Modelo del benceno de Stott [editar este párrafo] Significado chino ① Tang Yun: Buyi Qie, Yin Qi.
②Mira el jade: ¿benceno? 3?3. La hierba crece.
③Biografía de Jin Shu Wei Heng: ¿He Huiben? 3 a 3 glumas colgantes. ¿detallado? 3? Una nota de tres palabras.
(4) El benceno (C6H6) es un hidrocarburo aromático de estructura más simple. Es un líquido incoloro, dulce y transparente a temperatura ambiente con un fuerte olor aromático. El benceno es inflamable y tóxico y es un carcinógeno Clase 1 de la IARC. El benceno es insoluble en agua, soluble en disolventes orgánicos y también puede utilizarse como disolventes orgánicos. El benceno es una materia prima básica en la industria petroquímica. La producción y el nivel técnico de la producción de benceno son uno de los indicadores del nivel de desarrollo de la industria petroquímica de un país. El benceno tiene un sistema de anillos llamado anillo de benceno, que es el anillo aromático más simple. La estructura del benceno y el fenilo después de eliminar un hidrógeno de la molécula de benceno se llama fenilo, que se expresa mediante pH, por lo que el benceno también se puede expresar como PhH.
Casno. 71-43-2
Número RTECS CY1400000
Sonrisa C1=CC=CC=C1
La fórmula química es C6H6.
La masa molar es 78,11 g mol-1.
La densidad es de 0,8786 g/ml.
Densidad relativa de vapor (aire=1): 2,77.
Presión del vapor (26,1℃): 13,33 kPa.
Presión crítica: 4,92 MPa
El punto de fusión es 278,65 K (5,565438 ± 0 ℃).
El punto de ebullición es 353,25 K (80,65438 ± 0 ℃).
La solubilidad en agua es de 0,18 g/100 ml de agua.
Entropía molar estándar so 298 173,26j/mol·k
Capacidad calorífica molar estándar CPO 135,69J/mol·K (298,438+05k).
Punto de inflamación -10,11℃ (vaso cerrado).
La temperatura de autoignición es de 562,22 ℃.
Plano de estructura hexágono.
Energía mínima de ignición: 0,20mJ
Límite superior de explosión (fracción de volumen): 8%.
Límite inferior de explosividad (fracción de volumen): 1,2%.
Calor de combustión: 3264,4kJ/mol.
Solubilidad: Ligeramente soluble en agua, miscible con disolventes orgánicos como etanol, éter, ácido acético, gasolina, acetona, tetracloruro de carbono y disulfuro de carbono. [Edite este párrafo] Historia El benceno se sintetizó por primera vez a principios del siglo XVIII, cuando el gas de carbón se utilizaba como gas de iluminación.
1803 ~ 1819g. t. Accum produjo muchos productos, algunos de los cuales se detectaron mediante métodos analíticos modernos que contenían pequeñas cantidades de benceno.
En 1825, Michael Faraday aisló benceno de alta pureza, conocido como "biscarbureto de hidrógeno", a partir de productos de pirólisis del aceite de pescado y otras sustancias similares. Se midieron algunas propiedades físicas y composición química del benceno y se aclaró que la proporción de hidrocarburos de la molécula de benceno es C 1 1 y la fórmula experimental (la fórmula más simple) es CH.
En 1833, Milscherlich determinó la fórmula experimental (C6H6) de seis carbonos y seis átomos de hidrógeno en la molécula de benceno.
En 1845, el químico alemán Hoffmann descubrió el benceno a partir de la fracción ligera del alquitrán de hulla, y posteriormente su alumno C. Mansfield lo procesó y purificó. Posteriormente inventó el método de cristalización para refinar el benceno. También realizó investigaciones sobre aplicaciones industriales, abriendo un camino para el procesamiento y utilización del benceno.
En 1861, el químico Johann Jasef Loschmidt propuso por primera vez la estructura alterna de enlaces simples y dobles del benceno, pero sus resultados fueron ignorados.
