Chương 7 hidrocacbon thơm

Sáu obitan p còn lại của 6 nguyên tử C xen phủ bên với nhau tạo thành hệ liên hợp π chung cho cả vòng benzen.. Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp Khi thay các nguyên tử hiđro trong phân

Trang 1

CHUYÊN ĐỀ 7: HIĐROCACBON THƠM

BÀI 1 : BENZEN VÀ ANKYLBENZEN (AREN)

A LÝ THUYẾT

I CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

1 Cấu trúc của phân tử benzen

a Sự hình thành liên kết trong phân tử benzen

Sáu nguyên tử C trong phân tử benzen ở trạng thái lai hoá sp2 (lai hoá tam giác) Mỗi nguyên tử

C sử dụng 3 obitan lai hoá để tạo liên kết σ với 2 nguyên tử C bên cạnh nó và 1 nguyên tử H Sáu obitan p còn lại của 6 nguyên tử C xen phủ bên với nhau tạo thành hệ liên hợp π chung cho cả

vòng benzen Nhờ vậy mà liên kết π ở benzen tương đối bền vững hơn so với liên kết π ở anken

cũng như ở những hiđrocacbon không no khác

Sáu nguyên tử C trong phân tử benzen tạo thành một lục giác đều Cả 6 nguyên tử C và 6nguyên tử H cùng nằm trên 1 mặt phẳng (gọi là mặt phẳng phân tử) Các góc hoá trị đều bằng 120o

b 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 Ví dụ :

C6H5–CH3 C6H5–CH2–CH3 C6H5–CH2–CH2-CH3 …

Metylbenzen (toluen) etylbenzen propylbenzen …

Các ankylbenzen họp thành dãy đồng đẳng của benzen có công thức chung là CnH2n-6 với n ≥

6

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).

Nhóm tài liệu Word Hóa: https://www.facebook.com/groups/399486444159944/ 1

Trang 2

II TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Benzen và ankylbenzen là những chất không màu, hầu như không tan trong nước nhưng tantrong nhiều dung môi hữu cơ, đồng thời chính chúng cũng là dung môi hoà tan nhiều chất khác.Chẳng hạn benzen hoà tan brom, iot, lưu huỳnh, cao su, chất béo… Các aren (benzen vàankylbenzen) đều là những chất có mùi Chẳng hạn như benzen và toluen có mùi thơm nhẹ, nhưng

có hại cho sức khoẻ, nhất là benzen

III TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

1 Phản ứng thế

a Phản ứng halogen hoá

Khi có bột sắt, benzen tác dụng với

brom khan tạo thành brombenzen và khí

hiđro bromua

Toluen phản ứng nhanh hơn benzen và

tạo ra hỗn hợp hai đồng phân ortho và

Trang 3

c Quy luật thế ở vòng benzen

Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm –OH, –NH2, –OCH3 …), 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 –NO 2 (hoặc các nhóm –COOH, –SO3H, –CHO …) phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn

và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta.

Trang 4

3 Phản ứng oxi hoá

Benzen không tác dụng với KMnO4 (không làm mất màu dung dịch KMnO4)

Các ankylbenzen khi đun nóng với dung dịch KMnO4 thì chỉ có nhóm ankyl bị oxi hoá Ví dụ :Toluen bị KMnO4 oxi hoá thành kali benzoat, sau đó tiếp tục cho tác dụng với axit clohiđric thì thuđược axit benzoic

● 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

ankan, hoặc xicloankan :

Etylbenzen được điều chế từ

benzen và etilen :

CH3[CH2]4CH3 0

2

xt, t 4H

Toluen được dùng để sản xuất thuốc nổ TNT (trinitrotoluen)

Benzen, toluen và các xilen còn được dùng nhiều làm dung môi

Trang 5

BÀI 2 : STIREN VÀ NAPHTALEN

A LÝ THUYẾT

I STIREN

1 Cấu tạo

Stiren là một chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và không tan trong nước.

