uglerod atomlarining gibridlanmagan p-orbitallari (Kekule formulasi) halqa tekisligiga perpendikulyar va bir-biriga parallel.

Ular bir-birining ustiga chiqib, bitta p-tizimni hosil qiladi. Shunday qilib, Kekule formulasida tasvirlangan o'zgaruvchan qo'sh bog'lanish tizimi konjugatsiyalangan, bir-birining ustiga chiqadigan p bog'lanishlarning siklik tizimidir. Bu tizim benzol halqasining har ikki tomonida joylashgan elektron zichlikdagi ikkita toroidal (donutsimon) mintaqadan iborat. Shunday qilib, benzolni siklogeksantrien-1,3,5 ko'rinishidan ko'ra markazida aylana bo'lgan muntazam olti burchakli (p-tizim) sifatida tasvirlash mantiqan to'g'ri keladi.

Amerikalik olim L.Pauling benzolni elektron zichligi taqsimotida farq qiluvchi va doimiy ravishda bir-biriga aylanadigan ikkita chegara tuzilmasi shaklida tasvirlashni taklif qildi:

Bog'lanish uzunligi o'lchovlari bu taxminni tasdiqlaydi. Benzoldagi barcha C-C bog'lari bir xil uzunlikka (0,139 nm) ega ekanligi aniqlandi. Ular bitta C-C aloqalaridan (0,154 nm) biroz qisqaroq va qo'sh bog'lardan (0,132 nm) uzunroqdir.

Bundan tashqari, molekulalarida bir nechta tsiklik tuzilmalarni o'z ichiga olgan birikmalar mavjud, masalan:

Aromatik uglevodorodlarning izomeriyasi va nomenklaturasi

Uchun benzol gomologlari bir nechta o'rinbosarlarning pozitsiyasining izomeriyasi xarakterlidir. Benzolning eng oddiy gomologi toluol(metilbenzol) - bunday izomerlari yo'q; Quyidagi gomolog to'rtta izomer sifatida taqdim etiladi:

Kichik o'rinbosarlarga ega bo'lgan aromatik uglevodorod nomining asosini benzol so'zi tashkil etadi. Aromatik halqadagi atomlar raqamlangan, katta o'rinbosardan tortib to kichikgacha:

Agar o'rinbosarlar bir xil bo'lsa, u holda ga muvofiq raqamlash amalga oshiriladi yorliq : masalan, modda:

1,5-dimetilbenzol emas, 1,3-dimetilbenzol deyiladi.

Eski nomenklaturaga ko'ra, 2 va 6 pozitsiyalar ortopozlar, 4 - para-pozitsiyalar, 3 va 5 - meta-pozitsiyalar deb ataladi.

Aromatik uglevodorodlarning fizik xossalari

Normal sharoitda benzol va uning eng oddiy gomologlari - juda zaharli suyuqliklar xarakterli yoqimsiz hid bilan. Ular suvda yomon eriydi, lekin organik erituvchilarda yaxshi eriydi.

Aromatik uglevodorodlarning kimyoviy xossalari

Almashtirish reaksiyalari. Aromatik uglevodorodlar almashtirish reaksiyalariga uchraydi.

1. Bromlanish. Brom bilan katalizator, temir (III) bromid ishtirokida reaksiyaga kirishganda, benzol halqasidagi vodorod atomlaridan biri brom atomi bilan almashtirilishi mumkin:

2. Benzol va uning gomologlarini nitrlash. Aromatik uglevodorod sulfat kislota ishtirokida nitrat kislota bilan reaksiyaga kirishganda (sulfat va sulfat aralashmasi nitrat kislotalar nitratlovchi aralashma deb ataladi), vodorod atomi nitroguruh bilan almashtiriladi - NO 2:

Nitrobenzolni kamaytirish orqali biz olamiz anilin- anilin bo'yoqlarini olish uchun ishlatiladigan modda:

Bu reaksiya rus kimyogari Zinin sharafiga nomlangan.

Qo'shilish reaktsiyalari. Aromatik birikmalar, shuningdek, benzol halqasiga qo'shilish reaktsiyalarini ham boshdan kechirishi mumkin. Bunda siklogeksan va uning hosilalari hosil bo'ladi.

