I. ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP, CẤU TẠO
1. Biểu diễn cấu tạo của benzen
Có hai cách biểu diễn cấu tạo của benzen :
2. Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp
- Khi thay các nguyên tử hiđro trong phân tử benzen (C6H6) bằng các nhóm ankyl, ta được các ankylbenzen. Các ankylbenzen hợp thành dãy đồng đẳng của benzen có công thức chung là \[{{C}_{n}}{{H}_{2n-6}}\] ( n ³ 6)
\[{{C}_{6}}{{H}_{5}}C{{H}_{3}}\] - Metylbenzen (toluen)
\[{{C}_{6}}{{H}_{5}}C{{H}_{2}}C{{H}_{3}}\] - etylbenzen \[{{C}_{6}}{{H}_{5}}C{{H}_{2}}C{{H}_{2}}-C{{H}_{3}}\] - propylbenzen
- Khi coi vòng benzen là mạch chính thì các nhóm ankyl đính với nó là mạch nhánh (còn gọi là nhóm thế). Ankylbenzen có đồng phân mạch cacbon. Để gọi tên chúng, phải chỉ rõ vị trí các nguyên tử C của vòng bằng các chữ số hoặc các chữ cái o, m, p (đọc là ortho, meta, para).
II. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
1. Phản ứng thế
Quy luật thế ở vòng benzen: Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm \[OH,N{{H}_{2}},OC{{H}_{3}}\] …), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí ortho và para. Ngược lại, nếu ở vòng benzen đã có sẵn nhóm \[N{{O}_{2}}\] (hoặc các nhóm \[COOH,S{{O}_{3}}H,CHO\] …) phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta.
a. Tác dụng với halogen
b. Phản ứng nitro hoá
2. Phản ứng cộng
Benzen và ankylbenzen không làm mất màu dung dịch brom (không cộng với brom) như các hiđrocacbon không no. Khi chiếu sáng, benzen cộng với clo thành \[{{C}_{6}}{{H}_{6}}C{{l}_{6}}\] .
Khi đun nóng, có xúc tác Ni hoặc Pt, benzen và ankylbenzen cộng với hiđro tạo thành xicloankan, ví dụ :
${{C}_{6}}{{H}_{6}}+3{{H}_{2}}\xrightarrow{Ni,\,{{t}^{o}}}{{C}_{6}}{{H}_{12}}$
3. Phản ứng oxi hoá
Benzen không tác dụng với \[KMn{{O}_{4}}\] (không làm mất màu dung dịch \[KMn{{O}_{4}}\] ).
Các ankylbenzen khi đun nóng với dung dịch \[KMn{{O}_{4}}\] thì chỉ có nhóm ankyl bị oxi hoá. Ví dụ : Toluen bị \[KMn{{O}_{4}}\] oxi hoá thành kali benzoat, sau đó tiếp tục cho tác dụng với axit clohiđric thì thu được axit benzoic.
\[{{C}_{6}}{{H}_{5}}C{{H}_{3}}\] $\xrightarrow[\text{80-10}{{\text{0}}^{\text{0}}}\text{C}]{\text{KMn}{{\text{O}}_{\text{4}}}\text{, }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}}$ ${C_6}{H_5} - \mathop C\limits_{\begin{array}{*{20}{c}}
{||} \\
O
\end{array}} {\mkern 1mu} - OK$ $\xrightarrow{{HCl}}$ ${C_6}{H_5} - \mathop C\limits_{\begin{array}{*{20}{c}}
{||} \\
O
\end{array}} {\mkern 1mu} - OH$
Các aren khi cháy trong không khí thường tạo ra nhiều muội than. Khi aren cháy hoàn toàn thì tạo ra CO2, H2O và toả nhiều nhiệt. Thí dụ :
${{C}_{n}}{{H}_{2n-6}}+\frac{3n-3}{2}{{O}_{2}}\to nC{{O}_{2}}+(n-3){{H}_{2}}O$
● Nhận xét chung : Benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền vững với các chất oxi hoá. Đó cũng là tính chất hoá học đặc trưng chung của các hiđrocacbon thơm nên được gọi là tính thơm.
Nitrobenzen ( $ {{C}_{6}}{{H}_{5}}N{{O}_{2}} $ ) có sẵn nhóm hút e là $ -N{{O}_{2}} $ nên sản phẩm thu được ưu tiên thế ở vị trí meta $ \Rightarrow $ Sản phẩm thu được nhiều nhất là m-bromnitrobenzen
Hợp chất mà trong phân tử chỉ có liên kết đơn là propan.