El modelo oscilante de doble enlace de Kekulé En 1865, Friedrich Kekulé reconfirmó la estructura del benceno cuatro años antes en su artículo "Estudios de compuestos aromáticos". Por lo tanto, esta estructura del benceno se denominó "tipo Kekulé". Su explicación para esta estructura fue que las posiciones de los dobles enlaces en el anillo no eran fijas y podían moverse rápidamente, por lo que los seis carbonos eran equivalentes. Al estudiar los tipos de monoclorobenceno y diclorobenceno, descubrió que el benceno es una estructura de anillo con un hidrógeno unido a cada carbono.
Además, James Dewar descubrió un análogo del benceno; llamado "benceno de Dewar", que se ha demostrado que se obtiene a partir del benceno mediante iluminación.
En 1865, el benceno se convirtió en un producto industrial. Originalmente se recuperó del alquitrán de hulla. Con la expansión de los usos, la producción siguió aumentando, convirtiéndose en uno de los diez principales productos del mundo en 1930. [Editar este párrafo] Estructura La estructura del anillo de benceno del benceno con grandes enlaces π deslocalizados en la molécula de benceno conduce a su aromaticidad especial. El anillo de benceno es el anillo aromático más simple y consta de seis átomos de carbono. Cada átomo de carbono está seguido de un grupo. Los seis grupos de benceno son todos átomos de hidrógeno.
Demostrar que los átomos de carbono de la cadena principal del anillo de benceno no están dispuestos con enlaces simples ni dobles (propuesto por Kekulé El enlace entre cada dos átomos de carbono es el mismo y está formado por un único). enlace que no es ni un doble enlace ni un doble enlace Las claves no están conectadas por claves de una sola clave. (Puede entenderse como el enlace de valencia promedio, entre enlaces simples y enlaces dobles, con ambas propiedades, y puede sustituirse y agregarse)
Los seis átomos de carbono en la molécula de benceno son sp? La hibridación forma enlaces σ con dos átomos de carbono y enlaces σ de hidrocarburos con un átomo de hidrógeno. Dado que el átomo de carbono es sp? Hibridado, por lo que el ángulo de enlace es 120 y 6 átomos de carbono y 6 átomos de hidrógeno están en el mismo plano. Además, cada uno de los seis átomos de carbono del anillo de benceno tiene un orbital 2p no hibridado, que es perpendicular al plano del anillo y se superpone entre sí para formar un enlace π grande. La longitud del enlace de cada doble enlace carbono-carbono es igual y su valor está entre el enlace simple carbono-carbono y el doble enlace carbono-carbono. Debido a la existencia de grandes enlaces π, la estructura del benceno es estable, las reacciones de adición y oxidación no son fáciles de producir y las reacciones de sustitución son fáciles de producir. Desde la perspectiva de los enlaces de valencia, el número de carbonos es 4n+2 (n es un número entero positivo, es decir, n=1 para el benceno. El alqueno cíclico con una estructura de enlace simple y doble alterna se llama anuleno, y el benceno es). un tipo de anuleno. El benceno es una molécula plana con 12 átomos en el mismo plano. 6 carbonos y 6 hidrógenos son iguales. La longitud del enlace de C-H es 1,08 α y la longitud del enlace de C-C es 1,40 α, que se encuentra entre la longitud del enlace simple y el doble enlace. . Todos los ángulos de enlace en la molécula son 120 y todos los átomos de carbono tienen hibridación sp2. Cada átomo de carbono todavía tiene un orbital P perpendicular al plano de la molécula, con un electrón en cada orbital. Los seis orbitales se superponen para formar un enlace π grande deslocalizado. Según la teoría de la hibridación vibratoria propuesta por Linus Pauling, la existencia de hibridación vibratoria en el anillo de benceno es la razón por la que el anillo de benceno es muy estable, lo que también conduce directamente a su aromaticidad. El enlace σ del anillo de benceno en el modelo de orbitales moleculares Según la teoría de los orbitales moleculares, se puede considerar que los seis orbitales p del benceno interactúan para formar seis orbitales moleculares π, entre los cuales ψ1, ψ2 y ψ3 son de baja potencia. orbitales de enlace de energía, y ψ4, ψ5 y ψ6 son orbitales antienlazantes de alta energía. ψ2, ψ3, ψ4 y ψ5 son dos pares de orbitales degenerados. La distribución de la nube de electrones del benceno en el estado fundamental es el resultado de la superposición de tres orbitales enlazantes, por lo que la nube de electrones se distribuye uniformemente por encima y por debajo del anillo de benceno y sobre los átomos del anillo, formando una nube de electrones cerrada. Es la fuente de corriente anular generada por moléculas de benceno en un campo magnético. [Editar este párrafo] Propiedades físicas El punto de ebullición del benceno es 80,1°C y el punto de fusión es 5,5°C. Es un líquido incoloro, aromático y transparente a temperatura ambiente y fácilmente volátil. La densidad del benceno es menor que la del agua, con una densidad de 0,88 g/ml, pero su peso molecular es mayor que el del agua. El benceno es insoluble en agua y se pueden disolver 1,7 g de benceno en 1 litro de agua como máximo, pero el benceno es un disolvente orgánico muy bueno y tiene una gran capacidad de disolución de moléculas orgánicas y algunas moléculas inorgánicas no polares.
