Tiểu luận công nghệ clo hóa benzen

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC


TIỂU LUẬN: TỔNG HỢP HỮU CƠ

ĐỀ TÀI
CÔNG NGHỆ CLO HÓA BENZEN

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN BỜI
SVTH:
1. NGUYỄN THỊ BĂNG GIANG
2. LÊ HỮU HẢI
3. HUỲNH THỊ DỰ
4. HOÀNG VĂN ĐỒNG
5. PHẠM VĂN DOANH
6. PHẠM ĐỨC DUY
7. TÀO THỊ BÍCH HIỀN
LỚP: ĐHHO4LT
NHÓM: 02


Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................................2
1. GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU......................................................................................................3
1.1. BENZEN...................................................................................................................................3
1.2. Clo.............................................................................................................................................6
1.2.1. Clo..........................................................................................................................................9

1.2.2. Thuộc tính..............................................................................................................................9
1.2.3. Lịch sử...................................................................................................................................9
1.2.5. Sự phổ biến.........................................................................................................................10
1.2.6. Hợp chất..............................................................................................................................11
1.2.7. Đồng vị................................................................................................................................11
1.2.8. Chú ý.......................................................................................................................................11
1.2.9. Quy trình sản xuất clo.........................................................................................................12
2. LÝ THUYẾT CLO HÓA BENZEN.............................................................................................13
2.1. Clo hóa benzen trong pha lỏng...............................................................................................13
2.2. Clo hóa benzen trong pha hơi.................................................................................................14
3. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CLO HÓA BENZEN............................................................................15
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................................................................15
3.1.1. Clo hóa vào nhân thơm............................................................................................................16
3.1.2. Sản phẩm thu được từ clo hóa benzen................................................................................17
3.2. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG...........................................................................................................18
3.2.1. Cơ chế chung.......................................................................................................................18
3.2.2. Cơ chế riêng..........................................................................................................................21
3.3. MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG.................................................................................22
3.3.1. Ảnh hưởng đến vị trí của nhóm thế....................................................................................22
3.3.2. Các điều kiện ảnh hưởng khác..............................................................................................24
4. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.....................................................................................................25
4.1. CÔNG NGHỆ.........................................................................................................................25
4.2. QUY TRÌNH CLO HÓA BENZEN........................................................................................28
4.2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ clo hóa benzen........................................................................28
4.2.2. Quy trình vận hành...............................................................................................................29
5. ỨNG DỤNG..............................................................................................................................33
5.1. MONOCLOBENZEN............................................................................................................33
5.2. 1,2- DICLOBENZEN.............................................................................................................33
5.3. 1,4- DICLOBENZEN............................................................................................................33
5.4. 1,2,4-TRICLOROBENZEN...................................................................................................34

KẾT LUẬN....................................................................................................................................34

1


MỞ ĐẦU

Khoa học càng phát triển kéo theo là kinh tế và đời sống con người
phát triển, những yếu tố cấu thành sự phát triển mạnh mẽ ấy là ngành
công nghệ hóa học, trong đó phải kể đến những thành công của các phản
ứng tạo ra những sản phẩm đáp ứng nhu cầu của sự tiến bộ. Những phản
ứng tổng hợp hóa hữu cơ là điển hình, và các chất cacbon, nito, clo, ...
đã được tổng hợp để tạo thành những sản phẩm phục vụ trực tiếp trong
sản xuất, đời sống. Ví dụ: công nghệ dehyro hóa Ethyl benzen sản xuất
Styren, sản xuất phenol, công nghệ clo hóa benzen, ...
Công nghệ clo hóa benzen đã và đang được ứng dụng và phát triển
rộng rãi, công nghệ đó như thế nào? Xin theo dõi trong phấn tiếp theo.

