Benzen và đồng đẳng

BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNG

1. Cấu tạo - đồng phân - tên gọi

- Đồng đẳng của benzen gồm các hydrocacbon có 1 vòng benzen và nhánh no (gốc ankyl)

- Trong vòng benzen, 6 nguyên tử C đều lai hóa sp²_. Ba liên kết pi ở vị trí liên hợp làm cho vòng benzen khá bền.

 Dễ thế, khó cộng và bền với chất oxi hóa là tính chất của benzen ( tính thơm).

Vì các liên kết C - C trong nhân benzen đồng nhất nên benzen chỉ có 3 đồng phân vị trí.

- Nếu hai nhóm thế ở hai C lân cận ta có đồng phân ortho (viết tắt là o-) hoặc đánh số 1, 2.

- Nếu hai nhóm thế cách nhau một nguyên tử C (một đỉnh lục giác gọi là đồng phân meta (viết tắt là m-) hoặc 1, 3.

- Nếu hai nhóm thế ở hai nguyên tử C đối đỉnh gọi là đồng phân para (viết tắt là p-) hoặc 1, 4.

Ví dụ: Các đồng phân của điclobenzen C₆H₄Cl₂.

2. Tính chất vật lý

- Benzen là chất lỏng không màu, rất linh động, có mùi đặc trưng, nhiệt độ sôi = 80^oC.

- Benzen nhẹ hơn nước, không tan trong nước, nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như rượu, ete, axeton.

- Benzen là dung môi tốt để hoà tan nhiều chất như Cl_2, Br_2, I_2, S, P,…chất béo, cao su.

- Những chất đơn giản nhất trong dãy đồng đẳng của benzen là chất lỏng, những đồng đẳng cao hơn là chất rắn.

- Benzen được dùng làm nguyên liệu đầu để điều chế thuốc nhuộm, thuốc chữa bệnh, sợi tổng hợp, chất dẻo, phenol, nitrobenzen, anilin.

Benzen là một trong những dung môi hữu cơ tốt nhất.

3. Tính chất hoá học của benzen.

Benzen vừa tham gia phản ứng thế vừa tham gia phản ứng cộng, trong đó phản ứng thế đặc trưng hơn, chứng tỏ nhân benzen rất bền. Đặc điểm đó của benzen gọi chung là tính thơm.

a) Phản ứng thế: Dễ dàng hơn hiđrocacbon no mạch hở.

- Với halogen nguyên chất (Cl₂, Br₂) phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường có vỏ bào sắt xúc tác:

(brombenzen)

Chú ý: Bình thường benzen không làm mất màu nước brom.

- Phản ứng nitro hoá: Với HNO₃ bốc khói, có mặt H₂SO₄ đặc, đun nóng nhẹ.

- Phản ứng với H₂SO₄ đặc

- Phản ứng với dẫn xuất halogen 

b) Phản ứng cộng: Khó xảy ra hơn hiđrocacbon chưa no, mạch hở.

- Cộng hợp hiđro

- Cộng hợp clo và brom

c) Nhận biết benzen

- Thuốc thử: là hỗn hợp HNO₃ đặc nóng/H₂SO₄ đặc.

- Hiện tượng: xuất hiện chất lỏng có màu vàng, mùi hạnh nhân nổi trên bề mặt.

4. Tính chất hoá học của các đồng đẳng benzen

a) Phản ứng thế

- Thế trên nhân benzen. Phản ứng thế trên nhân benzen của các đồng đẳng phụ thuộc vào ảnh hưởng của nhóm thế có sẵn đối với nhân benzen. Người ta chia thành 2 loại.

+ Nhóm thế là nhóm đẩy electron:                                           

Khi trên nhân benzen đã có nhóm thế đẩy electron như - NH₂, - NR, - OH,

 - OCH₃, gốc ankyl - R, … (+C, +H) làm mật độ electron ở các vị trí ortho và para tăng, do đó phản ứng thế xảy ra dễ hơn (định hướng thế vào vị trí o-, p-).

Ví dụ phân tử toluen C₆H₅ - CH₃                                                                               

+ Nhóm thế là nhóm hút electron                                                                     

Khi trên nhân benzen có nhóm thế hút electron như - NO₂, - SO₃H, - COOH,

- CHO… (_- C) làm giảm mật độ electron ở vị trí meta có trội hơn (định hướng thế vào vị trí m-).

Ví dụ ở phân tử C₆H_5- NO₂.

Sau đây là phản ứng thế của Br₂ ứng với 2 trường hợp trên.

- Thế trên gốc ankyl: Với halogen xảy ra khi chiếu sáng không có xúc tác.

b) Phản ứng oxi hoá:

Các chất oxi hoá mạnh (như KMnO₄) oxi hoá nguyên tử C của mạch nhánh đính trực tiếp với nhân benzen:

c)  Nhận biết đồng đẳng của benzen

     Đồng đẳng benzen làm mất màu dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ cao.

5. Điều chế

a) Điều chế benzen

- Chưng cất nhựa than đá.

- Từ axetilen:

- Từ xiclohexan.

- Từ n - hexan.

b) Điều chế các hiđrocacbon thơm khác