n(C) = m(C) / M(C);

n（C）\u003d 6 / 12 \u003d 0.5モル。

水素物質の量を計算します。

n(H 2) \u003d V (H 2) / V m;

n（H 2）\u003d 5.6 / 22.4 \u003d 0.25モル。

したがって、1 つの水素原子の物質の量は次と等しくなります。

n(H) = 2 × 0.25 = 0.5 モル

炭化水素分子内の炭素原子の数を「x」、水素原子の数を「y」とすると、分子内のこれらの原子の比率は次のようになります。

x：y \u003d 0.5：0.5 \u003d 1：1。

この場合、最も単純な炭化水素の式は組成 CH で表されます。 CH 組成の分子の分子量は次のとおりです。

M(CH) = 13 g/mol

問題の条件に基づいて炭化水素の分子量を求めてみましょう。

M (C x H y) = ρ × V m ;

M（C x H y）\u003d 3.482 × 22.4 \u003d 78 g / mol。

炭化水素の本当の式を定義しましょう。

k \u003d M（C x H y）/ M（CH）\u003d 78/13 \u003d 6、

したがって、係数 "x" と "y" に 6 を掛ける必要があり、炭化水素の式は C 6 H 6 の形式になります。 それはベンゼンです。

芳香族炭化水素は、一連の環状有機化合物の重要な部分を形成します。 このような炭化水素の最も単純な代表はベンゼンです。 この物質の式は、他の多くの炭化水素と区別されただけでなく、有機化学における新しい方向の発展に推進力を与えました。

芳香族炭化水素の発見

芳香族炭化水素は 19 世紀初頭に発見されました。 当時、街路照明の最も一般的な燃料はガスでした。 英国の偉大な物理学者マイケル・ファラデーは、1825 年にその凝縮物から 3 グラムの油状物質を単離し、その特性を詳細に記述し、それを気化水素と名付けました。 1834年、ドイツの科学者、化学者のミッチャーリッヒは、安息香酸を石灰と加熱してベンゼンを得ました。 この反応の式は次のとおりです。

C6 H5 COOH + CaO 融合 C6 H6 + CaCO3。

当時、一部の熱帯植物が分泌できる安息香樹脂から希少な安息香酸が得られました。 1845 年、コール タールから新しい化合物が発見されました。コール タールは、工業規模で新しい物質を製造するための容易に入手可能な原料でした。 ベンゼンのもう 1 つの供給源は、いくつかの油田から得られる石油です。 ベンゼンに関する産業企業のニーズを満たすために、特定のグループの非環式石油炭化水素を芳香族化することによってもベンゼンが得られます。

この名前の現代版は、ドイツの科学者リービッヒによって提案されました。 「ベンゼン」という言葉の語源はアラビア語で探す必要があります。そこでは「お香」と翻訳されています。

ベンゼンの物性

ベンゼンは特有の臭気のある無色の液体です。 この物質は80.1℃で沸騰し、5.5℃で固化して白色の結晶性粉末になります。 ベンゼンは実際には熱や電気を伝導せず、水には溶けにくく、さまざまな油にはよく溶けます。 ベンゼンの芳香族特性は、その内部構造の本質、つまり比較的安定したベンゼン核と不定の組成を反映しています。

ベンゼンの化学分類

ベンゼンとその同族体であるトルエンやエチルベンゼンは、芳香族環状炭化水素の一種です。 これらの物質の構造には、ベンゼン環という共通の構造が含まれています。 上記のそれぞれの物質の構造には、6 個の炭素原子からなる特殊な環状基が含まれています。 それはベンゼン芳香核と呼ばれます。

発見の歴史

ベンゼンの内部構造の解明には数十年かかりました。 構造（環モデル）の基本原理は、1865 年に化学者 A. Kekule によって提案されました。 伝説によると、ドイツの科学者が夢の中でこの元素の式を見たそうです。 その後、物質の構造を簡略化した綴りが提案され、ベンゼンと呼ばれるようになりました。 この物質の式は六角形です。 六角形の角にあるべき炭素と水素の記号は省略されています。 このようにして、側面に一重線と二重線が交互に配置された単純な正六角形が得られます。 ベンゼンの一般式を次の図に示します。