Phát biểu không đúng là : "Benzen là một khí có mùi thơm ở điều kiện thường" vì benzen ở thể lỏng trong điều kiện thường
Axetilen có một liên kết ba trong phân tử.
Tên hiđrocacbon thơm: 2-brom-4-etyltoluen
Ưu tiên đọc tên nhánh theo thứ tự bảng chữ cái và tổng STT của nhánh là nhỏ nhất
Etilen làm mất màu nước $ B{{r}_{2}}. $
Chất không có khả năng trùng hợp là toluen $ {{C}_{6}}{{H}_{5}}C{{H}_{3}} $
Chất có khả năng trùng hợp phải là chất có liên kết bội hoặc vòng kém bền có thể mở ra.
Dãy đồng đẳng của benzen có công thức chung là $ {{C}_{n}}{{H}_{2n-6}};n\ge 6 $
Chiếu $ C{{l}_{2}} $ trong điều kiện ánh sáng thì xảy ra phản ứng cộng
$ {{C}_{6}}{{H}_{6}}+3C{{l}_{2}}\xrightarrow{as}{{C}_{6}}{{H}_{6}}C{{l}_{6}} $
Công thức cấu tạo là:
Phát biểu không đúng là : "Các hiđrocacbon có công thức phân tử dạng $ {{C}_{x}}{{H}_{2x-6}} $ với $ x\ge 6 $ đều thuộc dãy đồng đẳng của benzen".
vì HC có công thức phân tử dạng $ {{C}_{x}}{{H}_{2x-6}} $ có thể là hiđrocacbon mạch hở, có 4 liên kết pi
Toluen không tham gia phản ứng trùng hợp.
Công thức của TNT là trinitrotoluen :
Công thức phân tử của benzen là $ {{C}_{6}}{{H}_{6}}. $
Kết luận đúng là : "Benzen và đồng đẳng vừa có khả năng tham gia phản ứng thế, vừa có khả năng tham gia phản ứng cộng"
Ví dụ
$ \begin{array}{l} & {{C}_{6}}{{H}_{6}}+B{{r}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}},Fe}{{C}_{6}}{{H}_{5}}Br+HBr \\ & {{C}_{6}}{{H}_{6}}+3{{H}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}},Ni}{{C}_{6}}{{H}_{12}} \end{array} $
Sản phẩm thu không thu được là 1,3-đibrombenzen
Dãy đồng đẳng của benzen có công thức chung là $ {{C}_{n}}{{H}_{2n-6}};n\ge 6 $ . Các chất đều là đồng đẳng của benzen là $ {{C}_{6}}{{H}_{5}}C{{H}_{3}} $ (1) , $ p-C{{H}_{3}}{{C}_{6}}{{H}_{4}}{{C}_{2}}{{H}_{5}} $ (2), o- $ C{{H}_{3}}{{C}_{6}}{{H}_{4}}C{{H}_{3}} $ (4)
Tên của hiđrocacbon là: 3- brom-4-cloetylbenzen.
Ưu tiên đọc tên nhánh theo thứ tự bảng chữ cái và tổng STT của nhánh là nhỏ nhất
Tên gọi là : 1,3-đimetylbenzen hoặc m-xilen
Công thức tổng quát của ankyl benzen là $ {{C}_{n}}{{H}_{2n-6}}\left( n\text{ }\ge \text{ }6 \right). $
trí
Vòng benzen có sẵn nhóm thế hút electron (-COOH, $ -N{{O}_{2}},\,... $ ) thì phản ứng thế vào vòng sẽ ưu tiên xảy ra ở vịtrí meta. VD :
COOH là nhóm hút e nên phản ứng thế với $ \text{HON}{{\text{O}}_{2}} $ ưu tiên thế ở vị trí meta
Sản phẩm chính là :
Trong phân tử cả 6 nguyên tử H và 6 nguyên tử C đều nằm trên 1 mặt phẳng
Thuốc nổ TNT là sản phẩm của toluen và axit nitric
Metan không chứa liên kết π trong phân tử.
Tính chất hoá học đặc trưng của hiđrocacbon thơm là dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng, bền với các chất oxi hoá.
Công thức tổng quát của hiđrocacbon X bất kì có dạng $ {{C}_{n}}{{H}_{2n+2-2k}} $ , với $ k=0,n\ge 1\to $ X là ankan.
Nhóm đẩy e (hiđrocacbon no, -OH, -OR, ..) làm cho phản ứng thế vào vòng benzen dễ dàng hơn, ưu tiên xảy ra ở vị trí o, p