CHƯƠNG 3: BENZEN VÀ DÃY ĐỒNG ĐẲNG CỦA BENZEN

Hiđrocacbon thơm là những hiđrocacbon trong phân
tử có chứa một hay nhiều vòng benzen.
Các hiđrocacbon thơm được chia thành : 2 loại
Thế nào là hiđrocacbon
+ Hiđrocacbon thơm có một vòng benzen (aren
thơm? Hiđrocacbon thơm
đơn vòng)
CH 3
CH2
CH
được chia thành mấy loại?
benzen

stiren
toluen
+ Hiđrocacbon thơm có nhiều vòng benzen (aren
đa vòng).
CH2

naphtalen biphenyl

điphenylmetan


Chương
Chương 3:
3: Hiđrô
Hiđrô cacbon
cacbon thơm.
thơm.

Dẫn
Dẫn xuất
xuất halogen
halogen và
và
hợp
hợp chất
chất cơ
cơ nguyên
nguyên tố
tố

3


3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Cấu trúc của phân tử benzen
a. Sự hình thành liên kết trong phân tử benzen
* 6 nguyên tử C trong phân
tử benzen ở trạng thái lai
hóa sp2.
* Mỗi nguyên tử C sử dụng 3
obitan lai hóa để tạo liên kết σ
với 2 nguyên tử C bên cạnh nó
và 1 nguyên tử H.

sp2

sp2

sp2
sp2
sp2

sp2
4


3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Cấu trúc của phân tử benzen
a. Sự hình thành liên kết trong phân tử benzen
* 6 obitan còn lại của 6 nguyên tử C xen phủ bên
với nhau tạo thành hệ liên hợp π chung cho cả vòng
benzen.

5


3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Cấu trúc của phân tử benzen
b. Mô hình phân tử
* 6 nguyên tử C trong phân tử
benzen tạo thành 1 lục giác đều.
* Cả 6 nguyên tử C và H đều

cùng nằm trên 1 mặt phẳng.
* Góc liên kết đều bằng 1200.
6


3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Cấu trúc của phân tử benzen
c. Biểu diễn cấu tạo của benzen
<
———
—>

7


3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Đồng đẳng – đồng phân – danh pháp
- Đồng đẳng
Khi thay các nguyên tử H trong phân tử benzen
(C6H6) bằng các nhóm ankyl, ta được các ankylbenzen.
→ Các ankylbenzen hợp thành dãy đồng đẳng
của benzen.
CTTQ: CnH2n-6

(n ≥ 6)
8

3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Đồng đẳng – đồng phân – danh pháp
- Đồng phân
Khi coi vòng benzen là mạch chính thì các nhóm
ankyl đính với nó là mạch nhánh.
→ ankylbenzen có đồng phân mạch cacbon.

9


3.1.1 CẤU TRÚC – ĐỒNG ĐẲNG –
ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

* Đồng đẳng – đồng phân – danh pháp
- Danh pháp
Vị trí nguyên tử cacbon mang nhánh + tên nhánh + benzen

o: ortho
m: meta
p: para
10


CH 3

CH 2 - CH3

VD

CH 3

1

metylbenzen
(toluen)
2
(o)

CH3

etylbenzen
CH 3

CH 3

1

1

2
2
(m)
3

3
CH3

(p) 4
CH 3

1,2-dimetylbenzen 1,3-dimetylbenzen 1,4-dimetylbenzen
o-dimetylbenzen
m-dimetylbenzen p-dimetylbenzen
(o-xilen)
(m-xilen)
(p-xilen) 11


3.1.2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ

1. Nhiệt độ nóng chảy – nhiệt độ sôi
– khối lượng riêng
 Đều là những chất lỏng ở nhiệt độ thường.
 Đều nhẹ hơn nước.
2. Màu sắc – tính tan - mùi
 Là những chất không màu.
 Ít tan trong nước, nhưng tan nhiều trong
dung môi hữu cơ.
 Là những chất có mùi.
12


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
a. Phản ứng halogen hóa

 Khi có bột sắt, benzen tác dụng với Br2 khan
tạo thành brombenzen và khí hidro bromua.
Br