芳香族炭化水素およびベンゼン

この元素の化学式は、付加反応がベンゼンでは典型的ではないことを示唆しています。 彼にとって、および芳香族系列の他の元素にとって、ベンゼン環の水素原子の置換反応は典型的です。

スルホン化反応

濃硫酸とベンゼンの相互作用を確実にし、反応温度を上げることでベンゾスルホン酸と水が得られます。 この反応におけるベンゼンの構造式は次のとおりです。

ハロゲン化反応

臭素またはクロムは触媒の存在下でベンゼンと反応します。 この場合、ハロゲン誘導体が得られる。 ただし、ニトロ化反応は濃硝酸を使用して行われます。 反応の最終結果は窒素化合物です。

窒化の助けを借りて、誰もが知っている爆発物、TNT、またはトリニトトルエンが得られます。 tol がベンゼンに基づいていることを知っている人はほとんどいません。 他の多くのベンゼン環ベースのニトロ化合物も爆発物として使用できます。

ベンゼンの電子式

ベンゼン環の標準式は、ベンゼンの内部構造を正確に反映していません。 彼女によると、ベンゼンには 3 つの局在した p 結合があり、それぞれが 2 つの炭素原子と相互作用する必要があります。 しかし、経験が示すように、ベンゼンには通常の二重結合がありません。 ベンゼンの分子式を見ると、ベンゼン環内のすべての結合が同等であることがわかります。 それぞれの長さは約 0.140 nm で、標準的な単結合 (0.154 nm) とエチレン二重結合 (0.134 nm) の中間の長さです。 交互の結合で表されるベンゼンの構造式は不完全です。 より妥当な 3D ベンゼン モデルは、下の図のようになります。

ベンゼン環の各原子は sp 2 ハイブリダイゼーションの状態にあります。 シグマ結合を形成するために 3 つの価電子を消費します。 これらの電子は、隣接する 2 つの炭水化物原子と 1 つの水素原子にまたがっています。 この場合、電子と C-C、H-H 結合の両方が同じ平面内にあります。

4 番目の価電子は、ベンゼン環の平面に垂直に位置する、体積 8 の形の雲を形成します。 このような各電子雲は、ベンゼン環の平面の上下に隣接する 2 つの炭素原子の雲と重なっています。

この物質の p 電子雲の密度は、すべての炭素結合に均等に分布しています。 このようにして、単一の環状の電子雲が形成されます。 一般化学では、このような構造を芳香族電子六重項と呼びます。

ベンゼンの内部結合の当量

六角形のすべての面が等しいということは、ベンゼンが持つ特有の化学的および物理的特性を決定する芳香族結合の均一性を説明します。 n 電子雲の均一な分布とそのすべての内部結合の等価性を表す式を以下に示します。

ご覧のとおり、内部構造は一重線と二重線が交互に並ぶのではなく、円として描かれています。

ベンゼンの内部構造の本質は、環状炭化水素の内部構造を理解する鍵となり、これらの物質の実用化の可能性を広げます。

芳香族炭化水素- 分子内にベンゼン環がある炭素と水素の化合物。 芳香族炭化水素の最も重要な代表は、ベンゼンとその同族体、つまりベンゼン分子内の 1 つ以上の水素原子が炭化水素残基と置換された生成物です。

ベンゼン分子の構造

最初の芳香族化合物であるベンゼンは、1825 年に M. ファラデーによって発見されました。 その分子式が確立されました - C6H6。 その組成を、同じ数の炭素原子を含む飽和炭化水素であるヘキサン (C 6 H 14) の組成と比較すると、ベンゼンの方が 8 個少ない水素原子を含むことがわかります。 知られているように、多重結合と環の出現により、炭化水素分子内の水素原子の数が減少します。 1865 年に、F. Kekule はその構造式をシクロヘキサントリエン-1,3,5 として提案しました。

