Bài giảng Bài 46: Benzen và ankyl benzen

Hoá học 11 nâng caoChương VIHIĐROCACBON THƠMNGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊNGiáo viên: Trần Thị Hương GiangTrường THPT Huỳnh Thúc KhángHoá học 11 nâng caoBài 46: BENZEN VÀ ANKYL BENZENGiáo viên: Trần Thị Hương GiangTrường THPT Huỳnh Thúc KhángCấu trúc phân tửa) Sự hình thành liên kếtb) Mô hình phân tửc) Biểu diễn cấu tạo của benzen2. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp a) Đồng đẳngb) Đồng phânc) Danh phápI. CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁPa) Sự hình thành liên kếtBenzen: C6H6Nguyên tử C: C-sp2 C sử dụng 3 AO lai hoá tạo liên kết  với 2 C và 1HKết luận: Liên kết ở benzen bền vững hơn so với liên kết  ở anken là các hiđrocacbon khác 6 AO p của 6 C xen phủ bên với nhau  hệ liên hợp  chung cho cả vòng benzenb) Mô hình phân tửPhân tử đồng phẳng6 nguyên tử C tạo thành một lục giác đềudC-C = 1,4 A0 CCC = CCH = 1200 dC-H = 1,09 A0 1,4 A01,4 A01,4 A01,4 A01,4 A01,4 A0c) Biểu diễn công thức cấu tạoCông thức KekuleThực tế tất cả các liên kết C-C đều đồng nhấtVòng tròn thể hiện liên kết giải toả trên toàn bộ phân tử 123456123456Cấu trúc phân tửa) Sự hình thành liên kếtb) Mô hình phân tửc) Biểu diễn cấu tạo của benzen2. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp a) Đồng đẳngb) Đồng phânc) Danh phápI. CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP Định nghĩa: Công thức chung: n = 6 7 8 9 10 CTPTC7H8C8H10C9H12C10H14Ankyl benzen là sản phẩm thế một hay nhiều nguyên tử  tử H trong phân tử benzen bằng các nhóm ankylCác ankylbenzen: dãy đồng đẳng của benzenCnH2n-6 (n6)C6H6(I)(II)(III)(IV)(V)a) Dãy đồng đẳng của Benzen Cách 1: Hợp chất đơn giản nhất là benzen có CTPT: C6H6 Đồng đẳng của benzen có thành phần: C6H6 + m (CH2) ứng với CTPT: Cm+6H2m+6 Đặt n=m+6 CT trên trở thành CnH2n-6 Chứng minh công thức chung:Vậy CT chung của dãy đồng đẳng là CnH2n- 6(n6)a) Dãy đồng đẳng của BenzenBài tập 1: Viết CTCT của các ankylbenzen có CTPT sau:a) C7H8 b) C8H10 c) C9H12 d) C10H14(d: bài tập về nhà)b) Đồng phân Cách viết đồng phân cấu tạo+ Tính tổng số nguyên tử C của các mạch nhánh+ Phân tích các trường hợp phân nhánh: số lượng nhánh,số nguyên tử C mỗi nhánh, cấu tạo từng nhánh+Viết bộ khung C tương ứng+ Thay đổi vị trí tương đối các nhánh + Điền H để C thoả mãn hoá trị IVb) Đồng phânC7H8:Tổng C của nhánh: 1Chỉ có 1 CTCT b) Đồng phânC8H10 :Tổng C của nhánh: 2TH1: 1 nhánh (2C)TH2: 2 nhánh (đều 1C)Có 3 vị trí tương đốiC8H10 có 4 đồng phân ankylbenzenC9H12 : Tổng số nguyên tử C của nhánh: 3TH1: 1 nhánh (3C) TH2: 2 nhánh (2C và 1C)TH3: 3 nhánh (đều 1C) 3 nhánh giống nhau nên có 3 vị trí tương đốiC3H7-: 2 đồng phânCó 3 vị trí cuả 2 nhánhC9H12 có 8 đồng phân ankylbenzenb) Đồng phânb. Đồng phân Phân loại: Ankyl benzen có đồng phân cấu tạo:+ Đồng phân về cách chia cắt mạch nhánh và số lượng nhánh + Đồng phân về vị trí tương  đối của các nhánh ankyl+ Đồng phân về sự phân nhánh của mạch nhánhTên thay thế:Số chỉ vị trí – Tên nhánh BenzenĐánh số: số chỉ vị trí của các nhánh là nhỏ nhất (xét sự khác biệt đầu tiên)Trường hợp có 2 nhánh:+ Vị trí 1, 2: đọc ortho (o-)+ Vị trí 1, 3: đọc meta (m-)+ Vị trí 1,4: đọc para (p-)c. Danh phápc. Danh phápVí dụ:EtylbenzenMetylbenzen (Toluen)PropylbenzenIsopropylbenzen (Cumen)1,2-đimetylbenzen o-đimetylbenzen o-Xilen1,3-đimetylbenzen m-đimetylbenzen m-Xilen1,4-đimetylbenzen p-đimetylbenzen p-Xilenc. Danh pháp1-etyl-2-metylbenzen2-etyl-1,3-đimetylbenzen phenyl benzyl2-Phenylheptan1 2 3 4 5 6 7 Bớt H của vòng thơm được gốc HC thơm hoá trị ITên chung là aryl O-tolylNỘI DUNGI - CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP1. Cấu trúc phân tử2. Đồng đẳng, đồng phân, danh phápII – TÍNH CHẤT VẬT LÝIII – TÍNH CHẤT HOÁ HỌCIV – ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng+ ts, d : tăng theo khối lượng mol phân tử+ tnc ít phụ thuộc vào M, phụ thuộc đáng kể vào tính đối xứng của phân tử (đồng phân p có tnc cao hơn đồng phân o và m)+ Ankylbenzen đều nhẹ hơn nước. Tính tan và màu sắc+ Tan tốt trong dung môi hc, hầu như không tan trong nước+ Không màu+ Có mùi+ Nhiều chất có hại cho sức khoẻII. Tính chất vật lýNỘI DUNGI - CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁPII – TÍNH CHẤT VẬT LÝIII – TÍNH CHẤT HOÁ HỌCPhản ứng thếPhản ứng cộngPhản ứng oxi hoáIV – ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNGAnkylbenzen: Vòng benzen và gốc ankylTính chất:+ Tính thơm của vòng benzen+ Tính no của gốc ankyl 2 phần trên có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau nên tính chất của vòng benzen và gốc ankyl đều bị biến đổi Các phản ứng: Phản ứng thế, phản ứng cộng, phản ứng oxi hoáPhản ứng thế ở vòng benzen là phản ứng đặc trưngIII. Tính chất hoá học1. Phản ứng thế ở vòng benzenSơ đồ phản ứng Ar-H + Z-E Ar-E + H - ZAr: gốc thơm như C6H5-, CH3C6H5.X-Y: Br-Br, Cl-Cl, HO-NO2, HO-R, Cl-R, Cl-C-R=O1. Phản ứng thế ở vòng benzenPhản ứng halogen hoá Ar-H + X-X Ar-X + H - XFe/FeX3C6H6 + Cl2C6H5Cl + HClFeCl3C6H6 + Br2C6H5Br + HBrFeBr3Clobenzen Brombenzen F2: phản ứng quá mãnh liệt, I2: không phản ứngFeX3: xúc tác (nếu dùng Fe thì 2Fe + 3X2 = 2FeX3)( C6H6 ko phản ứng với dd Br2 khi không có xt)1. Phản ứng thế ở vòng benzenPhản ứng nitro hoá Ar-H + HO-NO2 Ar –NO2 + H - OHH2SO4đC6H6 + HNO3C6H5NO2 + H2ONitrobenzen Tác nhân: HNO3 đặcH2SO4 đậm đặc: xúc tác Muốn đưa thêm nhóm NO2 vào phân tử nitrobenzendùng HNO3 bốc khói và đun nóng ở 1000CH2SO4đ(600C)1. Phản ứng thế ở vòng benzenPhản ứng sunfo hoá Ar-H + HO-SO3H Ar –SO3H + H - OHC6H6 + H2SO4C6H5-SO3H + H2OAxit benzensunfonic Tác nhân: H2SO4 bốc khói (oleum H2SO4.nSO3)Phản ứng là thuận nghịch1. Phản ứng thế ở vòng benzenPhản ứng Ankyl hoá Friđen-CrapAr-H + X-R Ar –R + H - XRX: RCl, RBr, RI. AlCl3: xúc tácPhản ứng dùng để điều chế ankylbenzenAlCl3Có thể thay RX bằng ancol hoặc anken (xúc tác: H+)Ar-H + R-OH Ar –R + H - OHAr-H + RCH=CH2 Ar-CHR-CH3H+H+1. Phản ứng thế ở vòng benzenPhản ứng Ankyl hoá Friđen-CrapAr-H + R-C-X Ar –C-X + H - XAlCl3==OO1. Phản ứng thế ở vòng benzenCơ chế phản ứngPhân tử Z-E không trực tiếp tấn côngKhi có xúc tác, Z-E phân li thành E++ E+E+ H+ChậmNhanhPhức Phức : sản phẩm trung gian, là một cacbocation vòng 1Tác nhân trực tiếp là