2


1. GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU
1.1. BENZEN
Benzen

Danh
pháp
IUPAC

Benzen

Benzol
Tên khác cyclohexa-1,3,5trien
Nhận dạng
Số CAS

[71-43-2]

Số
RTECS

CY1400000

SMILES

c1ccccc1
C1=CC=CC=C1

3


Thuộc tính
Công
thức phân C6H6
tử
Phân tử
gam

78,1121 g/mol

Bề ngoài

Chất lỏng không
màu

Tỷ trọng

0,8786 g/cm³,
chất lỏng

Điểm
nóng
chảy

5,5 °C (278,6 K)

Điểm sôi 80,1 °C (353,2 K)
Độ hòa
tan trong 1,79 g/L (25 °C)
nước
Độ nhớt

0,652 cP ở 20 °C

Mômen
lưỡng
cực

0D

Các nguy hiểm
(F)
Phân loại Ung thư nhóm 1
của EU Đột biến nhóm 2
Độc (T)

4


NFPA
704

4
3
0
R45, 46, 11,
36/38,
48/23/24/25, 65

Chỉ dẫn
R

Chỉ dẫn S S53, 45
Điểm bắt
−11 °C
lửa
Các hợp chất liên quan
Hợp chất Toluen
liên quan Borazin
Ngoại trừ khi có ghi chú

khác, các dữ liệu được lấy
cho hóa chất ở trạng thái tiêu
chuẩn
(25 °C, 100 kPa)
Phủ nhận và tham chiếu
chung
Benzen thường được biết đến dưới công thức hoá học C6H6, hay còn
được viết tắt là PhH, hoặc benzol, là một hợp chất hữu cơ thơm, trong
điều kiện bình thường là một chất lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ chịu,
dễ cháy. Benzen tan rất kém trong nước và rượu.

5


Benzen có thể tác dụng với axít nitric trong điều kiện có axít sunfuric
đặc làm xúc tác, để tạo thành nitro benzen (màu vàng, mùi hạnh nhân).
Ngoài ra, còn có thể cộng với hidro và halogen. Benzen là một thành
phần trong dầu thô, là một sản phẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ.
Tuy nhiên người ta thường tổng hợp benzen từ các chất trong dầu mỏ
hơn là thu trực tiếp. Benzen được sử dụng rộng rãi trong đời sống, là một
dung môi quan trọng trong công nghiệp, là chất để điều chế dược phẩm,
cao su tổng hợp, thuốc nhuộm,.. benzen rất độc, có khả năng gây ung thư
ở người rất cao.
Benzen và các chất trong dãy đồng đẳng còn được gọi là aren.
1.2.

Clo
17
lư
u

hu
ỳn
h
←
cl
o
→
ag
on
F
↑
Cl
↓
Br

Bảng đầy đủ
Tổng quát

Tên, Ký hiệu, Số

clo, Cl, 17

6


Phân loại

halôgen

Nhóm, Chu kỳ, Khối

17, 3, p

Khối lượng riêng, Độ cứng 3,214 kg/m³, ?
Bề ngoài

khí màu vàng lục nhạt
Tính chất nguyên tử

Khối lượng nguyên tử

35,453(2) đ.v.

Bán kính nguyên tử (calc.) 100 (79) pm
Bán kính cộng hoá trị

99 pm

Bán kính van der Waals

175 pm

Cấu hình electron

[Ne]3s23p5

e- trên mức năng lượng

2, 8, 7

Trạng thái ôxi hóa (Ôxít)

±1, 3, 5, 7 (axít mạnh)

Cấu trúc tinh thể

trực thoi
Tính chất vật lý

Trạng thái vật chất

khí

Điểm nóng chảy

171,6 K (-150,52 °F)

Điểm sôi

239,11 K (-29,002 °F)

Trạng thái trật tự từ

không nhiễm từ

Thể tích phân tử

22.100 ×10-6 m³/mol

Nhiệt bay hơi

10,2 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy

3,203 kJ/mol

Áp suất hơi

100k Pa tại 239 K
7


Vận tốc âm thanh

206 m/s tại 273 K
Thông tin khác

Độ âm điện

3,16 (thang Pauling)

Nhiệt dung riêng

480 J/(kg·K)

Độ dẫn điện

? /Ω·m

Độ dẫn nhiệt

0,0089 W/(m·K)

Năng lượng ion hóa

1. 1.251,2 kJ/mol
2. 2.298 kJ/mol
3. 3.822 kJ/mol
4. 5.158,6 kJ/mol
5. 6.542 kJ/mol
6. 9.362 kJ/mol
7. 11.018 kJ/mol
8. 33.604 kJ/mol
9. 38.600 kJ/mol
10. 43.961 kJ/mol
11. 51.068 kJ/mol
12. 57.119 kJ/mol
13. 63.363 kJ/mol
14. 72.341 kJ/mol
15. 78.095 kJ/mol
16. 352.994 kJ/mol

17. 380.760 kJ/mol
Chất đồng vị ổn định nhất
iso

TN

t½

DM DE MeV DP

35

Cl 75,77% Ổn định có 18 neutron

36

Cl tổng hợp 3,01×105 năm β−
ε
8

0,709

36

—

36

Ar
S


37

Cl 24,23% Ổn định có 20 neutron

Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú.

