BÀI 14: ARENE (HYDROCARBON THƠM)

1. KHÁI NIỆM ARENE

* Tìm hiểu đặc điểm liên kết và hình dạng phân tử của benzene

Benzene có công thức phân tử C$_{6}$H$_{6}$

6 nguyên tử carbon trong phân tử benzene nằm ở sáu đỉnh của một hình lục giác đều, toàn bộ phân tử nằm trên một mặt phẳng, các góc liên kết đều bằng 120$^{\circ}$, độ dài liên kết carbon-carbon đều bằng 139 pm. Benzene có công thức cấu tạo như hình 

- Khác với các hydrocarbon đã học là chỉ cấu tạo mạch hở, benzene có cấu tạo mạch vòng, phân tử có 3 liên kết đôi xen kẽ 3 liên kết đơn. 

* Viết công thức và gọi tên một số arene

- Arene là những hydrocarbon có chứa vòng benzene trong phân tử.

- CT chung:  C$_{n}$H$_{2n+6}$ (n ≥ 6).

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

* Tìm hiểu tính chất vật lí trạng thái tự nhiên của một số arene

- Trong điều kiện thường, trừ naphthalene ở thể rắn, có màu trắng, các arene còn lại đều là những chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng.

- Các arene hầu như không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ như acetone, diethyl ether, chloroform, …

- Hầu hết arene đều có hại cho sức khỏe nếu tiếp xúc trong một thời gian dài.

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

3.1. Phản ứng thế của benzene và toluene

* Tìm hiểu phản ứng của benzene và toluene với bromine khan

Khi có mặt FeCl$_{3}$ hoặc FeBr$_{3}$ làm xúc tác, benzene tham gia phản ứng thế nguyên tử H của vòng benzene với bromine.

Toluene tham gia phản ứng thế tạo spc là hỗn hợp o-bromotoluene và p - bromotoluene

* Phản ứng nitro hóa benzene

Khi tác dụng với dung dịch hỗn hợp HNO$_{3}$ đặc và H$_{2}$SO$_{4}$ đặc, benzene tham gia phản ứng nitro hóa tạo thành nitrobenzene, còn toluene phản ứng dễ dàng hơn và ưu tiên thể vào các vị trí ortho và para.

⇒ Khi vòng benzene có gắn nhóm thể alkyl (-CH$_{3}$, - C$_{2}$H$_{5}$,...), các phản ứng thế nguyên tử hydrogen ở vòng benzene xảy ra dễ dàng hơn so với benzene và ưu tiên thế vào vị trí ortho hoặc para so với nhóm alkyl.

3.2. Phản ứng cộng vào vòng benzene

a) Phản ứng cộng chlorine vào benzene

Thí nghiệm cộng chlorine vào benzene

Hiện tượng: xuất hiện khói trắng và trên thành thấy xuất hiện một lớp bột màu trắng (Hexachlorocyclohexane).

PTHH: 

6. KMnO$_{4}$ và HCl trong thí nghiệm được dùng để điều chế chlorine

2KMnO$_{4}$ + 16HCl $\rightarrow $ 2KCl + 2MnCl$_{2}$ + 5Cl$_{2}$ + 8H$_{2}$O

Trong phản ứng này, KMnO$_{4}$ đóng vai trò chất oxi hoá, HCl là chất khử.

b) Phản ứng cộng chlorine vào benzene

Benzene phản ứng với chlorine khi có ánh sáng mặt trời tạo thành hexachlorocyclohexane.

Benzene và các arene có phản ứng cộng với hydrogen khi có xúc tác Ni hoặc Pt.

3.3. Phản ứng oxi hóa 

a) Phản ứng oxi hoá hoàn toàn

b. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

- Oxi hoá hoàn toàn benzene và đồng đẳng ở nhiệt độ cao thu được CO$_{2}$ và H$_{2}$O.

- Benzene không làm mất màu dung dịch KMnO$_{4}$.

- Các alkylbenzene khi đun nóng với KMnO$_{4}$ thì chỉ có nhóm alkyl bị oxi hóa.

4. ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ ARENE TRONG CÔNG NGHIỆP

*Tìm hiểu ứng dụng của arene

- Tổng hợp các monomer trong sản xuất polimer làm chất dẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polystyrene, cao su buena-styrene, tơ caprone).

- Từ benzene người ta điều chế ra nitrobenzene, aniline, phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ dịch hại, ...

- Toluen được dùng để sản xuất thuốc nổ TNT (trinitrotoluene).

- Benzene, toluene và các xylene còn được dùng nhiều làm dung môi….

* Tìm hiểu phương pháp điều chế arene trong công nghiệp 

Trong công nghiệp,  arene hầu như được điều chế từ quá trình reforming alkane có trong dầu mỏ.