El benceno puede reaccionar con el agua para formar un azeótropo, con un punto de ebullición de 69,25°C y un contenido de benceno del 91,2%.
Por lo tanto, a menudo se agrega la destilación de benceno a la reacción que genera agua para eliminar el agua.
Según la ecuación de Antoine se puede calcular la presión de vapor saturado entre 10-1500mmHg.
lgP = A - P/(C + t)
Parámetros: A = 6.91210, B = 1214.645, C = 221.205.
La unidad de p es mmHg y la unidad de t es ℃. [Editar este párrafo] Hay aproximadamente tres tipos de reacciones químicas en las que participa el benceno: una es la reacción de sustitución de otros grupos en el anillo de benceno y los átomos de hidrógeno; una es la reacción de adición en el doble enlace C=C y la otra; es la ruptura del anillo de benceno.
Los principales elementos de las reacciones de sustitución: reacciones de sustitución y reacciones de sustitución aromática electrófila.
Bajo determinadas condiciones, los átomos de hidrógeno del anillo de benceno pueden ser sustituidos por halógeno, nitro, grupo ácido sulfónico, grupo hidrocarbonado, etc. , y puede generar las derivadas correspondientes. Debido a diferentes sustituyentes y diferentes posiciones y números de átomos de hidrógeno, se pueden generar isómeros con diferentes números y estructuras.
La densidad de la nube de electrones del anillo de benceno es relativamente alta, por lo que las reacciones de sustitución en el anillo de benceno son en su mayoría sustituciones electrófilas. La sustitución electrófila es una reacción representativa de anillos aromáticos. Cuando un sustituyente de benceno sufre una sustitución electrófila, la posición del segundo sustituyente es relativa al sustituyente original.
Reacción de halogenación
La fórmula general de la reacción de halogenación del benceno se puede escribir como:
PhH+X2——→PhX+HX
Proceso de reacción En la reacción, las moléculas de halógeno se hibridan bajo la acción del benceno y el catalizador, X+ ataca el anillo de benceno y X- se combina con el catalizador.
Tomemos el bromo como ejemplo. El bromo líquido se mezcla con benceno. El bromo se disuelve en benceno para formar un líquido de color marrón rojizo, que no reacciona. Cuando se agregan limaduras de hierro, el bromo reacciona con el benceno bajo la catálisis del bromuro férrico generado. La mezcla hierve ligeramente y la reacción es exotérmica para generar vapor de bromo de color marrón rojizo. Cuando el gas condensado encuentra aire, aparece una niebla blanca (HBr). Proceso catalítico:
FeBr3+Br-——→FeBr4-
PhH+Br+FeBr4-——→PhBr+FeBr3+HBr
Después de la reacción , La mezcla se vierte en agua fría y la sustancia líquida aceitosa de color marrón rojizo (disuelta con bromo) se hunde hasta el fondo del agua. Después de lavar con una solución alcalina diluida, se obtiene bromobenceno líquido incoloro.
En la industria, la sustitución del cloro y bromo en los halobencenos es la más importante.
Nitración
El benceno y el ácido nítrico pueden producir nitrobenceno bajo la catálisis de ácido sulfúrico concentrado.
