Наръчник за методика и техника за учители

БЕНЗЕННИ ХОМОЛОГИ

Окисление на толуен. При изучаване на химичните свойства на бензола се отбелязва, че той е силно устойчив на окислители. Лесно е да се покаже експериментално химическата стабилност на бензола в сравнение с ненаситените въглеводороди, но не е възможно да се покаже сравнението му в това отношение с наситените въглеводороди. Тази празнина може да бъде запълнена отчасти чрез изучаване на свойствата на бензолните хомолози. В бензолните хомолози страничните вериги са преди всичко окислени, докато ядрото на бензола не е засегнато; следователно може да се приеме, че бензенът е по-стабилен по отношение на окислителите, отколкото наситените въглеводороди.

В демонстрационна епруветка към 2-3 ml толуен се добавя същия обем разтвор на калиев перманганат, леко подкислен със сярна киселина. Сместа се разклаща и се загрява. Лилавият цвят на калиев перманганат изчезва. Настъпило е окисление на толуен до бензоена киселина:

Успоредно с това се възпроизвежда демонстрираният по-рано експеримент с бензен. Смес от него с разтвор на калиев перманганат не променя цвета си при нагряване. Около класната стая трябва да се носят епруветки с вещества, за да могат учениците да наблюдават по-добре резултатите от експеримента.

Експериментът с толуен може да продължи да показва на учениците не само процеса на окисление, но и продукта на тази реакция на окисление, различен от толуола. След обезцветяване на разтвора горещата течност се филтрира през хартиен филтър и се охлажда във водна струя. Утаяват се бели кристали на бензоена киселина С6Н5СООН.

^ Халогениране на толуен . Хомолозите се различават от бензола по други химични свойства. Например, заместването на водородните атоми в ядрото на бензола и страничната верига се извършва при различни условия-

да За да се заменят водородните атоми в ядрото на бензола, както е известно, неизбежно са необходими халогенни носители (например железен бромид), докато заместването на водородните атоми в страничната верига може да продължи при липса на тези катализатори, при осветление или нагряване.

1. Толуолът се поставя в епруветка на височина 8-12 см и в нея се разтваря малко бром, за да могат учениците да видят цвета на течността на фона на бял екран. Горната половина на колоната с течност в тръбата е обвита с лист дебела черна хартия и тръбата е осветена със силна електрическа лампа на разстояние няколко сантиметра. След няколко минути (в зависимост от количеството бром и силата на източника на светлина) спрете да осветявате и отстранете черната хартия. Когато течността е била изложена на светлинни лъчи, е настъпило избелване:

В затъмнената част броменият цвят остава непроменен.

2. Епруветката с 10 ml толуен и 2,5 ml бром се затваря със запушалка с вмъкната в нея вертикална тръба и се загрява на водна баня. Халогенирането се придружава от отделянето на водороден бромид. След 10-15 минути. нагряването се спира, лента от филтърна хартия се потапя в епруветката, така че да се напои с течност. Извадете хартията, изсушете я на въздух. Внимателно подушете листчето. Бромът, водородният бромид и толуенът се изпаряват много бързо и остава остра миризма на бензилбромид, дразнеща носната лигавица.

^ Подвижност на халогенни атоми в ядрото на бензола и в страничната верига . Въпросът за сравнителната подвижност на халогенните атоми в ядрото на бензола и в страничната верига не се разглежда в училищния курс по химия, поради което предложеният по-долу експеримент може да бъде препоръчан само за задълбочено изучаване на темата.

Студентите знаят, че в халогенните производни на наситени въглеводороди заместващите атоми по правило са здраво свързани с въглеводородния радикал и не се утаяват със разтвор на сребърен нитрат или процесът на неговото образуване е много бавен.

Може да възникне въпросът за това колко здраво се държат халогенните атоми в бензеновия пръстен и в страничната верига на бензолните хомолози.

I. Към малко количество (0,5 ml) хлорбензен или бромобензен в епруветка се добавя алкохолен разтвор на сребърен нитрат, сместа се разклаща. Не се наблюдават валежи. Халогенният атом при тези условия не се отделя от ядрото на бензола. (За да се получи хомогенна система, се използва алкохолен, а не воден разтвор на сребърен нитрат.)

В друга епруветка много малко количество бензилхлорид C6H5CH2CI се разклаща с алкохолен разтвор на сребърен нитрат. Появява се утайка от сребърен хлорид AgCl.

2. Сравнението на подвижността на халогените може да бъде демонстрирано на примера на съотношението на веществата към водата при кипене. В различни епруветки хлорбензолът и бензилхлоридът се варят едновременно с вода. След кипене добавете лакмус към двете епруветки и се уверете, че в първата епруветка цветът не се променя, а във втората лакмусът става червен поради образуването на хлороводород. Уравнение на реакцията:

Синтез на бензолни хомолози. Въпросът за синтеза на ароматни въглеводороди не е предвиден от програмата по химия, но представлява значителен теоретичен интерес, тъй като отразява идеята за развитието на химията и може да има подготвителна стойност. За предварително запознаване с метода на закрепване на странични вериги към бензеновия пръстен може да се извърши следният експеримент.

Същото количество бромоетан (не съдържащ HBr) се добавя към 1 ml бензен в епруветка. Не са наблюдавани промени. Малка част от сместа за контролния експеримент се излива и към остатъка се добавя малко безводен алуминиев хлорид.

След известно време започва еволюцията на водороден бромид, която се открива чрез образуването на облак и зачервяването на лакмусовата хартия. Освобождаването на водороден бромид става по-бързо и е много по-енергично, когато сместа се нагрява. В контролния експеримент не се образува водороден бромид.

Образуването на водороден бромид дава възможност да се реши въпросът как протича тази реакция. Необходимо е само да се установи, че той се освобождава не от молекулите на бромоетана, а поради взаимодействието му с бензола. Ако водородният бромид се освободи от бромоетан (C2H5Br  C2H4 + HBr), тогава едновременно ще се получи етилен, което обаче не се наблюдава (няма горим ненаситен газ). Следователно можем да си представим следния ход на реакцията:

За съжаление полученият етилбензен няма силни индикации за откриване в резултат на реакцията. Той, както и оригиналните вещества, е течност. Това обстоятелство ни принуждава да съдим за реакцията по косвен знак - образуването на водороден бромид. В този предварителен експеримент не се отделя чист етилбензен.

От ароматните съединения, които са кондензирани бензолни ядра, учениците могат да се запознаят само с нафталин. В този случай химичните свойства на нафталина не се вземат предвид; от физическите свойства, на първо място, се отбелязва неговата сублимация.

^ Сублимация на нафталин . Много е важно да се запознаете с сублимацията на нафталин като един от възможните методи за отстраняване на примеси от твърди вещества. Ако за изходен материал се вземе суров нафталин, тогава могат да се наблюдават едновременно сублимация и пречистване.

Нафталенът се излива в голямо цилиндрично стъкло, поставя се в статив върху азбестова мрежа и там се поставят няколко клона на дървета. Горната част на чашата е покрита с колба с кръгло дъно, пълна със студена вода (фиг. 17). Колбата се поддържа от крак на статив. При нагряване нафталинът се сублимира, парите му се кондензират по клоните и студеното дъно на колбата под формата на красиви искри. Лесно е да се види, че кондензираният нафталин е по-чист от оригиналния продукт.