1. Gidrogenatsiya. Benzolning katalitik gidrogenlanishi alkenlarning gidrogenlanishiga qaraganda yuqori haroratda sodir bo'ladi:

2. Xlorlash. Reaktsiya ultrabinafsha nurlar bilan yoritilganda sodir bo'ladi va erkin radikaldir:

Aromatik uglevodorodlarning kimyoviy xossalari - xulosa

Benzol gomologlari

Ularning molekulalarining tarkibi formulaga mos keladi CnH2n-6. Benzolning eng yaqin gomologlari:

Toluoldan keyingi barcha benzol gomologlari mavjud izomerlar. Izomeriya o'rinbosarning soni va tuzilishi (1, 2) bilan ham, benzol halqasidagi (2, 3, 4) o'rinbosarning holati bilan ham bog'lanishi mumkin. Umumiy formulali birikmalar C 8 H 10 :

Benzol halqasida ikkita bir xil yoki turli o'rinbosarlarning nisbiy joylashishini ko'rsatish uchun ishlatiladigan eski nomenklaturaga ko'ra, prefikslar ishlatiladi. orto-(qisqartirilgan o-) - o'rnini bosuvchi moddalar qo'shni uglerod atomlarida joylashgan, meta-(m-) - bitta uglerod atomi orqali va juft-(n-) - bir-biriga qarama-qarshi bo'lgan o'rinbosarlar.

Benzolning gomologik qatorining birinchi a'zolari o'ziga xos hidli suyuqliklardir. Ular suvdan engilroq. Ular yaxshi erituvchilardir. Benzol gomologlari o'rnini bosish reaksiyalariga kirishadilar:

bromlanish:

nitratsiya:

Toluol qizdirilganda permanganat bilan oksidlanadi:

Test topshirish uchun ma'lumotnoma:

Mendeleev jadvali

Eruvchanlik jadvali

Katta arsenal orasida organik moddalar Bir nechta birikmalarni aniqlash mumkin, ularning ochilishi va o'rganishi ko'p yillik ilmiy tortishuvlar bilan birga bo'lgan. Benzol haqli ravishda ularga tegishli. Kimyoda benzolning tuzilishi nihoyat 20-asrning boshlarida qabul qilingan, moddaning elementar tarkibi esa 1825 yilda aniqlangan va uni kokslanadigan ko'mirning qo'shimcha mahsuloti sifatida olingan ko'mir smolasidan ajratib olgan.

Benzol toluol, antrasen, fenol va naftalin bilan birgalikda aromatik uglevodorodlar qatoriga kiradi. Maqolamizda biz bu uglevodorod nima ekanligini ko'rib chiqamiz, masalan, benzolning eruvchanligi, qaynash nuqtasi va zichligi kabi fizik xususiyatlarini bilib olamiz, shuningdek, birikmaning sanoatda qo'llanilishi va sohalarini ko'rib chiqamiz. qishloq xo'jaligi.

Arenalar nima?

Organik birikmalar kimyosi barcha ma'lum moddalarni bir necha guruhlarga ajratadi, masalan, alkanlar, alkinlar, spirtlar, aldegidlar va boshqalar. Uy o'ziga xos xususiyat Har bir moddalar sinfi ma'lum turdagi bog'lanishlarning mavjudligi. Toʻyingan uglevodorodlar molekulalarida faqat sigma bogʻi, etilen qatori moddalarida qoʻsh bogʻ, alkinlarda uchlik bogʻ mavjud. Benzol qaysi sinfga kiradi?

Benzolning tuzilishi uning molekulasida benzol halqasi deb ataladigan aromatik halqa mavjudligini ko'rsatadi. Molekulalarida bir yoki bir nechta shunday halqalarni o'z ichiga olgan barcha organik birikmalar arenlar (aromatik uglevodorodlar) deb tasniflanadi. Biz hozir ko'rib chiqayotgan benzolga qo'shimcha ravishda bu guruhga kiradi katta miqdorda toluol, anilin, fenol va boshqalar kabi juda muhim moddalar.

Aromatik uglevodorod molekulasining tuzilishi masalasi qanday hal qilinadi

Dastlab, olimlar uni C 6 H 6 formulasi bilan ifodalash orqali o'rnatdilar, unga ko'ra benzolning nisbiy molekulyar og'irligi 78 ga teng. Keyin strukturaviy formulalar uchun bir nechta variant taklif qilindi, ammo ularning hech biri haqiqiy fizikaviy va kimyoviy xususiyatlarga mos kelmadi. Laboratoriya tajribalarida kimyogarlar tomonidan kuzatilgan benzol.