1.2.1. Clo
(từ tiếng Hy Lạp χλωρος Chloros, có nghĩa là "lục nhạt") là nguyên tố
hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cl và số nguyên tử
bằng 17. Nó là một halôgen, nằm trong nhóm 17 của bảng tuần hoàn. Là
một thành phần của muối ăn và các hợp chất khác, nó là phổ biến trong
tự nhiên và cần thiết để tạo ra phần lớn các loại hình sự sống, bao gồm cả
cơ thể người. Ở dạng khí, nó có màu vàng lục nhạt, nó nặng hơn không
khí khoảng 2,5 lần, có mùi hắc khó ngửi, và là chất độc cực mạnh. Nó là
một chất ôxi hóa, chất tẩy trắng và khử trùng rất mạnh.
1.2.2. Thuộc tính
Ở dạng nguyên tố, clo có dạng khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) nhị nguyên tử
(phân tử) có màu vàng lục nhạt.
Nguyên tố này là thành viên của nhóm halôgen tạo ra một loạt các muối
và được tách ra từ các clorua thông qua quá trình ôxi hóa hay phổ biến
hơn là điện phân. Clo là một khí có khả năng phản ứng ngay lập tức gần
như với mọi nguyên tố. Ở 10 °C một lít nước hòa tan 3,10 lít clo và ở
30 °C chỉ là 1,77 lít.
1.2.3. Lịch sử
Clo (tiếng Hy Lạp: χλωρος, khí màu vàng lục) được phát hiện năm 1774
bởi Carl Wilhelm Scheele, là người đã sai lầm khi cho rằng nó chứa ôxy.
Clo được đặt tên năm 1810 bởi Humphry Davy, là người khẳng định nó
là một nguyên tố.

1.2.4. Ứng dụng

9


Clo là một hóa chất quan trọng trong làm tinh khiết nước, trong việc khử
trùng hay tẩy trắng và là khí gây ngạt (mù tạc).

Clo được sử dụng rộng rãi trong sản xuất của nhiều đồ vật sử dụng hàng
ngày.
•

•

Sử dụng (trong dạng axít hypoclorơ HClO) để diệt khuẩn từ nước
uống và trong các bể bơi. Thậm chí một lượng nhỏ nước uống hiện
nay cũng là được xử lí với clo.
Sử dụng rộng rãi trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm, thực
phẩm, thuốc trừ sâu, sơn, sản phẩm hóa dầu, chất dẻo, dược phẩm,
dệt may, dung môi và nhiều sản phẩm tiêu dùng khác.

Trong hóa hữu cơ chất này được sử dụng rộng rãi như là chất ôxi hóa và
chất thế vì clo thông thường tạo ra nhiều thuộc tính có ý nghĩa trong các
hợp chất hữu cơ khi nó thây thế hiđrô (chẳng hạn như trong sản xuất cao
su tổng hợp).
Clo cũng được sử dụng trong sản xuất các clorat, clorôfom, tetraclorua
cacbon và trong việc chiết xuất brôm.
1.2.5. Sự phổ biến
Trong tự nhiên clo chỉ được tìm thấy trong dạng các ion clorua (Cl -). Các
clorua tạo ra các loại muối hòa tan trong nước biển — khoảng 1,9% khối
lượng của nước biển là các ion clorua. Trong nước của biển Chết và các
mỏ nước mặn ngầm thì nồng độ của các ion clorua còn cao hơn nữa.
Phần lớn các muối clorua hòa tan trong nước, vì thế các clorua rắn thông
thường chỉ tìm thấy trong những vùng khí hậu khô hoặc ở sâu dưới đất.
Các khoáng chất thông dụng chứa clorua là halit (muối mỏ) (clorua
natri), sylvit (clorua kali) và cacnalit (clorua magiê kali ngậm sáu phân
tử nước).
Về công nghiệp, clo nguyên tố được sản xuất bằng cách điện phân dung

dịch clorua natri trong nước. Cùng với clo, quy trình khử clo của kim
loại kiềm sinh ra khí hiđrô và hiđrôxít natri, theo phản ứng sau:
10


