Có một loại hidrocacbon khac cũng co công thức không no nhưng cần được xét riêng, vì chung có tính chất rất đặc trưng khác hẳn anken và ankin, chúng là Hidrocacbon thơm.. Để x[r]
(1)Trường Đại Học Đồng Tháp Giáo án lớp 11 nâng cao
Người soạn: TRẦN THỊ BÍCH PHƯƠNG lớp ĐHSHOA13A GVHD: Hoàng Thị Thùy Dương
CHƯƠNG 7:
HIĐROCACBON THƠM- NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN Tiết 61, 62
Bài 46: BENZEN VÀ ANKYLBENZEN I. Mục tiêu:
1 Kiến thức: a HS biết:
- Hidrocacbon thơm ( aren) có chứa vòng benzen phân tử và có tính thơm
- Định nghĩa, công thức chung, đặc điểm cấu tạo, đồng phân danh pháp benzene và ankylbenzen
- Tính chất vật lí, quy luật biên đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi các chất dãy đồng đẳng benzene
- Tính chất hóa học, quy tắc thế ở vòng benzene, điều chế và ứng dụng
b HS hiểu
Sự liên quan cấu trúc phân tử và tính chất hóa học benzene
2 Kĩ năng:
- Viết được công thức cấu tạo benzene, đồng phân và gọi tên
- Dựa vào qui tắc thế ở nhân benzen để viết phương trình phản ứng điều chế các dẫn xuất benzen và ankyl benzene
3 Thái độ:
- Benzene là chất độc, tác nhân gây ung thư, gây chóng mặt, nhức đầu, ngộp thở, cần phải thận trọng tiếp xúc với benzene.]
- u thích mơn học từ benzene có rất nhiều ứng dụng thực tế, là nguyen liệu quan trọng nhất công nghiệp hóa hữu
II. Phương tiện dạy học: 1 Phương pháp:
- Đàm thoại,gợi mở nêu vấn đề - Vấn đáp,diễn giải ,giải thích
(2)- Giáo viên:Sách giáo khoa lớp 11 nâng cao, mơ hình phân tử - Học sinh :sách giáo khoa lớp 11 nâng cao
III. Tiến trình tiết học: 1. Ổn định lớp: 1’
2. Kiểm tra cũ: không trả bài
3. Vào mới:
Trong chương trước ta khảo sát cac loại hidrocabon không no có chứa lien kết đôi và liên kết ba Có loại hidrocacbon khac co công thức khơng no cần được xét riêng, chung có tính chất rất đặc trưng khác hẳn anken và ankin, chúng là Hidrocacbon thơm Để xem chúng có tính chất đặc trưng Và chương này sẽ được học hợp chất có rất nhiều ứng dụng, là nguyên liệu quan trọng ngành công nghiệp hóa hữu Vào Chương VII: HIDROCACBON THƠM- NGUỒN HIDROCACBON THIÊN NHIÊN
Những hợp chất phân tử có chứa vòng hay nhiều vòng benzene được gọi là hidrocacbon thơm ( hay aren)
Bài học hơm sẽ tìm hiểu mơt loại hidrocabon thơm là BENZEN VÀ CÁC ANKYL BENZEN
Thời gian
Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Nội dung bài học
10p Hoạt động 1:
-Cho HS quan sát mơ hình biểu diễn hình thành liên kết σ và
Yêu cầu HS nhận xét về:
+ Trạng thái lai hoá các nguyên tử C
+ Sự hình thành liên kết σ + Sự hình thành liên kết
+ Hệ liên kết có đặc điểm
nào khác với hidrocacbon học
- Cho HS xem mơ hình phân tử benzen Rút nhận xét về: + Đặc điểm liên kết + Hình dạng khung C + Góc hoá trị CCC và CCH benzene
+ C trạng thái lai hoá sp2 .
+ C sử dụng orbital lai tạo liên kết σ với nguyên tử C kế cạnh và nguyên tử H
+ Sáu orpital p lại xen phủ bên với tạo thành hệ liên hợp
tương đối bền vững
+ Benzen khác với hidrocacbon học là có hệ liên kết liên hợp
khép kín
+Các nguyên tử cùng nằm mặt phẳng
+ Khung C là hình lục giác đều
+ Đều 120o.
I CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP:
1 Cấu trúc phân tử benzen: a Sự hình thành liên kết phân tử benzen:
Nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp2.