E+1. Phản ứng thế ở vòng benzenCơ chế phản ứng nitro hoá+ +NO2NO2+ H+ChậmNhanhPhức H-O-NO2 + H+H-O-NO2H+H-O-NO2H++NO2 + H2O1. Phản ứng thế ở vòng benzenNhóm thế thường ảnh hưởng đến phản ứng thế ở vòng về hai mặt:+ Tốc độ phản ứng (khả năng phản ứng) Nhóm hoạt hoá: làm cho phản ứng thế dễ dàng hơn so với benzen Nhóm phản hoạt hoá: phản ứng thế khó khăn hơn so với benzen+ Hướng của phản ứng (vị trí tác nhân E+ tấn công) Nhóm thế định hướng ortho-para Nhóm thế định hướng metaYYYĐịnh hướng o, pĐịnh hướng m1. Phản ứng thế ở vòng benzenĐịnh hướng ortho – paraĐịnh hướng  metaHoạt hoá mạnhHoạt hoátrung bìnhHoạt hoá yếuPhản hoạthoá yếu-NH2 -NHR -NR2 -OH -OR-NH-C-R-O-C-R==OO-R -Ar-F Cl Br I Phản hoạt hoá yếuPhản hoạt hoá mạnhPhản hoạt hoá tb-C-H-C-NH2==O=O=O-C-R-C-OH=OO-C-OR-SO3H -CN -CF3 -CCl3-NO2 -NR3 (+) .. .. .. .. .... ..Khái quát + Gốc ankyl, aryl và các nhóm thế có nguyên tử liên kết trực tiếp với vòng có cặp electron tự do định hướng o, p (trừ khi nguyên tử mang điện tích dương). Các nhóm thế còn lại định hướng m+ Nhóm định hướng o, p đều hoạt hoá vòng benzen (trừ halogen).+ Nhóm định hướng m đều phản hoạt hoá vòng benzen1. Phản ứng thế ở vòng benzen1. Phản ứng thế ở vòng benzenNhóm thế -CH3: hoạt hoá phản ứng  định hướng o, p+ Br2FeBr3(41%)(59%)BrBr-HBrToluen phản ứng nhanh hơn benzen, cho sp thế o và p+ HO-NO2H2SO4-H2ONO2NO2(58%)(42%)1. Phản ứng thế ở vòng benzenNhóm thế NO2: phản hoạt hoá định hướng mm-đinitro benzenp-đinitro benzeno-đinitro benzenH2SO41000CPhản ứng xảy ra khó khăn hơn, tạo sp thế m(93%)(7%)a) Cộng H22. Phản ứng cộngPhản ứng cộng vào vòng benzen có thể xảy ranhưng tương đối khó khăn và không phổ biếnNi1500C, 10atas, 600Cb) Cộng Cl21,2,3,4,5,6-hexaxilohexanBenzen và ankylbenzen ko pư với dd B2a) Phản ứng cháy3. Phản ứng oxi hoáb) Oxi hoá không hoàn toànCnH2n-6 + ( ) O2 nCO2 + (n-3)H2O3n-32C6H6 + O2 6CO2 + 3 H2O152t0t0Khi cháy không hoàn toàn cho muội than (C)Benzen + KMnO4V2O5(Anhiđrit maleic)4500C4. Phản ứng ở mạch nhánhDo ảnh hưởng của vòng benzen, vị trí benzylic hay vịtrí  rất hoạt động trong phản ứng halogen hoá, oxi hoáa) Phản ứng halogen hoáas1100C3500CPhản ứng thế xảy ra dễ dàng ở vị trí 4. Phản ứng ở mạch nhánhb) Phản ứng oxi hoáAr-RAr-COOHK2Cr2O7+H2SO4hoặc KMnO4KMnO41000CH+KMnO4(H+)KMnO4ko phản ứng vì không có H-(axit phtalic)Nhận xét- Benzen tuy là hợp chất không no nhưng dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng.- Phản ứng thế xảy ra có qui luật- Benzen rất bền nhiệt độngNhững tính chất đó chung cho các hiđrocacbon thơm nên được gọi là tính thơmIII. Tính chất hoá họcIV – Điều chế và ứng dụng1) Điều chế+ Chưng cất dầu mỏ và nhựa than đá+ Hiđro hoá ankan và xicloankan+ Ankyl hoá theo Friđen - CrapCH3[CH2]4CH3 C6H6 + 4H2CH3[CH2]5CH3 C6H5CH3 + 4H2xt, t0xt, t0Ar-H + X-R Ar –R + H - XAr-H + R-OH Ar –R + H2OAr-H + RCH=CH2 Ar-CHR-CH3AlCl3H+H+IV – Điều chế và ứng dụng2. Ứng dụng+ Dung môi: benzen, toluen, xilenđược dùng rỗngrãi làm dung môi+ Tổng hợp monome cho công nghiệp polime+ Tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, chất giặt rửatổng hợp+ Tổng hợp chất nổ, nông dược