2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH
1.2.6. Hợp chất
Các hợp chất của clo bao gồm các clorua, clorit, clorat, peclorat,
cloramin.
1.2.7. Đồng vị
Có hai đồng vị chính ổn định của clo, với khối lượng 35 và 37, tìm thấy
trong tự nhiên với tỷ lệ 3:1, tạo ra các nguyên tử clo trong tự nhiên có
khối lượng nguyên tử chung xấp xỉ 35,453. Clo có 9 đồng vị với khối
lượng nguyên tử trong khoảng 32 đến 40. Chỉ có ba đồng vị là có trong
tự nhiên: Cl35 (75,77%) và Cl37 (24,23%) là ổn định, và đồng vị phóng xạ
Cl36. Tỷ lệ của Cl36 tới Cl ổn định trong môi trường là khoảng 700 E -15 :
1. Cl36 được sản xuất trong khí quyển bằng va đập của Ar 36 bởi các tương
tác với tia prôton vũ trụ. Trong môi trường dưới bề mặt, Cl36 được sinh
ra chủ yếu như kết quả của việc bắt nơtron của Cl35 hay bắt muon của
Ca40. Cl36 phân rã thành S36 và thành Ar36, với chu kỳ bán rã tổ hợp là
308.000 năm. Chu kỳ bán rã của đồng vị ưa nước này làm nó trở thành
phù hợp cho việc đánh giá niên đại trong địa chất học trong khoảng từ
60.000 đến 1 triệu năm. Bổ sung thêm, một lượng lớn Cl 36 đã được tạo ra
bởi sự chiếu xạ của nước biển trong quá trình thử nghiệm các vũ khí
nguyên tử trong không khí từ năm 1952 đến 1958. Thời gian tồn tại của
Cl36 trong khí quyển khoảng 1 tuần. Vì thế, như là chất đánh dấu của
nước những năm thập niên 1950 trong đất và nước ngầm, Cl 36 còn có ích
để đánh giá tuổi của các loại nước ít hơn 50 năm trước ngày nay. Cl 36
cũng được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của địa chất, bao gồm
đánh giá niên đại băng và các trầm tích.

1.2.8. Chú ý
Clo kích thích hệ hô hấp, đặc biệt ở trẻ em và người cao tuổi. Trong
trạng thái khí, nó kích thích các màng nhầy và khi ở dạng lỏng nó làm
cháy da. Chỉ cần một lượng nhỏ (khoảng 3,5 ppm) để có thể phát hiện ra
mùi riêng đặc trưng của nó nhưng cần tới 1.000 ppm trở lên để trở thành
11


nguy hiểm. Vì thế, clo đã là một trong các loại khí được sử dụng trong
Đại chiến thế giới lần thứ nhất như một vũ khí hóa học. (Xem: Sử dụng
khí độc trong Đại chiến thế giới lần thứ nhất)
Sự phơi nhiễm khí này không được vượt quá 0,5 ppm (8-giờ-trọng lượng
trung bình - 40 giờ trong tuần).
Sự phơi nhiễm cấp trong môi trường có nồng độ clo cao (chưa đến mức
chết người) có thể tạo ra sự phồng rộp phổi, hay tích tụf của huyết thanh
trong phổi. Mức độ phơi nhiễm thấp kinh niên làm suy yếu phổi và làm
tăng tính nhạy cảm của các rối loạn hô hấp.
Các loại hơi độc có thể sinh ra khi thuốc tẩy trộn với nước tiểu, amôniắc
hay sản phẩm tẩy rửa khác. Các khí này bao gồm hỗn hợp của khí clo và
triclorua nitơ; vì thế cần phải tránh các tổ hợp này.
1.2.9. Quy trình sản xuất clo
Clo có thể sản xuất thông qua điện phân dung dịch clorua natri, tức nước
biển. Có ba phương pháp để tách clo bằng điện phân được sử dụng trong
công nghiệp.
Điện phân tế bào thủy ngân: Là phương pháp đầu tiên được sử dụng để
sản xuất clo ở mức công nghiệp. Anốt bằng titan nằm phía trên catốt
bằng thủy ngân lỏng, dung dịch clorua natri nằm ở giữa các điện cực.
Khi có dòng điện chạy qua, clo được giải phóng ở cực dương, còn natri
hòa tan trong catốt thủy ngân tạo thành một hỗn hống.
Hỗn hống có thể tái tạo lại thủy ngân bằng cách cho phản ứng với nước