したがって、ケクレの式に対応する分子には二重結合が含まれているため、ベンゼンは不飽和の性質を持っている必要があります。つまり、付加反応が起こりやすいということです。 水素化、臭素化、水和など。

しかし、多くの実験データは次のことを示しています。 ベンゼンは過酷な条件下でのみ付加反応を起こします(高温および照明下)、 酸化しにくい. 一番特徴的なのは置換反応です。したがって、ベンゼンは飽和炭化水素に近い性質を持っています。

これらの矛盾を説明しようとして、多くの科学者がベンゼンの構造のさまざまなバージョンを提案してきました。 ベンゼン分子の構造は、アセチレンからの生成反応によって最終的に確認されました。 実際、ベンゼンの炭素間結合は同等であり、その性質は単結合や二重結合の性質とは似ていません。

現在、ベンゼンはケクレ式、または六角形の中に円が描かれたもので表されます。

それでは、ベンゼンの構造にはどのような特徴があるのでしょうか?

これらの研究と計算に基づいて、6 つの炭素原子すべてが sp 2 混成状態にあり、同じ平面上にあると結論付けられました。 二重結合を構成する炭素原子の混成されていない p 軌道 (ケクレの式) は、環の平面に垂直であり、互いに平行です。

それらは互いに重なり合って、単一の π 系を形成します。 したがって、ケクレの式に示されている交互の二重結合の系は、共役し、重複する π 結合の環状系です。 この系は、ベンゼン環の両側にある 2 つのトロイダル (ドーナツ状) 電子密度領域で構成されています。 したがって、ベンゼンをシクロヘキサントリエン-1,3,5 として表すよりも、中心に円がある正六角形 (π 系) として表す方が論理的です。

アメリカの科学者 L. ポーリングは、電子密度の分布が異なり、常に相互に変化する 2 つの境界構造の形でベンゼンを表すことを提案しました。

測定された結合長は、この仮定を裏付けています。 ベンゼンのすべての C-C 結合は同じ長さ (0.139 nm) であることがわかりました。 それらは単 C-C 結合 (0.154 nm) より若干短く、二重結合 (0.132 nm) より長いです。

分子にいくつかの環状構造が含まれる化合物もあります。次に例を示します。

芳香族炭化水素の異性化と命名法

のために ベンゼン同族体いくつかの置換基の位置の異性が特徴的です。 ベンゼンの最も単純な同族体は次のとおりです。 トルエン(メチルベンゼン) - そのような異性体はありません。 次のホモログは 4 つの異性体として示されています。

小さな置換基を持つ芳香族炭化水素の名前の基礎となっているのはベンゼンという言葉です。 芳香環の原子には番号が付けられています 上級副官から後輩まで:

置換基が同じであれば、 番号付けは最短パスに従って実行されます: たとえば、物質:

1,5-ジメチルベンゼンではなく、1,3-ジメチルベンゼンと呼ばれます。

古い命名法によれば、2 位と 6 位はオルト位、4 位はパラ位、3 位と 5 位はメタ位と呼ばれます。

芳香族炭化水素の物性

通常の条件下でのベンゼンとその最も単純な同族体 - 非常に有毒な液体特有の不快な臭いを伴う。 それらは水にはほとんど溶けませんが、有機溶媒にはよく溶けます。

芳香族炭化水素の化学的性質

置換反応。芳香族炭化水素は置換反応を起こします。

1. 臭素化。触媒である臭化鉄(III)の存在下で臭素と反応させると、ベンゼン環の水素原子の1つが臭素原子に置き換えられます。

2. ベンゼンとその同族体のニトロ化。 芳香族炭化水素が硫酸の存在下で硝酸と相互作用すると (硫酸と硝酸の混合物はニトロ化混合物と呼ばれます)、水素原子はニトロ基 - NO 2 に置き換えられます。

ニトロベンゼンの還元が得られる アニリン- アニリン染料を得るために使用される物質:

