[ Hóa 11 ] Lý thuyết về hiđrocacbon thơm

Lý thuyết về hiđrocacbon thơm

Hiđrocacbon thơm là hiđrocacbon trong phân tử có chứa vòng benzen trong phân tử.

I. BENZEN

- Công thức phân tử: C₆H₆.

- Công thức cấu tạo: Phân tử benzen gồm 6 nguyên tử H và 6 nguyên tử C nằm trong cùng một mặt phẳng trong đó 6 nguyên tử C tạo thành hình lục giác đều, mỗi nguyên tử C lại liên kết với một nguyên tử H nữa. Độ dài các liên kết C-C bằng nhau, độ dài các liên kết C-H cũng như nhau.

1. Tính chất hóa học

a. Phản ứng thế

C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr (Fe, t⁰)

C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O (H₂SO₄ đặc, t⁰)

b. Phản ứng cộng

C₆H₆ + 3H₂ → xiclohexan (Ni, t⁰)

C₆H₆ + 3Cl₂ → C₆H₆Cl₆ (as) (hexacloran hay 666 hay 1,2,3,4,5,6 - hexacloxiclohexan)

c. Phản ứng oxi hóa

- Benzen không làm mất màu dung dịch KMnO₄.

- Oxi hóa hoàn toàn:

C₆H₆ + 7,5O₂ → 6CO₂ + 3H₂O (t⁰)

2. 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.

3. Điều chế benzen

- Từ axetilen:

3C₂H₂ → C₆H₆ (C, 600⁰C)

- Tách H₂ từ xiclohexan:

C₆H₁₂→ C₆H₆ + 3H₂ (t⁰, xt)

- Tách H₂ và khép vòng từ n - C₆H₁₄:

n - C₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂ (xt, t⁰)

II. ĐỒNG ĐẲNG CỦA BENZEN

- Là những hiđrocacbon trong phân tử có chứa 1 vòng benzen và nhánh ankyl.

- Công thức chung: C_nH_2n-6 (n > 6).

Hay gặp là toluen C₆H₅CH₃, xilen C₆H₄(CH₃)₂, cumen C₆H₅CH(CH₃)₂…

1. Tính chất hóa học

a. Phản ứng thế

- Quy tắc thế vào vòng benzen:

+ Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm thế loại I (là các nhóm chỉ chứa liên kết đơn hoặc có cặp e chưa sử dụng: -OH, ankyl, …) thì phản ứng thế xảy ra dễ hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí o- và p-.

+ Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm thế loại II (là những nhóm thế có liên kết p: -COOH, -CHO, -CH=CH₂) thì phản ứng thế xảy ra khó hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí m-.

Chú ý: Vận dụng quy tắc thế vào vòng benzen thường được đưa ra dưới 2 dạng toán:

+ So sánh khả năng tham gia phản ứng thế vào vòng benzen của các hợp chất thơm.

+ Sử dụng thứ tự hóa chất thích hợp để điều chế o - (p -) hoặc m- NO₂-C₆H₄-Br…

- Do các đồng đẳng của benzen còn có nhánh ankyl nên trong điều kiện thích hợp có thể thế H của nhánh ankyl.

C₆H₅CH₃ + Cl₂ → C₆H₅CH₂Cl + HCl (as)

b. Phản ứng cộng

C_nH_2n-6 + 3H₂ → xicloankan C_nH_2n (Ni, t⁰)

C₆H₅CH₃ + 3H₂ → C₆H₁₁CH₃ (Ni, t⁰)

c. Phản ứng oxi hóa

- Oxi hóa không hoàn toàn: các đồng đẳng của benzen làm mất màu dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ cao mà không làm mất màu dung dịch nước Brom.

C₆H₅CH₃ + 2KMnO₄ → C₆H₅COOK + KOH + 2MnO₂ + H₂O (t⁰)

- Oxi hóa hoàn toàn:

C_nH_2n-6 + (3n - 3)/2O₂ → nCO₂ + (n - 3)H₂O (t⁰)

Đặc điểm của phản ứng đốt cháy benzen và đồng đẳng: n_H2O < n_CO2 và (n_CO2 - n_H2O)/3 = n_RH.

2. Nhận biết đồng đẳng của benzen

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

III. STIREN (VINYL BENZEN)

- Công thức phân tử C₈H₈.

- Công thức cấu tạo: C₆H₅-CH=CH₂.

1. Tính chất hóa học

Nhận xét: phân tử stiren được cấu tạo từ 2 phần: vòng benzen và nhánh vinyl (nhóm thế loại II) → tính chất hóa học của stiren được biểu hiện cả ở vòng benzen và nhánh.

a. Phản ứng thế vào vòng benzen

Ưu tiên thế vào vị trí meta.

b. Phản ứng cộng

C₆H₅-CH=CH₂ + H₂ → C₆H₅-CH₂-CH₃ (Ni, t⁰)

C₆H₅-CH=CH₂ + 4H₂ → C₆H₁₁-CH₂-CH₃ (Ni, t⁰)

C₆H₅-CH=CH₂ + Br₂ _{dung dịch} → C₆H₅-CHBr-CH₂Br

c. Phản ứng trùng hợp

n-C₆H₅-CH=CH₂ → (-CH₂-CH(C₆H₅)-)_n (t⁰, xt, p)

(Polstiren - PS)

d. Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

- Stiren làm mất màu dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ thường:

3C₆H₅CH=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₆H₅-CHOH-CH₂OH + 2KOH + 2MnO₂