Đăng Nhập      Đăng ký Quên mật khẩu
Chương Trình Hóa Lớp 11
Câu Hỏi Thường Gặp
Cài Đặt Phần Mềm Hỗ Trợ
Giới Thiệu Gói Bài Học
Hướng Dẫn Học Viên
Thông Tin Người Dùng
Họ tên: Khách viếng thăm
Nickname: guest
Trường: N/A
Quận (huyện): N/A
Tỉnh (Thành phố): N/A
Ngày tham gia: 12/17/2017 10:37:08 PM
Dịch Vụ Hỗ Trợ
Thông Tin về Cadasa
Giới thiệu Chương trình Hóa học lớp 11
Bạn cần đăng nhập hệ thống để học hết bài học.
Lệ phí : 6.000 Đồng
Chương VII. Hidrocacbon thơm
Bài 1. Benzen & ankylbenzen
Số phần: 6 phần
Số lần xem tối đa: 6 lần/phần
bai giang hoa hoc 11
Đánh giá bài giảng:

Bài 1

   Benzen và alkylbenzen

Giáo viên: Thầy Nguyễn Phước Hòa Tân

Giới thiệu:

Nội dung bài giảng:

Hydrocacbon thơm tiêu biểu, quan trọng, đứng đầu và đơn giản nhất là benzen có công thức phân tử là C6H6.

 

 

Khi ta thay thế các nguyên tử H của benzen bằng những gốc hiđrocacbon no ta sẽ được những đồng đẳng của benzen gọi là dãy đồng đẳng alkyl benzen có công thức phân tử tổng quát CnH2n-6  với n ≥ 6 và công thức cấu tạo thu gọn có dạng CnH2n-6-zRz trong đó R là gốc alkyl và    1 ≤  z ≤  6

Khi coi vòng benzen là mạch chính thì các nhóm ankyl đính với nó là mạch nhánh (còn gọi là nhóm thế). Ankylbezen có đồng phân mạch cacbon.

Benzen thuộc loại nguyên liệu cơ bản và quan trọng nhất của công nghiệp hoá chất.

- Benzen dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền với các tác nhân oxy hoá. Đó là tính chất hoá học đặc trưng của các hiđrocacbon thơm nên được gọi là tính thơm.


Bài 1

Benzen và alkylbenzen

I. Định nghĩa hiđrocacbon thơm

Ta gọi hiđrocacbon thơm (có mùi) là những hiđrocacbon mà trong thành phần cấu tạo có nhân benzen.

Hiđrocacbon thơm tiêu biểu, quan trọng, đứng đầu và đơn giản nhất là benzen có công thức phân tử là C6H6.

II. Công thức cấu tạo và mô hình cấu trúc của benzen

1. Công thức cấu tạo

 Dựa vào các qui tắc lập công thức cấu tạo, nhiều nhà bác học đã đề nghị nhiều công thức cấu tạo của C6H6 phù hợp với hoá trị, nhưng chưa phản ánh đầy đủ tính chất của benzen, trong đó mẫu công thức do Kékulé đưa ra là tương đối hợp lý nhất. Theo Kékulé, benzen vừa có phản ứng cộng vừa có phản ứng thế và bền đối với tác nhân oxy hoá và mỗi phân tử benzen chỉ cộng tối đa 3 phân tử H2 hay X2 và 6 nguyên tử H có thể bị thay thế bởi 6 nguyên tử X (halogen). Như thế công thức cấu tạo của benzen có dạng lục giác đều mỗi đỉnh là một nhóm C-H, mỗi cạnh là một liên kết cộng hoá trị trong đó có ba liên kết đơn xen kẻ với ba liên kết đôi.

Nhưng mẫu công thức do Kékulé đưa ra không thể nào giải thích được tại sao benzen dễ có phản ứng thế, khó có phản ứng cộng và tương đối bền với các chất oxy hoá.

Sau đó, dựa vào thuyết orbital lai hoá, người ta vẫn thừa nhận phân tử benzen có cấu tạo lục giác đều, trong đó mỗi nguyên tử C có 3 orbital lai hoá sp2 có ba trục hướng từ tâm C ra ba đỉnh của tam giác đều, orbital thuần chủng p còn lại có trục vuông góc tại tâm của mặt phẳng tam giác đều.

 Khi 6 nguyên tử C và 6 nguyên tử H liên kết thành C6H6 thì mỗi nguyên tử C dùng hai orbital sp2 phủ theo trục với hai orbital sp2 của hai nguyên tử C kế cận tạo thành hai liên kết đơn : -C-C-. orbital sp2 còn lại phủ theo trục với orbital s của nguyên tử H tạo thành một liên kết đơn  -C-H.. Như thế 6 nguyên tử C và 6 nguyên tử H cùng nằm trong một mặt phẳng lục giác đều, gọi là mặt phẳng phân tử benzen. 6 nguyên tử C còn 6 orbital thuần chủng p có trục // và cùng vuông góc với mặt phẳng phân tử, chúng phủ một bên tạo thành 3 orbital phân tử p chung, liên hợp điều hoà xen kẽ với ba liên kết s.

