Номер 254, страница 64 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.254. С какими из перечисленных веществ реагирует бензол: а) водород, вода, азот, азотная кислота, бромная вода, бром; б) кислород, серная кислота, пропан, хлор, 2-хлорпропан; в) озон, метан, бромметан, соляная кислота, пропен, ацетилхлорид; г) бромоводород, раствор перманганата калия, углекислый газ, бромэтан? Запишите уравнения возможных реакций, указывая условия их протекания.

Решение

Бензол ($C_6H_6$) — простейший ароматический углеводород. Из-за наличия стабильной ароматической $\pi$-системы для бензола наиболее характерны реакции электрофильного замещения, которые идут с сохранением ароматического кольца. Реакции присоединения возможны только в жестких условиях (высокая температура, давление, УФ-облучение). Также бензол, как и все углеводороды, горит в кислороде. Бензол устойчив к действию обычных окислителей (например, раствора $KMnO_4$).

а) Из предложенного списка веществ бензол реагирует с водородом, азотной кислотой и бромом.

1. Реакция гидрирования (присоединение). Бензол присоединяет водород при нагревании и повышенном давлении в присутствии металлических катализаторов, образуя циклогексан.
$C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{150-200^\circ C, p, Ni/Pt} C_6H_{12}$ (циклогексан)

2. Реакция нитрования (электрофильное замещение). Бензол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты (нитрующая смесь) при нагревании, образуя нитробензол.
$C_6H_6 + HNO_{3(конц.)} \xrightarrow{H_2SO_{4(конц.)}, 50-60^\circ C} C_6H_5NO_2 + H_2O$ (нитробензол)

3. Реакция бромирования (электрофильное замещение). Бензол реагирует с бромом в присутствии катализатора (бромида железа(III) или алюминия), образуя бромбензол.
$C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$ (бромбензол)

Бензол не реагирует с водой, азотом и бромной водой (в отличие от алкенов, бензол не обесцвечивает бромную воду).

Ответ: водород, азотная кислота, бром.

б) Из предложенного списка веществ бензол реагирует с кислородом, серной кислотой, хлором и 2-хлорпропаном.

1. Реакция горения. Бензол горит в кислороде коптящим пламенем с образованием углекислого газа и воды.
$2C_6H_6 + 15O_2 \xrightarrow{t} 12CO_2 + 6H_2O$

2. Реакция сульфирования (электрофильное замещение). Бензол реагирует с концентрированной серной кислотой или олеумом при нагревании, образуя бензолсульфокислоту.
$C_6H_6 + H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} C_6H_5SO_3H + H_2O$ (бензолсульфокислота)

3. Реакция хлорирования. В зависимости от условий реакция может идти по двум путям:
- Электрофильное замещение (в присутствии катализатора):
$C_6H_6 + Cl_2 \xrightarrow{AlCl_3 \text{ или } FeCl_3} C_6H_5Cl + HCl$ (хлорбензол)
- Радикальное присоединение (при УФ-облучении):
$C_6H_6 + 3Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_6Cl_6$ (гексахлорциклогексан, гексахлоран)

4. Реакция алкилирования по Фриделю-Крафтсу (электрофильное замещение). Бензол реагирует с 2-хлорпропаном в присутствии катализатора (хлорида алюминия), образуя изопропилбензол (кумол).
$C_6H_6 + CH_3CHClCH_3 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH(CH_3)_2 + HCl$ (изопропилбензол)

Бензол не реагирует с пропаном.

Ответ: кислород, серная кислота, хлор, 2-хлорпропан.

в) Из предложенного списка веществ бензол реагирует с озоном, бромметаном, пропеном и ацетилхлоридом.

1. Реакция озонолиза. Бензол реагирует с озоном, что приводит к разрыву ароматического кольца и образованию глиоксаля после гидролиза промежуточного продукта (триозонида).
$C_6H_6 + 2O_3 \xrightarrow{1) CH_2Cl_2, -78^\circ C} \text{триозонид} \xrightarrow{2) Zn/H_2O} 3(CHO)_2$ (глиоксаль)

2. Реакция алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Бензол реагирует с бромметаном в присутствии катализатора (бромида алюминия), образуя метилбензол (толуол).
$C_6H_6 + CH_3Br \xrightarrow{AlBr_3} C_6H_5CH_3 + HBr$ (толуол)

3. Реакция алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Бензол реагирует с пропеном в присутствии кислотного катализатора, образуя изопропилбензол.
$C_6H_6 + CH_2=CH-CH_3 \xrightarrow{H_3PO_4, t, p} C_6H_5CH(CH_3)_2$ (изопропилбензол)

4. Реакция ацилирования по Фриделю-Крафтсу (электрофильное замещение). Бензол реагирует с ацетилхлоридом (хлорангидридом уксусной кислоты) в присутствии катализатора (хлорида алюминия), образуя ацетофенон.
$C_6H_6 + CH_3COCl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5COCH_3 + HCl$ (ацетофенон)

Бензол не реагирует с метаном и соляной кислотой.

Ответ: озон, бромметан, пропен, ацетилхлорид.

г) Из предложенного списка веществ бензол реагирует с бромэтаном.

1. Реакция алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Бензол реагирует с бромэтаном в присутствии катализатора (бромида алюминия), образуя этилбензол.
$C_6H_6 + CH_3CH_2Br \xrightarrow{AlBr_3} C_6H_5CH_2CH_3 + HBr$ (этилбензол)

Бензол не реагирует с бромоводородом, раствором перманганата калия (не обесцвечивает его) и углекислым газом.

Ответ: бромэтан.