PhH+HO-NO2——△→PhNO2+H2O
La nitrificación es una reacción exotérmica fuerte y puede producir sustitutos fácilmente, pero la velocidad de reacción adicional es lenta.
Reacción de sulfonación
El benceno se puede sulfonar en ácido bencenosulfónico utilizando ácido sulfúrico concentrado o ácido sulfúrico fumante a temperaturas más altas.
PhH+HO-SO3H——→PhSO3H+H2O
Después de introducir el grupo ácido sulfónico en el anillo de benceno, la capacidad de reacción disminuye y no es fácil seguir sulfonándolo . La introducción del segundo y tercer grupo de ácido sulfónico requiere temperaturas más altas. Esto demuestra que el grupo nitro y el grupo ácido sulfónico son grupos pasivantes, es decir, grupos que dificultan nuevamente la sustitución electrófila.
Reacción de Fred-Crafts
Bajo la catálisis de AlCl3, el benceno también puede reaccionar con alcoholes, alquenos e hidrocarburos halogenados. Los átomos de hidrógeno del anillo de benceno se reemplazan por grupos alquilo. La sustitución produce alquilbenceno. Esta reacción se llama alquilación, también conocida como alquilación de Friedel-Crafts. Un ejemplo es la alquilación de etileno para producir etilbenceno.
PhH+CH2=CH2—AlCl3→Ph-CH2CH3
Durante el proceso de reacción, el grupo R se puede reorganizar: por ejemplo, el 1-cloropropano reacciona con el benceno para formar isopropilbenceno. , esto se debe a que los radicales libres siempre tienden a una configuración estable.
Bajo la catálisis de un ácido de Lewis fuerte, el benceno reacciona con cloruro de acilo o anhídrido de ácido carboxílico, y los átomos de hidrógeno del anillo de benceno son reemplazados por grupos acilo para generar acilbenceno. Las condiciones de reacción son similares a las de la alquilación.
Elemento principal de la reacción de adición: reacción de adición
Aunque el anillo de benceno es muy estable, la reacción de adición de dobles enlaces también puede ocurrir bajo ciertas condiciones. El benceno se puede convertir en ciclohexano, generalmente mediante hidrogenación catalítica utilizando níquel como catalizador.
C6H6+3H2——→C6H12
Además, la reacción del benceno para producir hexaclorociclohexano (HCH) se puede obtener mediante la adición de benceno y cloro bajo irradiación ultravioleta.
Combustión por reacción de oxidación
Al igual que otros hidrocarburos, el benceno puede arder.
Cuando hay suficiente oxígeno, los productos son dióxido de carbono y agua. Pero cuando arde en el aire, la llama es brillante y hay un espeso humo negro. Esto se debe a la gran fracción masiva de carbono en el benceno.
2c6h 6+15o 2——→12co 2+6H2O
Ozonización
El ozono también puede oxidar el benceno en determinadas condiciones y el producto es etileno. aldehído dióxido. Esta reacción puede considerarse como una reacción de ozonización de polienos cíclicos producida después de la deslocalización del benceno.
En circunstancias normales, el benceno no puede ser oxidado por oxidantes fuertes. Sin embargo, en presencia de un catalizador como el óxido de molibdeno, el benceno se puede oxidar selectivamente a anhídrido maleico al reaccionar con el oxígeno del aire. Esta es una de las pocas reacciones que puede destruir el sistema de anillos carbocíclicos de seis miembros del benceno. (El anhídrido maleico es un anillo heterocíclico de cinco miembros).
Esta es una reacción fuertemente exotérmica.
A altas temperaturas, otros bencenos pueden sufrir reacciones de condensación con hierro, cobre y níquel como catalizadores para producir bifenilo. El formaldehído y el ácido hipocloroso pueden formar clorotolueno en presencia de cloruro de zinc. Puede reaccionar con sales de alquilmetales como el etilo sódico para formar sales de fenilmetales. Los reactivos de fenil Grignard se pueden preparar mediante reacción con magnesio en tetrahidrofurano, clorobenceno o bromobenceno. El benceno fotoisomerizado se puede convertir en dewarbenceno bajo luz intensa;