H
+ Br2

Bột Fe

+ HBr

13


Thí nghiệm minh họa

C6H6
Br2
Bột
Fe

H2O
Quì
tím


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
a. Phản ứng halogen hóa

 Toluen phản ứng nhanh hơn benzen và tạo
ra hỗn hợp 2 đồng phân ortho và para.
CH3
CH3

(o)

+ Br2

Bột Fe

Br

+ HBr
(41%)
o-brombenzen
CH3
(p) Br + HBr
(59%) 15
p-brombenzen


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
a. Phản ứng halogen hóa
 Nếu không dùng Fe mà chiếu sáng thì Br thế
cho H ở nhánh.
H2C–H

H2C–Br
+ Br2 as

+ HBr

Benzyl bromua
16


3.1.3.1 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
b. Phản ứng nitro hóa
 Benzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc và
H2SO4 đậm đặc tạo thành nitrobenzen .
H

NO2
+ HO–NO2(đăc)

H2SO4(đđ)

+ H2O
nitrobenzen
17


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế

b. Phản ứng nitro hóa
 Nitrobenzen tác dụng với hỗn hợp axit
HNO3 bốc khói và H2SO4 đậm đặc đồng thời
đung nóng thì tạo thành m-dinitrobenzen .
(m)

O2N

4(đđ)
+ HO–NO2(b.kh) H2SO
O2N
0

t

NO2
+ H2O

m-dinitrobenzen
18


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
b. Phản ứng nitro hóa
 Toluen tham gia phản ứng nitro hóa dễ
dàng hơn benzen tạo thành sản phẩm thế vào
ở vị trí ortho và para .
NO2

(o)

CH3

+ HO–NO2(đ)

H2SO4(đđ)

CH3
+ H2O
o-nitrotoluen (58%)
+ H2O
CH3
(p) NO2
19
p-nitrotoluen (42%)


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
c. Phản ứng sunfo hóa :Tác
nhân
:
H2SO4 hay oleum
+ SO3H

SO3H
H

SO3H

Acid benzensulfonic

20


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
d. Phản ứng ankyl hóa
CH3
Cl
CH3 CH CH3
2-Cloropropan
Benzen

AlCl3

CH CH3
+HCl
Cumen (85%)
(Isopropylbenzen)

21


Khi ankyl hóa aren, phản ứng
thường có sự sắp xếp (chuyển vị)
của nhóm ankyl trong quá trình

phản ứng, đặc biệt khi halogenua
ankyl là bậc 1
CH3CH2CH2CH2Cl
AlCl3
Benzen

1-Clorobutan

CH3
CH CH2 CH3

CH2CH2CH2CH3

+
sec-Butylbenzen (65%)

Butylbenzen (35%)
22


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.1 Phản ứng thế
e. Qui tắc thế ở vòng benzen
Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay
các nhóm –OH, –NH2, –OCH3,…) phản ứng thế vào
vòng sẽ xảy ra dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vi trí
ortho và para. Ngược lại nếu ở vòng benzen đã có
sẵn nhóm –NO2 (hay các nhóm –COOH, –SO3H,…)
phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên xảy ra

ở vị trí meta.
23


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.2 Phản ứng cộng
 Benzen và ankylbenxen không làm mất màu ddBr2.
 Khi chiếu sáng, benzen cộng với clo thành C6H6Cl6

C6H6 + 3Cl2

as

C6H6Cl6

 Khi đun nóng có xúc tác Ni hoặc Pt, benzen và
ankylbenzen cộng với hidro tạo thành cicloankan.

VD: C6H6 + 3H2

Ni,t0

C6H12
24


3.1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1.3.3 Phản ứng oxihóa

 Phản ứng cháy:
CnH2n-6 + (3n-3)/2 O2 → nCO2 + (n-3)H2O ; ∆ H<0
 Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn:
 Benzen không làm mất màu ddKMnO4.
 Các ankyl benzen khi nung nóng với ddKMnO4
thì chỉ có nhóm ankyl bị oxihóa.
C6H5CH3

KMnO4, H2O
80-100 C
0

C6H5 – C – OK
O
Kali benzoat

HCl

C6H5 – C – OH
O
axit benzoic
25