Nemis tadqiqotchisi A.Kekule benzol molekulasining strukturaviy formulasini o'z versiyasini taqdim etgunga qadar taxminan qirq yil o'tdi. Unda mumkin bo'lgan to'yinmagan belgini ko'rsatadigan uchta qo'sh aloqa mavjud edi kimyoviy xossalari uglevodorod. Bu C 6 H 6 formulali birikmaning boshqa moddalar bilan, masalan, brom, nitrat kislotasi va xlor bilan o'zaro ta'sirining aslida mavjud tabiatiga zid edi.

Faqat uning tarkibidagi benzol molekulasining elektron konfiguratsiyasi aniqlangandan keyin strukturaviy formula benzol yadrosining (halqaning) belgisi paydo bo'ldi va uning o'zi hali ham organik kimyo kurslarida qo'llaniladi.

C6H6 molekulasining elektron konfiguratsiyasi

Qanday fazoviy tuzilish unda benzol bormi? Benzolning tuzilishi nihoyat ikkita reaksiya orqali tasdiqlandi: asetilenning trimerizatsiyasi benzol hosil qilish va uni vodorod bilan siklogeksanga qaytarish. Ma'lum bo'lishicha, uglerod atomlari bir-biri bilan bog'lanib, tekis olti burchak hosil qiladi va sp 2 gibridlanish holatida bo'lib, to'rtta valentlik elektronidan uchtasini boshqa atomlar bilan bog'laydi.

Qolgan oltita erkin p-elektron molekula tekisligiga perpendikulyar joylashgan. Ular bir-birining ustiga chiqib, benzol yadrosi deb ataladigan umumiy elektron bulutini hosil qiladi.

Bir yarim kimyoviy bog'lanishning tabiati

Ma'lumki, birikmalarning fizik-kimyoviy xossalari, eng avvalo, ularning ichki tuzilishi va atomlar o'rtasida paydo bo'ladigan kimyoviy bog'lanish turlariga bog'liq. Benzolning elektron tuzilishini o'rganib chiqib, uning molekulasida bitta ham, qo'sh bog'lar ham yo'q degan xulosaga kelish mumkin, buni Kekule formulasida ko'rish mumkin. Aksincha, uglerod atomlari orasida hamma narsa kimyoviy bog'lanishlar ekvivalentdir. Bundan tashqari, umumiy p-elektron buluti (barcha oltita C atomidan) sesquicentral yoki aromatik deb ataladigan kimyoviy bog'lanish turini hosil qiladi. Aynan shu fakt benzol halqasining o'ziga xos xususiyatlarini va natijada xarakterini belgilaydi kimyoviy o'zaro ta'sir aromatik uglevodorodlar boshqa moddalar bilan.

Jismoniy xususiyatlar

Haroratning pasayishi bilan suyuqlik aylanadi qattiq faza, va benzol oq kristall massaga aylanadi. 5,5 °C haroratda osongina eriydi. Oddiy sharoitlarda modda o'ziga xos hidli rangsiz suyuqlikdir. Uning qaynash nuqtasi 80,1 ° C dir.

Benzolning zichligi haroratning o'zgarishi bilan o'zgaradi. Harorat qanchalik baland bo'lsa, zichlik shunchalik past bo'ladi. Keling, bir nechta misollar keltiraylik. 10° haroratda zichlik 0,8884 g/ml, 20°da esa 0,8786 g/ml ni tashkil qiladi. Benzol molekulalari qutbsiz, shuning uchun modda suvda erimaydi. Ammo aralashmaning o'zi, masalan, yog'lar uchun yaxshi.