Từ kết quả phân tích nguyên tố và xác định phân tử khối, người ta đã thiết lập được công thứcphân tử của stiren là C8H8

Khi đun nóng stiren với dung dịch kali pemanganat rồi axit hoá thì thu được axit benzoic(C6H5–COOH) Điều đó cho thấy stiren có vòng benzen với 1 nhóm thế : C6H5-R và R là C2H3 Stiren làm mất màu nước brom và tạo thành hợp chất có công thức C8H8Br2 Điều đó chứng tỏnhóm C2H3 có chứa liên kết đôi, đó là nhóm vinyl : CH2 = CH–

Vậy công thức cấu tạo của stiren là :

CH CH

C H

− − −

Polistiren

Halogen (Cl2, Br2), hiđro halogenua(HCl, HBr) cộng vào nhóm vinyl ởstiren tương tự như cộng vào anken

stiren (vinylbenzen, phenyletilen), tnc: -31oC ; ts : 145oC

Trang 6

Phản ứng trùng hợp đồng thời 2 hay nhiều loại monome gọi là phản ứng đồng trùng hợp Ví dụ :

Poli(butađien-stiren), sản phẩm đồng trùng hợp stiren với butađien, còn gọi là cao su buna–S, có

độ bền cơ học cao hơn cao su buna

II NAPHTALEN

1 Tính chất vật lí và cấu tạo

Naphtalen là chất rắn màu trắng, t 80nc oC, t 218s oC, thăng hoa ngay ở nhiệt độ thường, có mùi đặc trưng (mùi băng phiến), khối lượng riêng 1,025 g/cm3 (25oC) ; Không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ Công thức phân tử C10H8, cấu tạo bởi hai nhân benzen có chung 1 cạnh.

Naphtalen tham gia các phản ứngthế dễ hơn so với benzen Sảnphẩm thế vào vị trí 1 (vị trí α) làsản phẩm chính

CH 3 COOH

Trang 7

b Phản ứng cộng hiđro (hiđro hoá)

Naphtalen không bị oxi hoá bởi dung dịch

KMnO4 Khi có xúc tác V2O5 ở nhiệt độ cao nó bị

oxi hoá bởi oxi không khí tạo thành anhiđrit

phtalic

Trang 8

B PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ HIĐROCACBON THƠM

I Phản ứng thế (phản ứng clo hóa, brom hóa, nitro hóa)

Phương pháp giải

Những lưu ý khi làm các bài tập liên quan đến phản ứng thế của hiđrocacbon thơm :

+ Phản ứng clo hóa, brom hóa (t o , Fe) hoặc phản ứng nitro hóa (H 2 SO 4 đặc) đối với hiđrocacbon thơm phải tuân theo quy tắc thế trên vòng benzen.

+ Phản ứng clo hóa, brom hóa có thể xảy ra ở phần mạch nhánh no của vòng benzen khi điều kiện phản ứng là ánh sáng khuếch tán và đun nóng (đối với brom).

+ Trong bài toán liên quan đến phản ứng nitro hóa thì sản phẩm thu được thường là hỗn hợp các chất, vì vậy ta nên sử dụng phương pháp trung bình để tính toán.

A 1 mol C6H5Cl ; 1 mol HCl ; 1 mol C6H4Cl2

B 1,5 mol C6H5Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C6H4Cl2

C 1 mol C6H5Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C6H4Cl2

D 0,5 mol C6H5Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C6H4Cl2

Trang 9

Ví dụ 4: Hiđrocacbon X là đồng đẳng của benzen có phần trăm khối lượng cacbon bằng 90,56%.

