ГОМОЛОГИ БЕНЗОЛУ - Методика та техніка посібник для вчителів
ГОМОЛОГИ БЕНЗОЛУ
Окислення толуолу. При вивченні хімічних властивостей бензолу відзначають більшу стійкість його до окислювачів. Легко показати на досвіді хімічну стійкість бензолу в порівнянні з ненасиченими вуглеводнями, але не вдається показати порівняння його в цьому відношенні з граничними вуглеводнями. Цей пропуск може бути заповнений частково при ознайомленні з властивостями гомологів бензолу. У гомологів бензолу насамперед окислюються бічні ланцюги, бензольне ж ядро виявляється незачепленим, отже, можна припустити, що бензол стосовно окислювачів виявляється більш стійким, ніж граничні вуглеводні.
У демонстраційній пробірці до 2-3 мл толуолу додають такий же об'єм розчину калію перманганату, злегка підкисленого сірчаною кислотою. Суміш збовтують та нагрівають. Фіолетове забарвлення перманганату калію зникає. Відбулося окислення толуолу в бензойну кислоту:
Паралельно відтворюють досвід, що демонструвався раніше, з бензолом. Суміш його з розчином калію перманганату при нагріванні не змінює забарвлення. Пробірки з речовинами слід пронести класом, щоб учні могли краще спостерігати результати досвіду.
Досвід з толуолом можна продовжити, щоб показати учням як процес окислення, а й продукт цієї реакції окислення, відмінний від толуолу. Після знебарвлення розчину гарячу рідину фільтрують через паперовий фільтр та охолоджують у струмені води. Виділяються білі кристали бензойної кислоти С6Н5СООН.
^ Галогенування толуолу. Гомологи відрізняються від бензолу та за іншими хімічними властивостями. Наприклад, заміщення атомів водню в бензольному ядрі і бічного ланцюга йде за різних умов.
ях. Доя заміщення атомів водню вбензольному ядрі, як відомо, неодмінно потрібні переносники галогену (наприклад, бромід заліза), заміщення ж атомів водню в бічному ланцюгу може йти без цих каталізаторів, при освітленні або нагріванні.
1. У пробірку поміщають толуол на висоту 8-12 см і розчиняють у ньому трохи брому, щоб на тлі білого екрана учням було помітне забарвлення рідини. Верхню половину стовпчика рідини в трубці обгортають листом щільного чорного паперу і трубку висвітлюють наскільки можна сильною електричною лампою з відривом кількох сантиметрів. Через кілька хвилин (залежно від кількості брому та сили джерела світла) припиняють освітлення та прибирають чорний папір. Там, де рідина піддавалася дії світлових променів, відбулося знебарвлення:
У затемненій частині фарбування брому залишилося без змін.
2. Пробірку з 10 мл толуолу і 2,5 мл брому закривають пробкою з вертикальною трубкою, що вставлена в неї, і нагрівають на водяній бані. Галоїдування супроводжується виділенням бромоводню. Через 10-15 хв. нагрівання припиняють, пробірку занурюють смужку фільтрувального паперу так, щоб вона просочилася рідиною. Вийнявши папір, підсушують його на повітрі. Обережно нюхають папірець. Бром, бромоводень і толуол випаровуються дуже швидко, а залишається різкий запах бромистого бензилу, що подразнює слизові оболонки носа.
^ Рухливість атомів галогену в бензольному ядрі та в бічній ланцюгу. Питання порівняльної рухливості атомів галогену в бензольному ядрі й у бічний ланцюга не розглядається у шкільному курсі хімії, тому запропонований нижче досвід може бути рекомендований лише поглибленого вивчення теми.
Учні знають, що в галогенопохідних граничних вуглеводнів атоми заступника, як правило, міцно з'єднані звуглеводневим радикалом і не дають осаду з розчином нітрату срібла або процес його утворення йде дуже повільно.
Може виникнути питання про те, наскільки міцно утримуються атоми галогенів у бензольному кільці та в бічній ланцюгу гомологів бензолу.
I. До невеликої кількості (0,5 мл) хлорбензолу або бромбензолу в пробірці доливають спиртовий розчин нітрату срібла, суміш струшують. Опаду не спостерігається. Атом галогену цих умовах не відщеплюється від бензольного ядра. (Спиртовий, а не водний розчин нітрату срібла застосовують з тією метою, щоб отримати гомогенну систему.)
В іншій пробірці збовтують дуже невелику кількість хлористого бензилу С6Н5СН2СІ зі спиртовим розчином срібла нітрату. З'являється осад хлориду срібла AgCl.
2. Порівняння рухливості галогенів може бути продемонстровано на прикладі відношення речовин до води під час кип'ятіння. У різних пробірках одночасно кип'ятять із водою хлорбензол та хлористий бензил. Після кип'ятіння додають в обидві пробірки лакмус і переконуються, що в першій пробірці забарвлення не змінюється, а в другій лакмус червоніє внаслідок утворення водню хлористого. Рівняння реакції:
Синтез гомологів бензолу. Питання про синтез ароматичних вуглеводнів не передбачається програмою з хімії, проте він становить значний теоретичний інтерес, оскільки відображає ідею розвитку хімії і може мати препаративне значення. Для попереднього ознайомлення з методом приєднання бічних ланцюгів до бензольного ядра може бути наступний досвід.
До 1 мл бензолу в пробірці доливають таку ж кількість брометану (що не містить НВг). Жодних змін не спостерігається. Відливають невелику частину суміші для контрольного досвіду, а до залишку додають трохи безводного хлориду.алюмінію.
Через деякий час починається виділення бромистого водню, що виявляється за утворенням хмарки та почервоніння лакмусового папірця. Виділення бромистого водню настає швидше і йде значно енергійніше при підігріванні суміші. У контрольному досвіді бромистий водень не утворюється.
Утворення бромистого водню дає можливість вирішити питання, як іде ця реакція. Треба лише встановити, що він виділяється не з молекул брометану, а з його взаємодії з бензолом. Якби бромистий водень виділявся з брометану (С2Н5Вг С2Н4 + НВг), то одночасно виходив би етилен, чого, однак, не спостерігається (немає пального ненасиченого газу). Тому можна уявити наступний перебіг реакції:
На жаль, етилбензол, що утворюється, не має різких ознак для виявлення його в результаті реакції. Він, як і вихідні речовини є рідиною. Ця обставина і змушує судити про реакцію за непрямою ознакою – утворення бромистого водню. Виділення чистого етилбензолу у цьому попередньому досвіді не провадиться.
З ароматичних сполук, що являють собою конденсовані бензольні ядра, учнів можна ознайомити лише з нафталіном. При цьому хімічні властивості нафталіну не розглядаються, з фізичних властивостей відзначається насамперед його сублімація.
^ Лікування нафталіну. Ознайомлення з сублімацією нафталіну як з одним з можливих способів очищення твердих речовин від домішок дуже важливе. Якщо в якості вихідної речовини взяти неочищений нафталін, то одночасно можна спостерігати і сублімацію і очищення.
У велику циліндричну склянку, встановлену в штативі на азбестованій сітці, насипають нафталін, туди ж поміщають кілька дерев'яних гілочок. Зверху склянкапокривають круглодонною колбою, наповненою холодною водою (рис. 17). Колбу підтримують лапкою штатива. При нагріванні відбувається сублімація нафталіну, пари його конденсуються на гілках і холодному дні колби у вигляді гарних блискіток. Легко помітити, що нафталін, що сконденсувався, чистіше вихідного продукту.