Các orbital p C xen phủ bên tạo thành orbital chung cho vòng benzen
Liên kết ở benzen tương đối bền vững b Mơ hình phân tử :
(3)GV thông báo có cách biểu diễn cấu tạo benzene Chỉ cần thiết ghi rõ các nguyên tử H
Gv cung cấp: cơng thức đầu cịn gọi là CT Kekule, công thức thứ để liên kết π trải đều hêt tất vòng benzene
phẳng, các góc liên kết đều 1200.
c Biểu diễn cấu tạo benzene:
hoặc
- Benzen được Michael Faraday tìm năm 1825 ngưng tụ khí thắp sáng, sau đó được điều chế từ kali benzoat (C7H5KO2) vào năm 1833 bởi Eilhard Mitscherlich Đến năm 1845, Charles Mansfield, trợ lý August Wilhelm Hoffmann điều chế được benzen cách chưng cất nhựa than đá Tuy nhiên phải đến năm 1861, August Kekulé người Đức đưa cơng thức cấu tạo là vịng cạnh đều có liên kết đôi và liên kết đơn
- Những hợp chất có thành phần phâ tử hay nhiều nhóm CH2 nhunge có tính chất hóa
học tương tự là chất đồng đẳng ,chúng hợp thành dãy đồng đẳng - Những hợp chất khác có cùng công thức phân tử là chất đồng phân
15p Hoạt động 2:
-Yêu cầu HS nhắc lại khái niệm dãy đồng đẳng -GV thiết lập công thức chung dãy đồng đẳng
Từ định nghĩa dãy đồng đẳng có CT
CH
(¿¿2)k
C6H6¿
C6+kH6+2k đặt 6+k= n ( n,k ∈ N)=>n ≥ 6 =>k =n- 6
Vậy CT chung CnH2n−6(n ≥6)
-Hãy nêu dãy đồng đẳng benzene
- Cho học sinh xem bảng 7.1 SGK, yêu cầu HS rút nhận xét:
+ Khi nào ankyl benzen có tượng đồng phân
-Nhắc lại khái niệm
-Thảo luận đưa kết quả: C6H6, C7H8,
C8H10, C9H12
- Quan sát, thảo luận và đưa kết quả: + Từ C8H10 trở lên có đồng phân
2.Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp
a/ Dãy đồng đẳng benzene: Khi thay các nguyên tử H phân tử benzene cac nhóm ankyl, ta được các ankyl benzene, chúng tạo thành dãy đồng đẳng benzene
- Bao gồm: C6H6, C7H8, C8H10…
- CT chung: C Hn 2n6(n6)
b/ Đồng phân:
- C6H6, C7H8−¿ không có đồng phân
-Từ C8 trở lên có tượng đồng phân
+ Đồng phân cấu tạo mạch C nhánh +Đờng phân về vị trí tương đối các nhóm ankyl quanh vòng benzene
(4)GV thông báo: các
ankylbenzen có loại đồng phân:
-Đồng phân cấu tạo mạch C nhánh
-Đờng phân về vị trí tương đối các nhóm ankyl quanh vòng benzene
- Hướng dẫn HS viết đồng phân C8H10
-Tên thông thường:
1 số công thức ankylbenzen cần nhớ
-Gọi tên các đồng phân C8H10
-Gọi tên theo bán hệ thống các đồng phân
c/ Danh pháp:
- Tên thường:
-Tên hệ thống
Tên HC= Tên nhánh+ Benzen
(5)-Tên Hệ thống
Tên HC= Tên nhánh+ Benzen
Chú ý: Đánh số các nguyên tử C vòng benzene cho tổng số tên gọi là nhỏ nhất
Hướng dẫn HS gọi tên các ví dụ nêu
- Nếu vòng benzene có nhóm ankyl gọi theo tên bán hệ thống để xác định các vị trí
Hoạt động 3
- Yêu cầu HS quan sát bảng 7.1 trang 188 và nêu nêu biên thiên t0
s và t0nc các
ankylbenzen
- So sánh khối lượng riêng của các ankylbenzen với nước( rút kết luận: nhẹ hơn nước).
- Dựa vào SGK cho biết đặc điểm về tính chất vật lý benzene và ankylbenzen
Hoạt động 4:
của C8H10
T0
s tăng dần, t0nc giảm dần và có bất
thường ở
o- Xilen, m-Xilen, p-Xilen
-Các ankylbenzen có KLR nhỏ nước.
- Benzen và các ankyl benzene : + Là chất không màu
+ Hầu không tan nước tan nhiều dung môi hữu
+ Chúng là dung mơi hịa tan nhiều chất khác
+ Có mùi đặc trưng, gây hại cho sức khỏe, độc
- Đặc điểm cấu tạo vòng benzen có mạch vòng và hệ kiên kết pi liên hợp khép kín, nhân benzen khá bền, khó tham gia phản ứng
nhỏ nhất
Nếu vòng benzene có nhóm ankyl gọi theo tên bán hệ thống để xác định các vị trí
- Nếu vịng benzen có hai nhóm thế ankyl ở: + 1,2 và 1,6 gọi là vị trị ortho (o)
+ 1,3 và 1,5 gọi là vị trí meta (m) + 1,4 gọi là vị trí para (p)
-Gốc hidrocabon: C6H5- : phenyl
C6H5CH2- :benzyl
II.TÍNH CHẤT VẬT LÍ
1.Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi khối lượng riêng
T0
s tăng dần, t0nc giảm dần và có bất thường
ở o- Xilen, m-Xilen, p-Xilen
-D<1 (g/ cm3).
2.Màu sắc tính tan mùi
Benzen và các ankyl benzene là chất không màu, hầu không tan nước tan nhiều dung môi hữu cơ, chúng là dung môi hòa tan nhiều chất khác Có mùi đặc trưng, gây hại cho sức khỏe, độc
III.TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Hệ liên kết pi bền vững
(6)- Yêu cầu HS dựa vào cấu tạo vòng benzen, dự đoán tính chất hoá học benzen
-GV thơng báo: cấu trúc là vịng liên hợp bền nên khả tham gia phản ứng Khi vòng benzen chứa các nhóm thế khác, phá vỡ cân hệ liên hợp, làm phản ứng xảy dễ dàng Tính chất đặc trưng là tính thơm: dễ thế, khó cộng
Xét phản ứng đặc trưng nhất: phản ứng thế.
- Hướng dẫn HS viết phương trình phản ứng benzen với brom bột Fe
- Giới thiệu cho HS : toluen phản ứng với brom điều kiện có bột Fe có tượng giống benzen - Nhấn mạnh ảnh hưởng nhóm thế (CH3) nên
toluen phản ứng với brom nhanh benzen và cho hỗn hợp sản phẩm gồm chủ yếu hai đồng phân o, p và yêu cầu HS viết ptpu -Nếu không sử dụng bột Fe mà chiếu sáng Br2 thế
nguyên tử H ở nhánh GV yêu cầu HS viết phương trình phản ứng toluen và etylbenzen với Br2
Thế nhánh ankylbenzen ưu tiên thế ở C bậc cao giống với halogen vào ankan. Hoạt động 5:
- Tương tự hidrocacbon thơm phản ứng được với dung dịch HNO3 đậm đặc, có
H Br2 Br HBr Fe,to H CH3 Br CH3 CH3 Br
Br2 HBr
Fe,t0
H NO2
H2O
H2SO4
HNO3
NO2
HNO3
bk
H2SO4d
to
NO2
NO2
1/ Phản ứng thế:
a/ Phản ứng với halogen H Br2 Br HBr Fe,to brombenzen H CH3 Br CH3 CH3 Br
Br2Fe,t0 HBr
Nếu không sử dụng bột Fe mà chiếu sáng Br thế nguyên tử H nhánh:
CH3
Br2
CH2Br
HBr
as
b/ Phản ứng với acid nitric:
NO2
HNO3
bk
H2SO4d
to
NO2
NO2
H NO2
H2O
H2SO4
(7)xúc tác H2SO4 GV hướng
dẫn HS viết phương trình phản ứng benzen với axit nitric
- Cung cấp: Nitrobenzen tác dụng được với HNO3 bóc
khói và H2SO4 đậm đặc
tạo thành
m-dinitrobenzen.Yêu cầu HS viết phương trình phản ứng ( lưu ý: lúc này gắn vòng benzen là nhóm thế hút nên nó định vị m-)
- Tương tự toluen phản ứng với HNO3/ H2SO4d và
thế vào vị trí ortho và para Từ đó yêu cầu HS viết phương trình phản ứng.( thực phản ứng nitro hóa dễ dàng benzen ( cần HNO3 đặc mà không cần bốc
khói)
- Yêu cầu HS nhận xét về mối quan hệ các chất tham gia (benzen, toluen, nitrobenzen) và sản phẩm thế vào vòng benzen
- GV kết luận
+khi ở vòng benzen có sẵn nhóm ankyl ( hay các nhóm –OH,-NH2,-OCH3, ),
khi phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng và ưu tiên xảy ở vị trí orhto và para
Ngược lại, nếu ở vòng benzen có sẵn nhóm –NO2
( nhóm –COOH , -SO3H, ) phản ứng thế vào
vòng sẽ khó và ưu tiên xảy ở vị trí meta
-Yêu cầu học sinh quan sát lê kết hợp nội dung sách giáo khoa để hiểu thêm về chế phản ứng thế vào vòng benzene
H
CH3 NO2
CH3
CH3
NO2 H2O H2SO4
HNO3
- Tuỳ vào cấu trúc các hợp chất thơm mà phản ứng xảy dễ dàng hay khó khăn so với benzen và sản phẩm ưu tiên thế vào vị trí ortho, para hay meta
- Học sinh quan sát
- Phản ứng cộng
H
CH3 NO2
CH3
CH3
NO2 H2O H2SO4
HNO3
c/ Qui tắc vòng benzen:
Khi ở vòng benzen có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm –OH, -NH2, -OCH3 .)
phản ứng thế vào vòng đễ dàng và ưu tiên xảy ở vị trí ortho và para Ngược lại, nếu ở vịng benzen có sẵn nhóm –NO2 (hoặc nhóm –
COOH, SO3H, ) phản ứng thế vào vòng sẽ
khó và ưu tiên xảy vị trí meta
d/ Cơ chế phản ứng vòng benzen:
(8)Hoạt động 6:
- Trong nhân thơm có các elecctron nên các
hidrocacbon thơm phần nào thể tính chất hidrocacbon chưa no (anken) Theo các em đó là tính chất nào?