この反応はロシアの化学者ジニンにちなんで名付けられました。

付加反応。芳香族化合物はベンゼン環に付加反応を起こすこともあります。 この場合、シクロヘキサンおよびその誘導体が生成されます。

1. 水素化。ベンゼンの接触水素化は、アルケンの水素化よりも高い温度で進行します。

2. 塩素化。反応は紫外線の照射下で進行し、フリーラジカルが発生します。

芳香族炭化水素の化学的性質 - 概要

ベンゼン同族体

それらの分子の組成は次の式に対応します。 CnH2n-6。 ベンゼンに最も近い同族体は次のとおりです。

トルエンに続くすべてのベンゼン同族体は、 異性体。 異性は、置換基の数と構造 (1、2)、およびベンゼン環内の置換基の位置 (2、3、4) の両方に関連付けられます。 一般式の化合物 C 8 H 10 :

ベンゼン環内の 2 つの同一または異なる置換基の相対位置を示すために使用される古い命名法によれば、接頭辞が使用されます。 オルト-(o-と略記) - 置換基は隣接する炭素原子に位置し、 メタ(m-) - 1 つの炭素原子を介して、 ペア-(p-) - 相互の置換基。

ベンゼンの同族系列の最初のメンバーは、特定の臭気を持つ液体です。 水よりも軽いのです。 これらは良い溶媒です。 ベンゼン同族体は置換反応を開始します。

臭素化:

ニトロ化:

トルエンは加熱すると過マンガン酸塩によって酸化されます。

テストに合格するための参考資料:

メンデレーエフの表

溶解度表

ベンゼン。 式1）

ベンゼン- 有機化合物 C 6 H 6 、最も単純な芳香族炭化水素。 特有の穏やかな臭気を持つ、移動性の無色の揮発性液体。

• t nl \u003d 5.5 °C;
• t kip = 80.1°С;
• 密度 879.1 kg / m 3 (0.8791 g / cm 3) (20 °C)

体積濃度が 1.5 ～ 8% の空気では、ベンゼンは爆発性混合物を形成します。 ベンゼンは、エーテル、ガソリン、その他の有機溶媒とあらゆる割合で混和します。 26℃で0.054 gの水が100 gのベンゼンに溶解します。 水と混合すると、t kip = 69.25°C で共沸混合物 (常に沸騰している) 混合物 (質量で 91.2% のベンゼン) が形成されます。

話

ベンゼンは M. ファラデーによって発見されました。 (1825)、照明ガスの凝縮液からそれを分離しました。 純粋なベンゼンは、1833 年に E. Mitscherlich によって安息香酸のカルシウム塩の乾留によって得られました (そのため、この名前が付けられました)。

1865 年、F. A. Kekule は、単結合と二重結合が交互に存在する 6 個の炭素原子の閉鎖であるシクロヘキサトリエンに対応するベンゼンの構造式を提案しました。 Kekule 式は非常に広く使用されていますが、ベンゼンがシクロヘキサトリエンの構造を持たないことを示す多くの事実が蓄積されています。 そのため、オルト二置換ベンゼンは 1 つの形態のみで存在することが長い間確立されてきましたが、ケクレの式ではそのような化合物の異性 (単結合または二重結合で結合した炭素原子上の置換基) が許容されます。 1872 年、ケクレはさらに、ベンゼンの結合が常に非常に急速に移動し、振動しているという仮説を導入しました。 ベンゼンの構造式は他にも提案されましたが、認められませんでした。

化学的特性

ベンゼン。 式(2)

ベンゼンの化学的性質は式 (1) にある程度対応します。 したがって、特定の条件下では、3 つの塩素分子または 3 つの水素分子がベンゼン分子に結合します。 ベンゼンは、アセチレン 3 分子が縮合して生成されます。 ただし、ベンゼンは主に、不飽和化合物に典型的な付加反応ではなく、求電子置換反応によって特徴付けられます。 さらに、ベンゼンコアは過マンガン酸カリウムなどの酸化剤の作用に対して非常に耐性がありますが、これはベンゼンに局所的な二重結合が存在することにも矛盾します。 特別、いわゆる。 芳香族であるベンゼンの性質は、分子内のすべての結合が整列しているという事実によって説明されます。つまり、隣接する炭素原子間の距離は同じで 0.14 nm に等しく、1 つの C-C 結合の長さは 0.154 nm、2 つの C 結合の長さは 0.154 nm です。 \u003d C 0.132 nm。 ベンゼン分子には 6 次の対称軸があります。 芳香族化合物としてのベンゼンは、p 電子の六重奏が存在し、単一の閉じた安定した電子系を形成するという特徴があります。 しかし、その構造を反映する一般的に受け入れられている公式はまだありません。 式(2)がよく使われます。