Chính sự liên hợp điều hoà psp  làm cho các liên kết p  khó bị bẻ gãy hơn so với liên kết p  của anken và các hiđrocacbon mạch hở chưa no khác, do đó benzen dễ có phản ứng thế, khó có phản ứng cộng và tương đối bền với các chất oxy hoá (như thuốc tím)

2. Mô hình cấu trúc phân tử benzen

Theo thuyết orbital lai hoá, ta có hai mô hình cấu trúc rỗng và đặc của phân tử benzen như sau:

3. Biểu diễn công thức cấu tạo phẳng của benzen

Ta có thể biểu diễn công thức cấu tạo phẳng của benzen bằng một hình lục giác đều gọi là nhân benzen.     

II. Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp Br

1. Đồng đẳng

Khi ta thay thế các nguyên tử H của benzen bằng những gốc hiđrocacbon no ta sẽ được những đồng đẳng của benzen gọi là dãy đồng đẳng alkyl benzen có công thức phân tử tổng quát CnH2n-6  với n ≥ 6 và công thức cấu tạo thu gọn có dạng CnH2n-6-zRz trong đó R là gốc alkyl và    1 ≤  z ≤  6

 Thí dụ:  C6H5- C2H5  : etyl benzen    CH3-C6H4-CH3 (o, m, p, dimetyl benzen)

2. Đồng phân

Khi coi vòng benzen là mạch chính thì các nhóm ankyl đính với nó là mạch nhánh (còn gọi là nhóm thế). Ankylbezen có đồng phân mạch cacbon.

Để gọi tên chúng, phải chỉ rõ vị trí các nguyên tử C của vòng bằng các chữ số hoặc các chữ cái o, m, p (đọc là ortho, meta, para)


Khi n = 7: công thức phân tử là C7H8 chỉ có một đồng phân alkylbenzen:

                        CH3-C6H5 gọi là metylbenzen hay toluen.

Khi nhân benzen đã có một gốc thế R1 ở đỉnh 1 của nhân, còn lại 5 đỉnh được đánh số thứ tự 2, 3, 4, 5 và 6.

Ta thấy ngay rằng:

-          Hai vị trí (2, 6) giống nhau được gọi chung là vị trí ortho (o-)

-          Hai vị trí (3, 5) giống nhau được gọi chung là vị trí méta  (m-)

-          Vị trí 4 gọi là vị trí para (p-)

Thí dụ:  Khi n = 8: công thức phân tử là C8H10 ta có 4 đồng phân  alkyl benzen do số gốc alkyl khác nhau và do vị trí của các gốc đối với nhân benzen khác nhau.

3. Danh pháp

Đọc tên các gốc nhánh kèm theo chữ số đứng trước để chỉ vị trí của nhánh thêm đuôi benzen.

III. Tính chất vật lý

Tất cả alkyl benzen đều ở thể lỏng hay rắn, hầu như không tan trong nước và nhẹ hơn nước có mùi đặc trưng (mùi xăng hay mùi keo vá xe). Benzen và các đồng đẳng thấp như toluen, xylen… là những dung môi rất tốt chúng có thể hoà tan cao su, iốt, lưu huỳnh, dầu mở, chất béo và nhiều hợp chất hữu cơ…Keo vá xe chính là cao su tan trong benzen. Toluen là dung môi dùng để rửa các chi tiết máy của đồng hồ. Ta không nên ngửi mùi của benzen và các đồng đẳng của chúng vì có hại cho sức khoẻ. Ta phải lưu ý rằng Aren là hiđrocacbon có mùi (aromatise) mà có mùi thì có thể là thơm (perfumery) nhưng cũng có thể là thối (ill-smelling).

IV. Hoá tính

1. Phản ứng thế

 a. Thế với halogen
- Brom hoá benzen:  Với chất xúc tác là bột Fe và ở 150oC, benzen tác dụng với brom lỏng nguyên chất tạo thành bromobenzen và giải phóng HBr:

- Brom hoá toluen : Do có gốc CH3- đẩy electron vào nhân thơm làm gia tăng mật độ electron ở hai vị trí ortho và para nên toluen dễ tham gia phản ứng thế hơn benzen và sản phẩm thế gồm hai đồng phân ortho-bromotoluen (41%) và para-bromotoluen (59%).Nếu ta không dùng bột sắt làm xúc tác mà chiếu sáng thi phản ứng thế brom xảy ra ở gốc –CH3 của toluen:


Chú ý:- Gốc C6H5-        gọi là gốc phenyl

            - Gốc C6H5-CH2- gọi là gốc benzyl

Các phản ứng thế với halogen ở trên đều thuộc loại phản ứng oxy hoá khử.

b. phản ứng nitro hoá:Thế với HNO3 đặc có xúc tác là H2SO4 đặc đun nóng.