tạo ra hiđrô và hiđrôxít natri. Chúng là những sản phẩm phụ có ích.
Phương pháp này tiêu hao nhiều năng lượng và có vấn đề về sự thất thoát
thủy ngân.
Điện phân màng ngăn: Màng ngăn amiăng được bọc lấy catốt là một
lưới sắt để ngăn không cho clo và hiđrôxít natri tạo ra có thể tái phản
ứng.
12


Phương pháp này tiêu hao ít năng lượng hơn phương pháp tế bào thủy
ngân, nhưng hiđrôxít natri không dễ cô lập và kết lắng thành chất có ích.
Điện phân màng tế bào: Các tế bào điện phân được chia thành hai bởi
màng có vai trò như nơi trao đổi ion. Dung dịch clorua natri bão hòa
được đưa vào ngăn của anốt còn nước cất đưa vào ngăn của catốt.
Phương pháp này có hiệu quả gần bằng phương pháp màng ngăn và sản
xuất được hiđrôxít natri rất nguyên chất.

2. LÝ THUYẾT CLO HÓA BENZEN
Có hai phương pháp clo hóa benzen dược tiến hành trong giai đoạn
hiện nay đó là: clo hóa benzen trong pha lỏng và clo hóa trong pha
benzen trong pha hơi.
2.1. Clo hóa benzen trong pha lỏng

13


Clo hóa Benzen trong công nghiệp ngày nay chủ yếu thực hiện trong
pha lỏng với khí clo. Quá trình đó được xảy ra theo phương trình phản
ứng sau
Cl

Cl

Cl
Cl

Cl2/FeCl3

Cl2/FeCl3

+

1,4-diclobenzen

Cl
1,2-diclobenzen

2.2. Clo hóa benzen trong pha hơi
Trong công nghiệp clo hóa Benzen còn có một phương pháp khác là
oxy-clo hóa trong pha hơi (với hỗn hợp HCl+O2 trong xúc tác CuO)
C6H6 + HCl + 1/2O2

C6H5Cl + H2O

Nhưng do phương pháp này cần một lượng năng lượng lớn nên kém
phần kinh tế.

14

3. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CLO HÓA BENZEN
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Clo hóa Benzen trong công nghiệp ngày nay chủ yếu thực hiện trong
pha lỏng với khí clo. Quá trình đó được xảy ra theo phương trình phản
ứng sau:
Cl

Cl

Cl
Cl

Cl 2/FeCl 3

Cl 2/FeCl 3

+

1, 2 -diclobenzen

Cl
1,4-diclobenzen

Trong công nghiệp clo hóa Benzen còn có một phương pháp khác là
oxy-clo hóa trong pha hơi (với hỗn hợp HCl+O2 trong xúc tác CuO)
C6H6 +

HCl +

1/2O2

→

C6H5Cl

+

H2O

Nhưng do phương pháp này cần một lượng năng lượng lớn nên kém
phần kinh tế.
Phản ứng thế electrophin vào nhân thơm (SEAr)

15


3.1.1. Clo hóa vào nhân thơm
Xúc tác clo hoá vào nhân thơm như cộng clo và HCl với olefin là
axit không proton, trong số chúng, chất có giá trị thực tế và rẻ nhất là
FeCl3. Đối với mục đích này, người ta dùng cả sắt. Giai đoạn đầu của
phản ứng là dùng FeCl3 tái sinh. Khi có mặt xúc tác, khác với sự clo hoá
gốc-chuỗi nhiệt độ cao, phản ứng có cơ chế ái điện tử và xảy ra qua sự
tạo thành phức Л và б.

Cách giải thích khác là sự tạo thành sơ bộ phức Cl → ClFeCl 3,
trong đó một trong những nguyên tử clo có độ ái điện tử cao. Các cơ chế
đều tuân theo một phương trình vận tốc duy nhất, từ thực nghiệm:
r = k[FeCl3] [ArH] [Cl2]
Theo phương trình trên, sự ảnh hưởng của nhóm thế đến nhân thơm
sẽ khác nhau. Những nhóm đẩy điện tử (CH3—HO--) sẽ hoạt hoá nhân

và ảnh hưởng thế ở vị trí octo và para- những nhóm hút điện tử (--NO 2)
làm giảm hoạt tính của nhân và hướng sự thế vào vị trí meta là chủ yếu.
Cuối cùng, nguyên tử halogen, khi làm giảm hoạt tính của nhân sẽ hướng
những nguyên tử Clo tiếp theo vị trí octo và para. Sự clo hoá tất nhạy với
ảnh hưởng của nhóm thế.