身体への作用

ベンゼンは急性および慢性中毒を引き起こす可能性があります。 主に呼吸器系を通って体内に浸透し、無傷の皮膚からも吸収されます。 作業施設の空気中のベンゼン蒸気の最大許容濃度は 20 mg/m 3 です。 それは肺を通って尿中に排泄されます。 急性中毒は通常、事故の際に発生します。 最も特徴的な症状は、頭痛、めまい、吐き気、嘔吐、興奮、うつ状態と交互に現れる、脈拍が速くなる、血圧低下、重篤な場合には、けいれん、意識喪失などです。 慢性ベンゼン中毒は、血液の変化（骨髄機能障害）、めまい、全身衰弱、睡眠障害、疲労によって現れます。 女性の場合 - 月経不全。 ベンゼン蒸気中毒に対する確実な対策は、生産施設の換気を十分に行うことです。

急性中毒の治療:休息、暖かさ、臭素製剤、心臓血管系薬剤。 重度の貧血を伴う慢性中毒の場合：赤血球輸血、ビタミンB12、鉄剤。

情報源

• オメリヤーエンコ L.M.、センケビッチ N.A.、ベンゼン中毒の診療と予防、M.、1957年。

「ベンゼン環」の概念をすぐに解読する必要があります。 これを行うには、ベンゼン分子の構造を少なくとも簡単に検討する必要があります。 ベンゼンの最初の構造は、1865 年にドイツの科学者 A. Kekule によって提案されました。

最も重要な芳香族炭化水素には、ベンゼン C 6 H 6 とその同族体、トルエン C 6 H 5 CH 3 、キシレン C 6 H 4 (CH 3) 2 などが含まれます。 ナフタレン C 10 H 8 、アントラセン C 14 H 10 およびそれらの誘導体。

ベンゼン分子内の炭素原子は平らな正六角形を形成しますが、通常は細長く描かれます。

ベンゼン分子の構造は、アセチレンからの生成反応によって最終的に確認されました。 構造式には、3 つの単結合と 3 つの二重の交互の炭素-炭素結合が示されています。 しかし、そのような画像は分子の本当の構造を伝えません。 実際、ベンゼンの炭素-炭素結合は同等であり、単結合にも二重結合にも似ていない性質を持っています。 これらの特徴は、ベンゼン分子の電子構造によって説明されます。

ベンゼンの電子構造

ベンゼン分子の各炭素原子は sp 2 ハイブリダイゼーションの状態にあります。 隣接する 2 つの炭素原子および 1 つの水素原子と 3 つの σ 結合によって結合されています。 その結果、平らな六角形が形成されます。6 つの炭素原子すべてと、C-C および C-H のすべての σ 結合が同じ平面上にあります。 ハイブリダイゼーションに関与していない 4 番目の電子 (p 電子) の電子雲はダンベルの形状をしており、ベンゼン環の面に対して垂直に配向しています。 隣接する炭素原子のこのような p 電子雲は、リングの平面の上下に重なっています。

その結果、6 つの p 電子が共通の電子雲を形成し、すべての炭素原子に対して 1 つの化学結合が形成されます。 大きな電子面の 2 つの領域は、σ 結合の面の両側に位置します。

p 電子雲は炭素原子間の距離の減少を引き起こします。 ベンゼン分子では、それらは同じであり、0.14 nm に相当します。 単結合と二重結合の場合、これらの距離はそれぞれ 0.154 nm と 0.134 nm になります。 これは、ベンゼン分子には単結合も二重結合も存在しないことを意味します。 ベンゼン分子は、同一平面上にある同一の CH 基の安定した 6 員環です。 ベンゼンの炭素原子間の結合はすべて同等であり、これがベンゼン核の特徴的な性質を決定します。 これは、正六角形の中に円が入ったベンゼンの構造式 (I) に最も正確に反映されています。 (円は炭素原子間の結合の等価性を表します。) ただし、二重結合 (II) を示す Kekule 式がよく使用されます。