Biết khi X tác dụng với brom có hoặc không có mặt bột sắt trong mỗi trường hợp chỉ thu được mộtdẫn xuất monobrom duy nhất Tên của X là :

Hướng dẫn giải

Đặt công thức phân tử của X là CnH2n-6 (n > 6)

Trang 10

Theo giả thiết ta có : 12n 90,56

n 82n 6 100 90,56= ⇒ =

− − ⇒ Vậy X có công thức phân tử là C8H12

Vì X tác dụng với brom có hoặc không có mặt bột sắt trong mỗi trường hợp chỉ thu được mộtdẫn xuất monobrom duy nhất nên tên của X là: 1,4-đimetylbenzen

Đáp án C.

Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn a gam hiđrocacbon X thu được a gam H2O Trong phân tử X có vòngbenzen X không tác dụng với brom khi có mặt bột Fe, còn khi tác dụng với brom đun nóng tạothành dẫn xuất chứa 1 nguyên tử brom duy nhất Tỉ khối hơi của X so với không khí có giá trị trongkhoảng từ 5 đến 6 X là

Theo (1) và giả thiết ta có : a y a x 2

.12x y 2 18= ⇒ =y 3

+

Vậy công thức đơn giản nhất của X là C2H3, công thức phân tử của X là (C2H3)n Vì tỉ khối hơicủa X so với không khí có giá trị trong khoảng từ 5 đến 6 nên ta có :

29.5 < 27n < 29.6 ⇒5,3 < n < 6,4 ⇒n = 6 ⇒ công thức phân tử của X là C12H18

Trong phân tử X có vòng benzen X không tác dụng với brom khi có mặt bột Fe, còn khi tácdụng với brom đun nóng tạo thành dẫn xuất chứa 1 nguyên tử brom duy nhất nên tên của X là :Hexametyl benzen

Đáp án B.

Ví dụ 6: TNT (2,4,6- trinitrotoluen) được điều chế bằng phản ứng của toluen với hỗn hợp gồm

HNO3 đặc và H2SO4 đặc, trong điều kiện đun nóng Biết hiệu suất của toàn bộ quá trình tổng hợp là80% Lượng TNT (2,4,6- trinitrotoluen) tạo thành từ 230 gam toluen là

Phương trình phản ứng :

Trang 11

C6H5CH3 + 3HNO3 H SO đặ 2 4 c, t → C6H2(NO2)3CH3 + 3H2O (1)

Ví dụ 7: Nitro hĩa benzen được 14,1 gam hỗn hợp hai chất nitro cĩ khối lượng phân tử hơn kém

nhau 45 đvC Đốt cháy hồn tồn hỗn hợp hai chất nitro này được 0,07 mol N2 Hai chất nitro đĩ là:

A C6H5NO2 và C6H4(NO2)2 B C6H4(NO2)2 và C6H3(NO2)3

C C6H3(NO2)3 và C6H2(NO2)4 D C6H2(NO2)4 và C6H(NO2)5

Đặt cơng thức phân tử trung bình của hai hợp chất nitro là C H (NO )6 6 n− 2 n.

Sơ đồ phản ứng cháy :

o 2

(78 45n).x 14,1 x 0,1

.x 0,072

Theo giả thiết hỗn hợp hai chất nitro cĩ khối lượng phân tử hơn kém nhau 45 đvC nên phân tử

của chúng hơn kém nhau một nhĩm –NO2 Căn cứ vào giá trị số nhĩm –NO2 trung bình là 1,4 ta suy

ra hai hợp chất nitro cĩ cơng thức là C6H5NO2 (nitrobenzen) và C6H4(NO2)2 (m-đinitrobenzen)

Đáp án A.

Ví dụ 8: Nitro hố bezen thu được hỗn hợp 2 chất hữu cơ X và Y, trong đĩ Y nhiều hơn X một

nhĩm –NO2 Đốt cháy hồn tồn 12,75 gam hỗn hợp X, Y thu được CO2, H2O và 1,232 lít N2 (đktc).Cơng thức phân tử và số mol X trong hỗn hợp là :

A C6H5NO2 và 0,9 B C6H5NO2 và 0,09

C C6H4(NO2)2 và 0,1 D C6H5NO2 và 0,19

Nhĩm tài liệu Word Hĩa: https://www.facebook.com/groups/399486444159944/ 11

Trang 12

Đặt công thức phân tử trung bình của hai hợp chất nitro là C H (NO )6 6 n− 2 n.