16


Ví dụ, toluen được clo hoá nhanh nhiều lần so với benzen, còn fenol
tham gia phản ứng thậm chí khi không có xúc tác.
Tương tự những phản ứng clo hoá thế khác, quá trình xảy ra theo
loại chuyển hoá liên tiếp– song song với sự thay thế dần những nguyên
tử H2, cho đến khi nhân được sản phẩm clo hoá mong muốn.

Trong hệ thống các phản ứng này, vì ảnh hưởng làm giảm hoạt tính
của clo. mỗi giai đoạn tiếp theo xảy ra chậm hơn giai đoạn trước, và sự
khác biệt về vận tốc của chúng lớn hơn khi clo hoá parafin (Ví dụ,
clobenzen bị clo hoá chậm hơn benzen 8 lần ).
Độ chọn lọc của quá trình được điều chỉnh cũng như những phản
ứng thế clo khác, chỉ thay đổi tỉ lệ clo và hợp chất thơm, nhưng khi dư
hợp chất thơm rất ít khi thu monoclorua, chỉ đạt tới 2-3 giá trị bội. Nó có
thể giảm thấp hơn, nếu sản phẩm phụ được dùng cho những chuyên
ngành. Khi thu hợp chất policlo, ngược lại dùng lượng dư clo.

3.1.2. Sản phẩm thu được từ clo hóa benzen

17

Clo benzen C6H5Cl (chất lỏng, sôi ở 132oC) thu được bằng cách: clo
hoá benzen với sự tạo thành sản phẩm phụ diclobenzen. Sử dụng như
dung môi và bán sản phẩm để tổng hợp một số nitro-clobenzen, cloanylin, nitrofenol (trước đây từ clobenzen người ta thu được phenol và
thuốc trừ sâu DDT).
Diclobenzen C6H4Cl2 tạo thành khi sản xuất clobenzen đó là hỗn hợp
đồng phân 40% octo, 55% rượu para, 5% meta. Tinh thể hoá nó tách
được p-diclobenzen (to nóng chảy 53oC), nó dùng làm thuốc trừ sâu.
Phần còn lại từ tinh thể hoá là o-diclobenzen kỹ thuật, dùng làm dung
môi.
Hexaclobenzen C6Cl6 (to nóng chảy -231oC) thu được bằng cách clo
hoá bất kì clorua benzen nào. Nó là thuốc diệt nấm và bán sản phẩm để
sản xuất penta-clofenol và fenolat tương ứng.
Clonaftalen chủ yếu là monoclonaftalen C10H7Cl và hỗn hợp
tritetraclonaftalen, thu được bằng cách clo hoá naftalen và dùng để sản
xuất chất lỏng nhóm etyl-và chất thay thế sáp (mang tên chlo-sáp).
Sovol là bifenyl-clo hoá với 4,5 nguyên tử Cl trong phân tử. Thu nó
bằng cách clo hoá bifenyl và dùng nó như chất nhựa hoá của polime, là
mỡ bôi trơn và mỡ cách điện, cũng như bảo quản gỗ.
3.2. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
3.2.1. Cơ chế chung
Phản ứng chủ yếu để biến benzene thành những dẫn xuất của nó. Tất
cả các phản ứng SEAr đều diễn ra theo cùng một con đường
18


Và bắt đầu bằng sự tấn công của tác nhân electrophin (cation hay
mang điện tích dương của liên kết phân cực mạnh) vào hệ thống
electrophin thơm, khi đó tạo thành phức không thơm.
Sau đó proton bị tách ra và tạo ra hợp chất thơm có mặt của nhóm
mới tấn công vào.

