Номер 281, страница 68 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.281. Предложите как можно больше примеров реакций, в которых бензол получается: а) из веществ, содержащих бензольное кольцо; б) из веществ, не содержащих бензольных колец.

Решение

а) из веществ, содержащих бензольное кольцо

Существует несколько лабораторных и промышленных методов получения бензола из его производных, где бензольное кольцо уже присутствует в молекуле исходного вещества.

1. Деалкилирование гомологов бензола. Этот промышленный метод заключается в отщеплении алкильных заместителей от бензольного кольца. Например, при пропускании паров толуола с избытком водорода над катализатором (например, Ni, Pt или оксиды Cr, Mo) при высокой температуре ($550-650^\circ C$) и давлении ($40-60$ атм) происходит гидродеалкилирование.
Уравнение реакции: $C_6H_5-CH_3 + H_2 \xrightarrow{t, p, кат.} C_6H_6 + CH_4$
Ответ: Бензол получают каталитическим гидродеалкилированием его гомологов, например, толуола.

2. Декарбоксилирование солей ароматических кислот. Классический лабораторный способ, заключающийся в сплавлении солей бензойной кислоты (например, бензоата натрия) с натронной известью (смесь $NaOH$ и $CaO$). Гидроксид кальция ($CaO$) предотвращает разрушение стеклянной посуды и поглощает влагу.
Уравнение реакции: $C_6H_5COONa + NaOH \xrightarrow{t, CaO} C_6H_6 + Na_2CO_3$
Ответ: Бензол можно получить сплавлением бензоата натрия с натронной известью.

3. Восстановление фенола. Фенол можно восстановить до бензола, пропуская его пары над раскаленным цинковым порошком (цинковой пылью). В этой реакции цинк отнимает кислород от гидроксильной группы.
Уравнение реакции: $C_6H_5OH + Zn \xrightarrow{t} C_6H_6 + ZnO$
Ответ: Бензол получают восстановлением фенола цинковой пылью при нагревании.

4. Гидролиз сульфокислот. Бензолсульфокислоту можно гидролизовать до бензола, пропуская через нее перегретый водяной пар или нагревая с разбавленной соляной кислотой. Реакция является обратной реакции сульфирования.
Уравнение реакции: $C_6H_5SO_3H + H_2O \xrightarrow{t, H^+} C_6H_6 + H_2SO_4$
Ответ: Бензол образуется при гидролизе бензолсульфокислоты перегретым паром или при кипячении с разбавленными кислотами.

5. Восстановление солей диазония. Соли диазония, например, хлорид бензолдиазония, могут быть восстановлены до бензола с помощью гипофосфорной (фосфорноватистой) кислоты ($H_3PO_2$) в присутствии солей меди(I).
Уравнение реакции: $C_6H_5N_2^+Cl^- + H_3PO_2 + H_2O \xrightarrow{Cu^+} C_6H_6 + N_2 + H_3PO_3 + HCl$
Ответ: Бензол можно получить восстановлением солей бензолдиазония, например, с помощью гипофосфорной кислоты.

б) из веществ, не содержащих бензольных колец

Бензол также можно синтезировать из ациклических (не содержащих колец) или неароматических циклических соединений.

1. Каталитическая тримеризация ацетилена (реакция Зелинского). Это один из самых известных методов синтеза бензола из неароматических соединений. При пропускании ацетилена над активированным углем при температуре около $600-650^\circ C$ происходит его циклизация и образование бензола.
Уравнение реакции: $3CH\equiv CH \xrightarrow{C_{акт.}, 600^\circ C} C_6H_6$
Ответ: Бензол получают каталитической тримеризацией ацетилена при пропускании его над активированным углем при высокой температуре.

2. Ароматизация (дегидроциклизация) алканов. Это важнейший промышленный способ получения бензола в процессе каталитического риформинга нефти. При пропускании паров н-гексана над алюмоплатиновым или алюмохромовым катализатором при температуре $500-600^\circ C$ и повышенном давлении происходит его дегидроциклизация в бензол.
Уравнение реакции: $CH_3-(CH_2)_4-CH_3 \xrightarrow{Pt/Al_2O_3, t, p} C_6H_6 + 4H_2$
Ответ: Бензол получают в промышленности путем каталитической дегидроциклизации н-гексана.

3. Дегидрирование циклоалканов. Циклогексан и его гомологи, содержащиеся в нефти, являются важным сырьем для получения ароматических углеводородов. Дегидрирование циклогексана проводят, пропуская его пары над платиновым или палладиевым катализатором при температуре около $300^\circ C$.
Уравнение реакции: $C_6H_{12} \xrightarrow{Pt, t} C_6H_6 + 3H_2$
Также в процессе риформинга происходит изомеризация метилциклопентана в циклогексан с последующим его дегидрированием.
Ответ: Бензол получают каталитическим дегидрированием циклогексана при нагревании.