Benzolning kimyoviy xossalarining xususiyatlari

Aromatik benzol halqasining barqaror ekanligi eksperimental ravishda aniqlandi, ya'ni. yirtilishga yuqori qarshilik bilan tavsiflanadi. Bu fakt moddaning, masalan, normal sharoitda xlor bilan, brom bilan, katalizator ishtirokida nitrat kislota bilan almashtirish tipidagi reaktsiyalarga moyilligini tushuntiradi. Shuni ta'kidlash kerakki, benzol kaliy permanganat va bromli suv kabi oksidlovchi moddalarga juda chidamli. Bu yana bir bor aren molekulasida qo'sh aloqalar yo'qligini tasdiqlaydi. Kuchli oksidlanish, aks holda yonish deb ataladi, barcha aromatik uglevodorodlarga xosdir. C 6 H 6 molekulasidagi uglerod ulushi yuqori bo'lganligi sababli, benzolning yonishi tutunli olov bilan birga kuyik zarrachalar hosil bo'ladi. Reaksiya natijasida karbonat angidrid va suv hosil bo'ladi. Qiziqarli savol: aromatik uglevodorod qo'shilish reaktsiyalariga kirishishi mumkinmi? Keling, buni batafsilroq ko'rib chiqaylik.

Benzol halqasining yorilishi nimaga olib keladi?

Eslatib o'tamiz, aren molekulalarida uglerod atomlarining oltita p-elektronlarining bir-biriga yopishishi natijasida paydo bo'ladigan bir yarim bog' mavjud. U benzol yadrosining asosidir. Uni yo'q qilish va qo'shilish reaktsiyasini amalga oshirish uchun bir qator maxsus shartlar talab qilinadi, masalan, yorug'lik nurlanishi, yuqori harorat va bosim, katalizatorlar. Benzol va xlor aralashmasi ultrabinafsha nurlanish ta'sirida qo'shimcha reaksiyaga kirishadi. Ushbu o'zaro ta'sirning mahsuloti geksaxlorotsikloheksan bo'ladi, qishloq xo'jaligida insektitsid sifatida ishlatiladigan zaharli kristalli modda. Geksaxloran molekulasida endi benzol halqasi yo'q, u parchalanadigan joyga oltita xlor atomi qo'shilgan.

Benzolni amaliy qo'llash sohalari

Sanoatning turli sohalarida modda erituvchi sifatida, shuningdek, keyinchalik laklar, plastmassalar, bo'yoqlar ishlab chiqarish uchun xom ashyo va motor yoqilg'isiga qo'shimcha sifatida keng qo'llaniladi. Benzol hosilalari va uning gomologlari yanada kengroq qo'llanilishiga ega. Masalan, nitrobenzol C 6 H 5 NO 2 anilin olish uchun asosiy reaktiv hisoblanadi. Natijada, katalizator sifatida alyuminiy xlorid ishtirokida xlor bilan geksaxlorbenzol olinadi. U urug'larni ekishdan oldin davolash uchun ishlatiladi, shuningdek, yog'ochni zararkunandalardan himoya qilish uchun yog'ochni qayta ishlash sanoatida qo'llaniladi. Benzol gomologini (toluol) nitrlash TNT yoki tol deb nomlanuvchi portlovchi moddani hosil qiladi.

Ushbu maqolada biz aromatik birikmaning qo'shilish va almashtirish reaktsiyalari, benzolning yonishi kabi xususiyatlarini ko'rib chiqdik, shuningdek uni sanoat va qishloq xo'jaligida qo'llash sohalarini aniqladik.

Benzol. Formula 1)

Benzol - organik birikma C 6 H 6, eng oddiy aromatik uglevodorod; o'ziga xos yumshoq hidli mobil rangsiz uchuvchi suyuqlik.

• tnl = 5,5 ° S;
• t kip = 80,1 ° S;
• zichligi 879,1 kg / m 3 (0,8791 g / sm 3) 20 ° C da.

1,5-8% hajmdagi havo bilan benzol portlovchi aralashmalar hosil qiladi. Benzol barcha nisbatda efir, benzin va boshqa organik erituvchilar bilan aralashtiriladi; 100 g benzolda 26°C da 0,054 g suv eriydi; suv bilan t kip = 69,25°C bo'lgan azeotrop (doimiy qaynaydigan) aralashmani (og'irligi bo'yicha 91,2% benzol) hosil qiladi.

Hikoya

Benzolni M. Faraday kashf etgan. (1825), uni yorug'lik gazining suyuq kondensatidan ajratib olgan; Benzol 1833-yilda E.Mitsherlix tomonidan benzoy kislotaning kalsiy tuzini quruq distillash yoʻli bilan sof holatda olingan (shuning uchun nomi).