Cơ chế này gồm hai giai đoạn, giai đoạn (1) diễn ra chậm còn giai
đoạn (2) diễn ra nhanh chóng. Các cấu tạo giới hạn của phức trên có thể
được biểu diễn bởi 1 công thức chung:

Giai đoạn 1: Khi tác nhân electrophyl tấn công, các electron Л trong
hệ lien hợp chuyển dịch về phía tác nhân làm hệ lien hợp suy yếu
(nhưng chưa bị phá vỡ). Trạng thái này được biểu thị bằng phức Л. Tiếp
đó, tác nhân electrophyl tấn công vào một trong 6 nguyên tử C và tạo
lien kết với nó nhờ lấy 2 electron Л của hệ lien hợp (hệ lien hợp bị phá
vỡ) và nguyên tử C lien kết với tác nhân chuyển từ trạng thái lai hoá sp 2
19


sang sp3. Trạng thái này được biểu thị bằng phức σ. Giai đoạn này xảy ra
chậm nhất vì sự tạo thành phức σ đòi hỏi năng lượng lớn nhất (Eσ),
tương đương với năng lượng hoạt hoá Ea của quá trình.
Giai đoạn 2: Phức σ là một cation có năng lượng lớn, không bền nên
dễ dàng bền hoá bằng khuynh hướng tách H+ được ưu tiên do mức năng
lượng thấp hơn.
Sơ đồ 2 giai đoạn mô tả ở trên là sơ đồ đã đơn giản hoá. Thực tế hợp
chất thơm và tiểu phân electronphin có thể tạo phức yếu trước lúc tạo
phức б. Phức yếu này gọi là phức Л.
Trong phức Л, hệ thống electron Л tham gia như là chất cho electron
còn tác nhân electrophin là chất nhận electron.
Sự tạo thành và phân li phức Л xảy ra rất nhanh, không ảnh hưởng
đến tốc độ phản ứng cũng như bản chất của hợp chất tạo thành.
Giản đồ năng lượng quá trình phản ứng thế electrophin vào
nhân thơm (SEAr):

20


Hình 3.2.1. Giản đồ năng lượng của quá trình phản ứng thế SEAr.
3.2.2. Cơ chế riêng
3.2.2.1. Halogen hóa
Benzen tham gia phản ứng với Cl, Br có mặt xúc tác axit Lewis.

3.2.2.2. Phản ứng halogen hoá
Benzen phản ứng với Clo và Brom khi có mặt xúc tác axit Lewis
như: AlCl3, FeCl3
21


Phức σ tách H+ và tái tạo hợp chất thơm cho dẫn xuất Clo

3.3. MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG
3.3.1. Ảnh hưởng đến vị trí của nhóm thế
Khả năng phản ứng SE ở vòng benzen phụ thuộc vào mật độ electron
ở vòng benzen (tính bazơ của vòng), tính electrophyl của tác nhân, xúc
tác (có vai trò tăng nhanh quá trình tạo tác nhân electrophyl)…
Khi benzen chưa thế, mật độ electron ở 6 nguyên tử C như nhau và
do cấu trúc hoàn toàn đối xứng của phân tử nên thế lần đầu chỉ thu được
1 sản phẩm.

22


Khi đã thế một lần, mật độ electron ở 5 nguyên tử C còn lại không
giống nhau.

Nếu thế lần thứ hai sẽ thu được hỗn hợp ba sản phẩm đồng phân:
octo-, meta- và para- với tỉ lệ phần trăm khác nhau do có khả năng xảy
ra ba phản ứng cạnh tranh với tốc độ khác nhau.
Tốc độ các phản ứng cạnh tranh được gọi là tốc độ phần, ký hiệu fo,
fm, fp.
Trị số của tốc độ phần cho biết vị trí đó được hoạt hoá hay phản hoạt
hoá, được ưu tiên tấn công hơn các vị trí khác hay ngược lại.
Bảng dưới đây nêu rõ ảnh hưởng của bản chất nhóm thế đến sự định
hướng và tốc độ phản ứng của nitro hoá một số dẫn xuất thế một lần của
benzen:
Nhóm
thế

-Cl

Tác dụng định hướng
%
% para %meta
Tốc độ
octo

tương

29,6

đối
0,033

68,9

0,9

Tốc độ hoạt hoá
fo
fp

0,03

0,14

fm

0,0009

Các kết quả thực nghiệm trên cho biết tác dụng định hướng của các
nhóm thế.
Dựa trên cơ sở tác dụng định hướng, người ta chia nhóm thế ra
thành 2 loại:

23