  - Nitro hoá ben zen: 

  - Nếu ta tiếp tục đun nóng và thêm HNO3/H2SO4 đặc vào thì nitrobenzen tiếp tục bị nitro hóa tạo ra meta-dinitrobenzen, nhưng giai đoạn này, phản ứng khó xảy ra hơn

 - Nhưng phản ứng nitro hoá toluen dễ xảy ra hơn và phản ứng tạo ra hai sản phẩm đồng phân ortho, và para- nitrotoluen:

Nếu ta dùng dư HNO3 và kéo dài thời gian đun nóng ta có thể thu được sản phẩm 2, 4, 6-trinitrotoluen (gọi tắt là TNT) là một chất nổ rất mạnh.

Các phản ứng nitro hoá trên cũng thuộc loại phản ứng oxy hoá khử

c. Qui tắc định hướng gốc thế thứ hai vào nhân benzen: Qua các phản ứng thế của toluen  và nitro benzen ở trên, ta nhận thấy rằng khi nhân benzen đã có sẵn một gốc thế thứ nhất R1 là –CH3  hay –NO2 thì vị trí của gốc thế thứ hai phụ thuộc vào đặc tính của gốc thế thứ nhất:

  - Nếu gốc thế thứ nhất có tác dụng đẩy electron vào nhân thì các cặp electron p của benzen bị  phân cực lệch về vị trí ortho và para đối với gốc thế thứ nhất làm gia tăng mật độ electron ở các vị trí này do đó gốc thế thứ hai rất dễ thế vào các vị trí ortho-para.

- Nếu gốc thế thứ nhất có tác dụng hút electron ra khỏi nhân thì các cặp electron của nhân bị phân cực lệch về vị trí meta đối với gốc thế thứ nhất làm gia tăng mật độ electron tại vị trí này nên gốc thế thứ hai sẽ thế vào vị trí meta nhưng phản ứng khó xảy ra hơn.

Các gốc thế có tác dụng hút electron ra khỏi nhân là các gốc – COOH, -NO2, -CHO, -COOR, - CH=CH2 … nói chung là các gốc có nối đôi kế cận với nối đôi của benzen (Vẽ hình Ar2 vào đây)

 Từ các kết quả trên ta có thể phát biểu qui tắc định hướng gốc thế thứ hai như sau:

-          Nếu gốc thế thứ nhất không có nối đôi thì gốc thế thứ hai ưu tiên định hướng ortho, para.

-          Nếu gốc thế thứ nhất có nối đôi thì gốc thế thứ hai ưu tiên định hướng meta.

2. Phản ứng cộng

 a. Cộng halogen: Khác với các hiđrocacbon chưa no mạch hở, benzen không làm mất màu dung dịch brom. Nhưng nếu được chiếu sáng mạnh (nhiều tia tử ngoại) benzen và các alkyl benzen có thể cộng với halogen nguyên chất:

Thí dụ:    (hexaclorocyclohexan: thuốc trừ sâu rất độc)

b. Cộng H2: benzen và các đồng đẳng  có thể tham gia phản ứng cộng H2 khi có xúc tác niken nung nóng tạo ra cycloalkan:


3. Phản ứng oxy hoá

a. Oxy hoá hữu hạn: Tác dụng với dung dịch thuốc tím

- Benzen không làm mất màu dung dịch thuốc tím tức là không bị thuốc tím oxy hoá.

- Các đồng đẳng của benzen thì làm mất màu dung dịch thuốc tím do nhánh alkyl –CnH2n+1 bị oxy hoá thành nhóm muối –COOK sau đó bị acid vô cơ như HCl  đẩy ra thành axit benzylic C6H5-COOH

Thí dụ:


b. Phản ứng cháy: oxy hoá mãnh liệt

Phương trình phản ứng cháy tổng quát:


 Tỉ lệ số mol:         dấu “=” khi n  =  6

Phản ứng cháy toả nhiệt rất mạnh, nếu cháy trong không khí thì do thiếu oxy nên phản ứng tạo ra nhiều muội than C, nếu cháy trong khí oxy dư thì ngọn lửa rất sáng và toả nhiệt rất mạnh.


Tổng kết: Benzen dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền với các tác nhân oxy hoá. Đó là tính chất hoá học đặc trưng của các hiđrocacbon thơm nên được gọi là tính thơm

IV. Điều chế và ứng dụng

 1. Điều chế

Benzen, toluen, xilen…là các thành phần của dầu thô và nhựa than đá, ta có thể chưng cất phân đoạn để tách ra.

Ta cũng có thể điều chế các aren bằng phản ứng reforming ankan hay xicloalkan tách ra từ dầu thô.

Thí dụ:


    Xilen được điều chế từ phản ứng cộng giữa benzen và CH2=CH2

            C6H6   +  CH2 = CH2  →  C6H5-CH2-CH3

    Tam hợp propin ta cũng thu được 1, 3, 5- trimetylbenzen


    Xilen được điều chế từ phản ứng cộng giữa benzen và CH2=CH2

            C6H6   +  CH2 = CH2  →  C6H5-CH2-CH3

    Tam hợp propin ta cũng thu được 1, 3, 5- trimetylbenzen


Mời bạn nhấn vào link dưới đây để làm bài kiểm tra:

Bài kiểm tra - Benzen và Ankylbenzen - Đề số 1
Ý kiến và trao đổi về bài giảng
Mã xác nhận: