CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
2.2. GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.2.1. Benzen và dãy đồng đẳng của benzen (Aren)
2.2.1.1. Định nghĩa
Aren hay Hiđrocacbon thơm là loại hiđrocacbon mà trong phân tử chứa ít nhất một nhân thơm (vòng benzen).
2.2.1.2. Đồng đẳng, Đồng phân, danh pháp.
a. Đồng đẳng.
- Công thức tổng quát dãy đồng đẳng của benzen: CnH2n-6 (n ≥ 6) Toluen: C7H8
Xilen: C8H10 Cumen: C9H12
Bảng 2.2. Một số đồng đẳng của benzen
b. Đồng phân
Benzen, toluen khơng có hiện tƣợng đồng phân. Từ C8H10 trở đi có hiện tƣợng đồng phân mạch Cacbon, vị trí nhánh ( o- , m-, và p- ). Nếu có hai nhóm thế đính vào nhân thơm thì cho ra 3 đồng phân: thế 1,2- (o-)(1), thế 1,3- là (m-)(2), thế 1,4- là (p-)(3).
(1) (2) (3)
c. Danh pháp
* Hầu hết các aren đều có tên thơng thƣờng, 1 số tên thơng thƣờng đƣợc chấp nhận làm tên IUPAC
Tên IUPAC:
- Benzen đƣợc chọn làm tên gốc - Tên các nhóm thế đặt trƣớc
- Nhóm thế đƣợc đánh số theo nguyên tắc tổng chỉ số nhỏ nhất, xếp theo thứ tự alphabetical.
* Tên thƣờng: Một số hợp chất trong dãy có tên thƣờng. Ví dụ: + Toluen: C6H5CH3
+ Xylen: C8H10 Tên thông
thƣờng Xylen o-Xylen(1) m-Xylen(2) p-Xylen(3)
Tên thay thế Đimêtylbenzen 1,2- Đimêtylbenzen
1,3- Đimêtylbenzen
1,4- Đimêtylbenzen
Tên khác Xylol o-Xylol m-Xylol p-Xylol
2.2.1.2. Tính chất vật lý
Benzen là một hyđrocacbon thơm, trong điều kiện bình thƣờng là một chất lỏng khơng màu, mùi dịu ngọt dễ chịu, dễ cháy. Benzen tan rất kém trong nƣớc và rƣợu. Tuy benzen có mùi thơm nhẹ, nhƣng mùi này có hại cho sức khoẻ (gây bệnh bạch cầu).
Tên gọi "thơm" xuất phát từ chỗ những hợp chất đầu tiên tìm đƣợc thuộc loại này có mùi thơm khác nhau. Tên thơm vẫn đƣợc giữ cho đến ngày nay, mặc dầu nhóm hyđrocacbon thơm bao gồm cả những hợp chất khơng có mùi thơm. Chúng thể hiện tính chất thơm tƣơng tự benzen.
2.2.1.3. Tính chất hóa học Có tính chất của vịng và nhóm ankyl. 1. Phản ứng thế: a. Thế H của vòng benzen : * Thế với halogen có Fe xt, t0. C6H6 + Br2 -Fe, t0-> C6H5-Br + HBr.
* Các ankylbenzen dễ tham gia phản ứng thế H của vòng benzen hơn benzen và sự thế ƣu tiên nhóm o và p so với nhóm ankyl.
* Thế halogen vào H của nhánh:
C6H5-CH3 + Br2 -t0-> C6H5-CH2-Br + HBr. (benzyl bromua)
* Thế với axit nitric có H2SO4 đặc xúc tác. C6H6 + HNO3đặc-H2SO4đặc-> C6H5NO2 + H2O Nitrobenzen
Tạo sản phẩm là chất lỏng màu vàng nhạt lắng xuống.
2. Phản ứng cộng: a. Cộng H2 :
Benzen trong điều kiện có xúc tác niken, nhiệt độ cao cộng với khí hiđrơ tạo ra xiclohexan.
+ 3H2 -Ni,t0 ->
b. Cộng halogen:
Khi có chiếu sáng, benzen tác dụng khí clo tạo ra hexacloran C6H6Cl6 (còn gọi là thuốc trừ sâu ba số 6, thuốc trừ sâu 6-6-6), một thuốc trừ sâu hoạt tính rất mạnh, đã bị cấm. + 3Cl2 -as-> (hexacloran) 3. Phản ứng oxi hóa: a. Oxi hóa hồn tồn:
Các hidrocacbon thơm cháy tỏa nhiều nhiệt :
CnH2n-6 + (3n-3)/2O2 -t0-> nCO2 + (n-3)H2O.
b. Oxi hóa khơng hồn tồn :
* Benzen khơng làm mất màu dd KMnO4 ở cả nhiệt độ thƣờng và cao. * Các ankylbenzen làm mất màu dd KMnO4 ở nhiệt độ cao :
C6H5-CH3+2KMnO4-t0->C6H5-COOK + KOH + 2MnO2 + H2O kali benzoat
* Chú ý: Nếu nhƣ có thêm nhóm thế thì phản ứng thế vào nhân thơm sẽ nhanh hơn hoặc chậm hơn tuỳ vào bản chất nhóm thế:
Bảng 2.1. Định hướng đồng phân, mức độ định hướng và khả năng hoạt hóa của các nhóm thế. Dạng định hướng đồng phân Mức độ Nhóm thế tiêu biểu Mức hoạt hoá
Hoạt hoá/Phản hoạt hoá Định hƣớng o-, p- Mạnh -OH, -NH2 Mạnh Hoạt hố Trung bình -OCH3 Trung bình Yếu -CH3 Yếu -X (halogen) Yếu Phản hoạt hố Định hƣớng m- Yếu -CH=CH2 Trung bình -COOH Trung bình Mạnh -NO2, -SO3H Mạnh 2.2.1.4. Điều chế
Ngƣời ta thu đƣợc benzen khi cốc hóa than đá, cũng nhƣ từ các hidrocacbon béo và hidrocacbon vịng no của dầu mỏ. Hiện nay q trình tổng hợp của benzen từ hidrocacbon no và parafin vịng – q trình refominh đã đƣợc đƣa vào cơng nghiệp.
1. Chưng cất muối của benzoic axit
2. Từ axetylen
3. Đóng vịng và dehydro hố phân đoạn dầu mỏ
4. Dehydro hoá xycloankan
Toluen: có đƣợc từ chƣng cất nhựa than đá hoặc cho benzen phản ứng với metylclorua có axit Lewis.
Xilen: có ba đồng phân o-, m-, p-, là sản phẩm của q trình chƣng cất hố dầu. Cumen: có đƣợc nhờ cộng benzen vào propen.
2.2.1.2. Ứng dụng
Benzen là một nguyên liệu quan trọng trong cơng nghiệp hóa chất. Những nguyên tử H trong benzen dễ bị thay thế bằng Clo hay halogen , các nhóm sunfo, amino, nitro và các nhóm định chức khác tạo Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, aniline, nitrobenzene,…đấy mới chỉ là một số dẫn xuất của benzen dùng để sản xuất chất dẻo và thuốc nhuộm, bột giặt, dƣợc phẩm, sợi nhân tạo, chất nổ, hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc kháng sinh …
Ngày nay một lƣợng lớn benzen chủ yếu để: Sản xuất styren cho tổng hợp polymer.
Sản xuất cumen cho việc sản xuất cùng lúc axeton và phenol. Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon.
Làm dung môi, sản xuất dƣợc liệu.