Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài: Benzen và Ankylbenzen

benzen và ankylbenzen I - Mục tiêu bài học 1.Về kiến thức HS biết : ã Cấu trúc electron của benzen. ã Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp của ankylbenzen. ã Tính chất vật lí, tính chất hoá học của benzen và của ankylbenzen HS hiểu: ã Sự liên quan giữa cấu trúc phân tử và tính chất hoá học của benzen. 2.Về kĩ năng HS vận dụng qui tắc thế ở nhân benzen để viết phương trình phản ứng điều chế các dẫn xuất của benzen và của ankylbenzen II - Chuẩn bị ã GV:hóa chất và dụng cụ thí nghiệm (nếu có) ã HS: Ôn lại tính chất của hiđrocacbon no và hiđrocacbon không no. III -Tổ chức hoạt động dạy học Hoạt động của GV & HS Nội dung Hoạt động 1 HS quan sát sơ đồ và mô hình phân tử benzen rồi rút ra nhận xét Hoạt động 2 HS tìm hiểu CTCT thu gọn của một số đồng đẳng của benzen rồi rút ra nhận xét -công thức chung của các ankylbezen là? Khi nào ankylbenzen cú đồng phõn? Ankylbenzen cú những kiểu đồng phõn nào? Cỏch gọi tờn cỏc ankylbenzen. Cỏch đỏnh số mạch cacbon Cho vớ dụ minh họa GV yờu cầu HS xỏc định cỏch đỏnh số trong hai trường hợp sau: Hoạt động 3 Nghiên cứu bảng 8.1 SG rút ra nhận xét? Hoạt động 4 GV: yêu cầu HS nghiên cứu SGK và nhận xét về màu sắc và tính tan của benzen, Hoạt động 5 GV yờu cầu HS phõn tớch đặc điểm cấu tạo vũng benzen, từ đú dự đoỏn TCHH Hoạt động 6 HS viết các phản ứng thế của benzen, toluen với Br2, HNO3. GV bổ sung điều kiện phản ứng cho HS. Hoạt động 7 GV có thể dùng sơ đồ sau đây để mô tả qui luật thế ở nhân benzen Hoạt động 8 GV trình bày cơ chế thế ở vòng benzen. HS viết cơ chế cho 1 phản ứng thế tương tự. Hoạt động 9 GV cho Hs nghiên cứu phản ứng cho benzen vào dung dịch Br2 ( Br2 trong CCl4). HS nhận xét hiện tượng. Hoạt động 10 GV cho HS nghiên cứu phản ứng cho benzen và các ankylbezen vào dung dịch KMnO4 .HS nhận xét hiện tượng. GV làm thí nghiệm đốt cháybenzen, nhỏ vaì giọt benzen vào đế sứ rồi đốt. HS quan sát, nhận xét hiện tượng, so sánh với hiện tượng đốt cháy các hiđrocacbon đã học. Hoạt động 11 GV nêu 2 phương pháp chủ yếu điều chế aren là: - Chưng cất nhựa than đá hoặc dầu mỏ. - Điều chế từ ankan hoặc xicloankan. GV hướng dẫn HS viết phản ứng theo sơ đồ SGK Hoạt động 12 sơ đồ ứng dụng của benzen và một số I- Cấu trúc, đồng đẳng, đồng phân, danh pháp 1.Cấu trúc của phân tử benzen a) Sự hình thành liên kết trong phân tử benzen - 6 nguyên tử trong phân tử benzen ở trạng thái lai hoá sp2 - 6 obitan p của 6 nguyên tử C xen phủ với nhau để tạo thành obitan p chung cho cả vòng benzen đliên kết p ở benzen tương đối bền vững hơn so với liên kết p ở anken cũng như ở các H,C không no khác. b) Mô hình phân tử -6 nguyên tử C trong vòng benzen tạo thành một hình lục giác đều. Cả 6 nguyên tử C và 6 nguyên tử H cùng nằm trên một mặt phẳng. Các góc hoá trị đều bằng 1200. c) Biểu diễn cấu tạo benzen Có hai cách biểu diễn cấu tạo của benzen. Khi cần mới cần ghi rõ H 2. Đồng đẳng. đồng phân, danh pháp - Các ankylbenzen họp thành một dãy đồng đẳng có công thức chung là CnH2n-6 với n³ 6. Từ C8H10 trở đi cú cỏc đồng phõn: - Đồng phân về vị trí tơng đối của các nhóm ankyl xung quanh vòng benzen. - Đồng phân về cấu tạo mạch cacbon của mạch nhánh. - Các ankylbenzen có đồng phân mạch C và đồng phân về vị trí nhóm thế trên vòng benzen. Tờn hệ thống của cỏc đồng đẳng benzen: Tờn cỏc nhúm ankyl + benzen Khi vũng benzen liờn kết với 2 hay nhiều nhúm ankyl thỡ chỉ rừ vị trớ của cỏc nhúm ankyl trong vũng benzen. Cỏch