ベンゼン核には、一般に芳香族性と呼ばれる一連の特性があります。

相同系列、異性、命名法

従来、アリーナは2列に分割可能でした。 1 つ目はベンゼン誘導体 (トルエンやジフェニルなど)、2 つ目は縮合 (多核) アレーン (最も単純なものはナフタレン) です。

ベンゼンの同族列は一般式 C n H 2 n-6 を持ちます。 同族体は、1 つ以上の水素原子がさまざまな炭化水素ラジカルで置き換えられたベンゼンの誘導体と考えることができます。 例えば、C 6 H 5 -CH 3 - メチルベンゼンまたはトルエン、C 6 H 4 (CH 3) 2 - ジメチルベンゼンまたはキシレン、C 6 H 5 -C 2 H 5 - エチルベンゼンなど。

ベンゼンのすべての炭素原子は同等であるため、その最初の同族体であるトルエンには異性体がありません。 2 番目の同族体であるジメチルベンゼンには、メチル基 (置換基) の相互配置が異なる 3 つの異性体があります。 これは、置換基が隣接する炭素原子に位置するオルト (o- と略される)、または 1,2- 異性体です。 置換基が 1 つの炭素原子で隔てられている場合、それはメタ (m-と略記) または 1,3-異性体であり、置換基が 2 つの炭素原子で隔てられている場合は、パラ (p-と略記) または 1,3-異性体です。 、4-異性体。 名称では置換基を文字（o-、m-、p-）または数字で示します。

物理的特性

同族ベンゼンの最初のメンバーは、特定の臭気を持つ無色の液体です。 密度は 1 未満 (水より軽い) です。 水に不溶。 ベンゼンとその同族体は、それ自体が多くの有機物質に対して優れた溶媒です。 アリーナは分子に多くの炭素が含まれているため、煙のような炎を上げて燃えます。

化学的特性

芳香族性は、ベンゼンとその同族体の化学的性質を決定します。 6電子π系は、従来の2電子π結合よりも安定です。 したがって、付加反応は不飽和炭化水素ほど芳香族炭化水素では起こりにくいです。 アレーンの最も典型的なものは置換反応です。 したがって、芳香族炭化水素は、その化学的性質において、飽和炭化水素と不飽和炭化水素の中間の位置を占めます。

I. 置換反応

1.ハロゲン化（Cl 2 、Br 2 による）

2. ニトロ化

3. スルホン化

4. アルキル化 (ベンゼン同族体が形成される) - フリーデルクラフツ反応

ベンゼンのアルキル化は、アルケンと相互作用する場合にも起こります。

エチルベンゼンの脱水素反応によりスチレン (ビニルベンゼン) が生成されます。

II. 付加反応

1. 水素化

2. 塩素化

Ⅲ． 酸化反応

1. 燃焼

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. KMnO 4 、K 2 Cr 2 O 7 、HNO 3 などの作用による酸化。

化学反応は起こりません（アルカンと同様）。

ベンゼン同族体の特性

ベンゼン同族体では、コアと側鎖 (アルキルラジカル) が区別されます。 化学的性質の点では、アルキルラジカルはアルカンに似ています。 それらに対するベンゼン核の影響は、水素原子がベンゼン核に直接結合している炭素原子の置換反応に常に関与していること、および C-H 結合の酸化されやすさに現れています。

ベンゼンコアに対する電子供与性アルキルラジカル (-CH 3 など) の効果は、オルト位とパラ位の炭素原子上の有効負電荷の増加として現れます。 その結果、それらに関連する水素原子の置換が促進されます。 したがって、ベンゼン同族体は三置換生成物を形成する可能性があります (ベンゼンは通常、一置換誘導体を形成します)。

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