Bài Giảng Hydrocarbon - Chương 3

Sự khác nhau về cấu tạo và khả năng phản ứng của hiđrocacbon no và không no đã rõ ràng. Những hiđrocacbon với liên kết đơn không có khả năng phản ứng với đại bộ phận tác nhân ngoại trừ phản ứng thế hyđro bằng halogen trong điều kiện nghiêm ngặt. Trong khi đó các anken và ankin phản ứng với axit, với chất oxi hoá, kết hợp với halogen và các tác nhân khác. Hiđrocacbon thơm (loại hiđrocacbon thứ ba) không thể xếp vào loại hợp chất chứa liên kết đôi và ba. Tên gọi thơm xuất phát từ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài Giảng Hydrocarbon - Chương 3 CHƯƠNG 3. HIDROCACBON THƠM Sự khác nhau về cấu tạo và khả năng phản ứng của hiđrocacbon no và không no đãrõ ràng. Những hiđrocacbon với liên kết đơn không có khả năng phản ứng với đại bộphận tác nhân ngoại trừ phản ứng thế hyđro bằng halogen trong điều kiện nghiêm ngặt.Trong khi đó các anken và ankin phản ứng với axit, với chất oxi hoá, kết hợp vớihalogen và các tác nhân khác. Hiđrocacbon thơm (loại hiđrocacbon thứ ba) không thểxếp vào loại hợp chất chứa liên kết đôi và ba. Tên gọi thơm xuất phát từ chỗ nhữnghợp chất đầu tiên tìm được thuộc loại này có mùi thơm khác nhau. Tên thơm vẫn đượcgiữ cho đến ngày nay mặc dầu hoá học của hiđrocacbon thơm bao gồm cả những hợpchất không có mùi thơm. Aren hay hiđrocacbon thơm là loại hiđrocacbon được đặc trưng trong phân tử bởisự có mặt của một hoặc nhiều nhân benzen. Benzen, công thức phân tử C6H6 là hiđrocacbon thơm đơn giản nhất đồng thời cũnglà chất tiêu biểu có ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn quan trọng nhất trong các hợp chấtthơm. 3.1. Benzen và đồng đẳng Benzen được Faraday tìm ra lần đầu tiên năm 1825 trong thành phần khí thắp. Năm1834, Mitseclic điều chế được benzen khi decacboxyl hoá axit benzoic thu được từnhựa cây Styrax benzoin bằng cách cất khan axit benzoic với vôi tôi xút: → C6H5—COOH + 2NaOH C6 H 6 + Na2CO3 + H2O Năm 1845, Hopman lại tìm ra benzen trong nhựa than đá, từ đó benzen trở thànhnguồn nguyên liệu phong phú của công nghiệp hoá học. Benzen là chất lỏng, không màu, sôi ở 800C, là nguyên liệu quan trọng của côngnghệ hoá học. Công thức cấu tạo mà ta vẫn dùng ngày nay đã được Kekule đề nghị từnăm 1865. Mãi đến khoảng năm 1931 (sau sự xuất hiện của lý thuyết về obitan phântử) người ta mới hiểu tương đối đầy đủ về bản chất liên kết, về cấu trúc của benzen. 3.1.1. Cấu tạo của vòng benzen 1) Công thức phân tử, đồng phân, cấu trúc phân tử theo Kekule Công thức phân tử của benzen được xác định là C6H6 dựa vào việc xác định phân tửkhối và phân tích nguyên tố. Năm 1858, Kekule đã cho rằng các nguyên tử cacbon cóthể kết hợp với nhau để tạo thành mạch. Sau đó vài năm (1865), ông bổ sung thêm làmạch cacbon cũng có thể đóng thành vòng. Ông đưa ra cấu trúc của benzen như sau: H H H H H H 122 Song công thức phân tử C6H6 cũng còn có thể ứng với những cấu trúc khác: H H H H H 3C C C C CCH3 H CH2 H H 2C C C C C CH2 H H H H H H Trong số những cấu trúc trên thì cấu trúc của Kekule là tương đối hợp lý, nhưng đểthuyết phục hơn cần phải xem xét về số đồng phân. Đối với benzen thế một lần thì chỉ có một sản phẩm duy nhất nhưng nếu thế hai lầnthì cho ba đồng phân. Như vậy, chỉ có công thức của Kekule là phù hợp: X X X X X X Tuy nhiên khi nghiên cứu chi tiết cấu trúc của Kekule thì thấy có khả năng có haiđồng phân thế 1,2. Để giải quyết vấn đề này, Kekule cho rằng phân tử benzen luônluôn chuyển hoá và ở trong một trạng thái cân bằng không thể phân chia. X X X X X X X X 2) Sự ổn định của vòng benzen Còn lại một số vấn đề mà cấu trúc của Kekule không giải quyết được. Chẳng hạn,cấu trúc này thể hiện sự không no rất lớn, nghĩa là nó phải dễ dàng tham gia phản ứngcộng và khó tham gia phản ứng thể như anken. Nhưng ngược lại, benzen tương đối trơvới các tác nhân oxi hoá, thực hiện phản ứng thế dễ dàng nhưng rất khó tham gia phảnứng cộng. Ngoài ra, người ta còn xác định vòng benzen bền vững hơn nhiều so vớinhững gì dự đoán từ xiclohecxatrien. Nhiệt hyđro hoá của xiclohecxen là 118 kJ/mol,của xyclohecxadien-1,3 là 231 kJ/mol, nghĩa là lớn hơn hai lần. Vậy, đối vớixyclohecxatrien phải là 358 kJ/mol, song hyđro hoá benzen chỉ toả ra 208 kJ/mol, íthon 150 kJ/mol theo dự đoán. Điều đó có nghĩa là benzen bề hơn xiclohecx ...