Sơ đồ phản ứng cháy :

o 2

(78 45n).x 12,75 x 0,1

.x 0,0552

Ví dụ 1: Tiến hành trùng hợp 10,4 gam stiren được hỗn hợp X gồm polistiren và stiren (dư) Cho X

tác dụng với 200 ml dung dịch Br2 0,15M, sau đó cho dung KI dư vào thấy xuất hiện 1,27 gam iot.Hiệu suất trùng hợp stiren là :

Trang 13

Ví dụ 2: Đề hiđro hoá etylbenzen ta được stiren; trùng hợp stiren ta được polistiren với hiệu suất

chung 80% Khối lượng etylbenzen cần dùng để sản xuất 10,4 tấn polisitren là :

Những lưu ý khi làm các bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa hiđrocacbon thơm :

Trang 14

+ Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn : Benzen không bị oxi hóa bởi dung dịch KMnO 4 , các đồng đẳng của benzen bị oxi hóa bởi KMnO 4 khi đun nóng Ví dụ :

5H3C-C6H4-CH3 + 12KMnO4 + 18H2SO4 → 5HOOC-C6H4-COOH + 6K2SO4 + 12MnSO4 +28H2O

C6H5-CH2-CH2-CH3 + 2KMnO4+3H2SO4→C6H5COOH + CH3COOH + K2SO4 + 2MnSO4 + 4H2O

+ Phản ứng oxi hóa hoàn toàn : Trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn benzen và các đồng

Ví dụ 1: Để oxi hoá hết 10,6 gam o-xylen (1,2-đimetylbenzen) cần bao nhiêu lít dung dịch KMnO4

0,5M trong môi trường H2SO4 loãng Giả sử dùng dư 20% so với lượng phản ứng

Trang 15

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích hơi hợp chất hữu cơ A cần 10 thể tích oxi (đo cùng điều

kiện nhiệt độ và áp suất), sản phẩm thu được chỉ gồm CO2 và H2O với mCO2: mH O2 = 44 : 9 Biết

A X không làm mất màu dung dịch Br2 nhưng làm mất màu dung dịch KMnO4 đun nóng

B X tác dụng với dung dịch Br2 tạo kết tủa trắng

Trang 16

Vậy công thức phân tử của X là C7H8.

Nhận xét đúng đối với X là : X không làm mất màu dung dịch Br2 nhưng làm mất màu dungdịch KMnO4 đun nóng (X là toluen: C6H5CH3)

Đặt công thức phân tử trung bình của A và B là : C Hn 2n 6−

Theo giả thiết ta có :

Ví dụ 5: Đốt cháy hết m gam 2 đồng đẳng của benzen A, B thu được 4,05 gam H2O và 7,728 lít CO2

(đktc) Giá trị của m và số tổng số mol của A, B là :

A 4,59 và 0,04 B 9,18 và 0,08 C 4,59 và 0,08 D 9,14 và 0,04.

Đặt công thức phân tử trung bình của A và B là : C Hn 2n 6−

Theo giả thiết ta có : nH O2 4,05 0,225 mol; nCO2 7,728 0,345 mol.

Trang 17

Ví dụ 7: A, B, C là ba chất hữu cơ có %C, %H (theo khối lượng) lần lượt là 92,3% và 7,7%, tỉ lệ

khối lượng mol tương ứng là 1: 2 : 3 Từ A có thể điều chế B hoặc C bằng một phản ứng C khônglàm mất màu nước brom Đốt 0,1 mol B rồi dẫn toàn bộ sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịchnước vôi trong dư

a Khối lượng bình tăng hoặc giảm bao nhiêu gam ?