đỏnh số cỏc nguyờn tử trong vũng benzen sao cho tổng chỉ số trong tờn gọi là nhỏ nhất. Cỏc nhúm thế được gọi theo thứ tự chữ cỏi đầu tiờn tờn gốc ankyl. Nếu vũng benzen cú hai nhúm ankyl: -Hai nhóm thế ở vị trí 1, 2 gọi là ortho (o-) -Hai nhóm thế ở vị trí 1, 3 gọi là vị trí meta (m-) -Hai nhóm thế ở vị trí 1,4 gọi là vị trí para (p-) II- Tính chất vật lí 1, Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng - Nhiệt độ nóng chảy nói chung giảm dần, có sự bất thường ở p-Xilen, o-Xilen, m-Xilen. - Nhiệt độ sôi tăng dần. 2, Màu sắc, tính tan, mùi - Là những chất không màu hầu như không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ, đồng thời chính chúng là các dung môi hoà tan những chất khác. III- Tính chất hoá học Nhận xét: HS – Vũng benzen cú hệ liờn kết pi liờn hợp khộp kớn, vỡ vậy nhõn benzen khỏ bền. Cỏc hidrocacbon thơm cú hia trung tõm phản ứng: + Nhõn benzen + Mạch nhỏnh Khả năng phản ứng của ankylbenzen là phản ứng thế, cộng, oxi húa 1. Phản ứng thế a) Phản ứng halogen hoá Khi có bột sắt xt, benzen tác dụng với Br2 khan tạo thành brombenzen và khí hiđro bromua: Toluen phản ứng nhanh hơn benzen tạo hỗn hợp hai đồng phân ortho và para: o-bromtoluen p-bromtoluen Nếu không dùng Fe mà chiếu sáng thì Br thế cho H ở nhánh: Benzyl bromua Chú ý: Nhóm C6H5CH2- gọi là nhóm benzyl, nhóm C6H5- gọi là nhóm phenyl b) Phản ứng nitro hoá Benzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc và H2SO4 đậm đặc tạo thành nitrobenzen: Nitrobenzen tác dụng với hỗn hợp axit HNO3 bốc khói và H2SO4 đậm đặc đồng thời đun nóng thì tạo thành m-đinitrobenzen: m-đinitrobenzen Toluen tham gia phản ứng nitro hoá dễ dàng hơn benzen và tạo thành sản phẩm thế vào vị trí o- và p-: o-nitrotoluen p-nitrotoluen c) Qui tắc thế vòng benzen (SGK) Hướng (I) khi X: -OH, -NH2, -OCH3phản ứng dễ hơn benzen . Hướng (II) khi X: -NO2, -COOH, -SO3Hphản ứng khó hơn benzen . d) Cơ chế thế ở vòng benzen - Phân tử hal hoặc phân tử axit nitric không trực tiếp tấn công. - Tiểu phân mang điện tích dương tạo thành do tác dụng của chúng với xúc tác mới là tác nhân tấn công trực tiếp vào vòng benzen. 2. Phản ứng cộng - Benzen và ankylbenzen không làm mất màu dung dịch Br2 (không tham gia phản ứng cộng) - Khi chiếu sáng benzen cộng với Cl thành C6H6Cl6. - Khi đun nóng, có xúc tác Ni hoặc Pt, benzen và ankylbenzen cộng với H2 tạo thành xicloankan. (Chú ý: phản ứng luôn tạo thành xiclohexan mà không phụ thuộc vào tỉ lệ của benzen và H2.) 3. Phản ứng oxi hoá - Benzen không tác dụng với dd KMnO4. - Các ankylbenzen khi bị đun nóng chỉ có nhóm ankyl bị oxi hoá: Kali benzoat Axit benzoic Các aren khi cháy trong không khí thường tạo ra nhiều muội than. Khi aren cháy hoàn toàn thường tạo ra CO2, H2O, toả nhiều nhiệt. Nhận xét chung: Benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế hơn so với phản ứng cộng và bền vững hơn với các chất oxi hoá. Đó cũng là tính chất hoá học đặc trưng cho H,C thơm nên được gọi là tính thơm. IV- Điều chế và ứng dụng 1. Điều chế - Benzen, toluen, xilen .. thường tách bằng cách chưng cất nhựa than đá hoặc dầu mỏ. Chúng còn được điều chế từ ankan hoặc xicloankan: CH3[CH2]4CH3 đ C6H6 + 4H2 ( có xt,t0) CH3[CH2]5CH3 đ C6H5CH3 + 4H2 ( có xt,t0) - Etylbenzen được điều chế từ benzen và etilen C6H6 + CH2=CH2 đ C6H5CH2CH3 ( có xt,t0) 2. ứng dụng đ Chất dẻo (polistiren) đ Cao su (Buna-stiren) đ Tơ sợi (tơ capron) đ Nitrobenzen (phẩm nhuộm) đ Anilin (dược phẩm đ Phenol (thuốc trừ hại) đ Toluen (SX thuốc nổ TNT) đ Dung môi