Phản ứng cộng gờm loại: +Cộng vào vịng thơm +Cộng vào gốc ngoài vòng benzen
- Yêu cầu HS viết phương trình phản ứng benzen với H2 , Cl2
- Nhấn mạnh benzen đồng đẳng xảy khó so với anken. Bổ sung: hexacloran chất bột màu trắng, trước được dùng để làm thuốc trừ sâu(6.6.6), độc tính cao hexacloran phân huỷ chậm nên ngày không sử dụng.
Hoạt động 7:
- Ngoài các tính chất hidrocacbon thơm có thể bị oxi hóa bởi các tác nhân: KMnO4… (trừ benzen không
làm mất màu thuốc tím) u cầu HS viết phương trình phản ứng toluen với dung dịch KMnO4
+3H2 Ni,to (xiclohexan)
Cl2 Cl Cl Cl Cl Cl Cl as hexacloran
Viết phương trình phản ứng C6H5CH3
4,
80 100o KMnO H O
C
C6H5-C- OOK
HCl
C6H5-COOH Kalibenzoat
Axitbenzoic
CnH2n-6 +
( 3)
2
n
O2nCO2 + (n-3) H2O
-Benzen và đồng đẳng tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền với tác nhân oxi hóa
2/ Phản ứng cộng: a/ cơng vào vịng thơm
+3H2 Ni,to (xiclohexan) Cl2 Cl Cl Cl Cl Cl Cl as hexacloran
3/ Phản ứng oxi hoá:
a/ Oxi hoá không hoàn toàn:
- Benzen không làm mất màu dd thuốc tím - Các ankylbenzen đun nóng với
dung dịch KMnO4 nhóm ankyl bị oxi
hóa
Ví Dụ:
C6H5CH3
4,
80 100o KMnO H O
C
C6H5-C- OOK
HCl
C6H5-COOH Kalibenzoat
Axitbenzoic
b/ Oxi hoá hoàn toàn:
CnH2n-6 +
( 3)
2
n
O2nCO2 + (n-3) H2O
(9)- Viết phương trình phản ứng cháy hidrocacbon thơm dạng tổng quát và yêu cầu HS cân
- Từ tính chất học về benzen và các đờng đẳng GV hướng dẫn HS nhận xét về khả phản ứng chúng
Hoạt động 8:
Nêu hai phương pháp điều chế benzen và các
ankylbenzen
+ Chưng cất nhựa than đá dầu mỏ
+ Điều chế từ ankan xicloankan
Yêu cầu HS viết phương trình phản ứng
- Yêu cầu HS dựa vào SGK nêu ứng dụng benzen
CH3CH24CH3
,
o xt t
H
C6H6 + 4H2
CH3CH25CH3
,
o xt t
H
C6H5CH3 +
4H2
C6H6+CH2 = CH2 ,o xt t
C6H5CH2CH3
- Dựa vào SGK trả lời
hidrocacbon thơm nên gọi tính thơm
III/ ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG 1/ Điều chế:
Benzen, toluen, etylbenzen thường tách được cách chưng cát nhựa than đá dầu mỏ
Từ ankan xicloankan Ví dụ:
CH3CH24CH3
,
o xt t
H
C6H6 + 4H2
CH3CH25CH3
,
o xt t
H
C6H5CH3 + 4H2
C6H6+CH2 = CH2 ,o xt t
C6H5CH2CH3
2/ Ứng dụng: SGK
4 Củng cố: (10 phút)
Nắm được cách viết đờng phân, danh pháp, tính chất hoá học đặc biệt là phản ứng thế, Quy tắc thế
vào vòng benzen
- Bài tập
Bài 1: Viết các đồng phân C9H12 và gọi tên
Bài 2: Khi vòng benzen có sẵn nhóm thế -X, nhóm thứ hai sẽ ưu tiên thế vào vị trí m - Vậy -X là nhóm thế nào ?
A -CnH2n+1, -OH, -NH2 B. -OCH3, -NH2, -NO2
C -CH3, -NH2, -COOH D. -NO2, -COOH, -SO3H
Bài 6,7,8/ 192 SGK 5 Dặn dò:
(10)