A Tăng 21,2 gam B Tăng 40 gam C Giảm 18,8 gam D Giảm 21,2 gam.

b Khối lượng dung dịch tăng hoặc giảm bao nhiêu gam ?

A Tăng 21,2 gam B tăng 40 gam C giảm 18,8 gam D giảm 21,2 gam.

Theo giả thiết ta thấy A, B, C có cùng công thức đơn giản nhất

n :nC H 92,3 7,7: 1:1

= = Công thức đơn giản nhất của A, B, C là CH

Từ A có thể điều chế B hoặc C bằng một phản ứng; C không làm mất màu nước brom nên A là

C2H2, B là C4H4; C là C6H6 (benzen)

Sơ đồ đốt cháy B :

C4H4

o 2

O ,t

→ 4CO2 + 2H2O (1)

Trang 18

Đốt 82 gam hỗn hợp X thu được:

Trang 19

Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A và B có khối lượng a gam Nếu đem đốt cháy hoàn toàn

X thì thu được 132a

41 gam CO2 và

45a

41 gam H2O Nếu thêm vào X một nửa lượng A có trong X rồi

đốt cháy hoàn toàn thì thu được 165a

41 gam CO2 và

60,75a

41 gam H2O Tìm công thức phân tử của A

và B Biết X không làm mất màu dung dịch nước brom và A, B thuộc loại hiđrocacbon đã học

a Công thức phân tử của A là :

Trang 20

Vậy công thức phân tử của A là C6H14

Khi đốt cháy B ta thu được số mol của H2O và CO2 là :

Vậy công thức đơn giản nhất của B là (CH)n = CnHn

Theo giả thiết B không làm mất màu dung dịch nước brom ⇒ B chỉ có thể là aren CnH2n-6

Câu 2: Trong phân tử benzen :

A 6 nguyên tử H và 6 nguyên tử C đều nằm trên 1 mặt phẳng

B 6 nguyên tử H nằm trên cùng một mặt phẳng khác với mặt phẳng của 6 nguyên tử C.

C Chỉ có 6 nguyên tử C nằm trong cùng một mặt phẳng

D Chỉ có 6 nguyên tử H nằm trong cùng một mặt phẳng.

Câu 3: Trong vòng benzen mỗi nguyên tử C dùng 1 obitan p chưa tham gia lai hoá để tạo ra :

A 2 liên kết pi riêng lẻ B 3 liên kết pi riêng lẻ

C 1 hệ liên kết pi chung cho 6 C D 1 hệ liên kết xigma chung cho 6 C

Câu 4: Cho các công thức :

Trang 21

(2) (3)

Cấu tạo nào là của benzen ?

A (1) và (2) B (1) và (3) C (2) và (3) D (1) ; (2) và (3)

Câu 5: Ankylbenzen là hiđrocacbon có chứa

C gốc ankyl và hai vòng benzen D gốc ankyl và một vòng benzen.

Câu 6: Dãy đồng đẳng của benzen (gồm benzen và ankylbenzen) có công thức chung là :

C Chất có công thức đơn giản nhất là CH không chỉ là benzen.

D Benzen có công thức đơn giản nhất là CH.

Câu 8: Câu nào đúng nhất trong các câu sau đây ?

A Benzen là một hiđrocacbon B Benzen là một hiđrocacbon no.

C Benzen là một hiđrocacbon không no D Benzen là một hiđrocacbon thơm.

Câu 9: Stiren có công thức phân tử C8H8 và có công thức cấu tạo : C6H5–CH=CH2 Câu nào đúngkhi nói về stiren ?

A Stiren là đồng đẳng của benzen B Stiren là đồng đẳng của etilen.

Câu 10: Chất nào sau đây có thể chứa vòng benzen ?

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	1,34 MB