1865 yilda F.A.Kekule siklogeksatrienga mos keladigan benzolning strukturaviy formulasini taklif qildi - 6 uglerod atomidan iborat yopiq zanjir almashinadigan bitta va qoʻsh bogʻlar. Kekule formulasi juda keng qo'llaniladi, ammo benzolning siklogeksatrien tuzilishiga ega emasligini ko'rsatadigan ko'plab faktlar to'plangan. Shunday qilib, orto-almashtirilgan benzollar faqat bitta shaklda mavjudligi uzoq vaqtdan beri aniqlangan, Kekule formulasi esa bunday birikmalarning izomeriyasiga imkon beradi (bir yoki qo'sh bog' bilan bog'langan uglerod atomlaridagi o'rinbosarlar). 1872 yilda Kekule qo'shimcha ravishda benzoldagi bog'lanishlar doimiy va juda tez harakatlanadi va tebranadi, degan gipotezani kiritdi. Benzolning tuzilishi uchun boshqa formulalar taklif qilingan, ammo ular tan olinmagan.

Kimyoviy xossalari

Benzol. Formula (2)

Benzolning kimyoviy xossalari rasmiy ravishda ma'lum darajada (1) formulaga mos keladi. Demak, ma'lum sharoitlarda benzol molekulasiga 3 molekula xlor yoki 3 molekula vodorod qo'shiladi; benzol 3 ta atsetilen molekulasining kondensatsiyasidan hosil bo'ladi. Biroq, benzol, asosan, to'yinmagan birikmalarga xos bo'lgan qo'shilish reaktsiyalari bilan emas, balki elektrofil almashtirish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi. Bundan tashqari, benzol halqasi kaliy permanganat kabi oksidlovchi moddalarga juda chidamli bo'lib, bu ham benzolda mahalliylashtirilgan qo'sh aloqalar mavjudligiga zid keladi. Maxsus, deb ataladigan Benzolning aromatik xossalari uning molekulasidagi barcha bog'larning bir xilda joylashganligi, ya'ni qo'shni uglerod atomlari orasidagi masofalar bir xil va 0,14 nm ga teng bo'lishi, bitta C-C bog'ining uzunligi 0,154 nm va a. qo'sh C=C bog'lanish 0,132 nm. Benzol molekulasi olti tartibli simmetriya o'qiga ega; Benzol aromatik birikma sifatida yagona yopiq barqaror elektron tizimni tashkil etuvchi p-elektronlarning seksteti mavjudligi bilan tavsiflanadi. Biroq, uning tuzilishini aks ettiruvchi umumiy qabul qilingan formula hali ham mavjud emas; formula (2) tez-tez ishlatiladi.

Tanaga ta'siri

Benzol o'tkir va surunkali zaharlanishni keltirib chiqarishi mumkin. Organizmga asosan nafas olish tizimi orqali kiradi, lekin buzilmagan teri orqali ham so'rilishi mumkin. Ish joylari havosida benzol bug'ining ruxsat etilgan maksimal kontsentratsiyasi 20 mg / m 3 ni tashkil qiladi. U o'pka va siydik bilan chiqariladi. O'tkir zaharlanish odatda baxtsiz hodisalar paytida sodir bo'ladi; ularning ko'pchiligi xarakterli xususiyatlar: bosh og'rig'i, bosh aylanishi, ko'ngil aynishi, qusish, depressiv holat, tez yurak urishi, qon bosimining pasayishi, og'ir holatlarda - konvulsiyalar, ongni yo'qotish. Surunkali benzol zaharlanishi qondagi o'zgarishlar (suyak iligi funktsiyasining buzilishi), bosh aylanishi, umumiy zaiflik, uyqu buzilishi va charchoq bilan namoyon bo'ladi; ayollarda - hayz ko'rishning buzilishi. Benzol bug'lari bilan zaharlanishning ishonchli chorasi sanoat binolarini yaxshi shamollatishdir.

O'tkir zaharlanishni davolash: dam olish, issiqlik, bromid preparatlari, yurak-qon tomir preparatlari; og'ir anemiya bilan surunkali zaharlanish uchun: qizil qon hujayralarini quyish, B12 vitamini, temir preparatlari.

Manbalar

• Omelyanenko L. M., Senkevich N. A., Benzol bilan zaharlanishning klinikasi va profilaktikasi, M., 1957;