TÍNH CHẤT HÓA HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA BENZEN VÀ ANKYLBENZEN

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

* Nhận xét: benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền vững với các chất oxi hóa. Đó cũng là tính chất hóa học đặc trưng chung của các hiđrocacbon thơm nên được gọi là tính thơm. 

1. Phản ứng thế
a. Thế nguyên tử H của vòng benzen
* Phản ứng với halogen
 - Cho benzen và brom vào ống nghiệm khô rồi lắc nhẹ hỗn hợp. 
 - Cho tiếp một ít bột sắt vào ống nghiệm trên, lắc nhẹ. Màu của brom nhạt dần và thấy có khí hiđro bromua thoát ra do đã xảy ra phản ứng thế:

  
- Nếu cho các ankylbenzen phản ứng với brom trong điều kiện có bột sắt sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm thế brom chủ yếu vào vị trí para và ortho so với nhóm ankyl:



* Phản ứng với axit nitric
 - Cho benzen vào ống nghiệm chứa sẵn hỗn hợp ${\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H₂</span></span></span>}}_{}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">S</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O₄</span></span></span>}}_{}$ đặc và H$\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">N</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O₃</span></span></span>}}_{}$ đặc. Khi đó sẽ thấy có lớp chất lỏng nặng màu vàng nhạt lắng xuống. Đó là nitrobenzen được tạo thành theo phản ứng:

 - Toluen tham gia phản ứng nitro hóa dễ dàng hơn benzen (chỉ cần ${\displaystyle \mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">N</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O₃</span></span></span>}}_{}}$ đặc, không cần ${\displaystyle \mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">N</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O₃</span></span></span>}}_{}}$ bốc khói) tạo thành sản phẩm thế vào vị trí ortho và para:

*Quy luật thế trong nhân benzen: 

 - Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm ${\displaystyle <span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">-</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H</span></span></span>}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">,</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">-</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">N</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H₂</span></span></span>}}_{}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">,</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">-</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">C</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H₃</span></span></span>}}_{}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">,</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">.</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">.</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">.</span></span></span>}$), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí ${\displaystyle \mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">o</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">r</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">t</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">h</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">o</span></span></span>}}$ và ${\displaystyle \mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">p</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">a</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">r</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">a</span></span></span>}}$.

 - Ngược lại, nếu ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ${\displaystyle <span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">-</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">N</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O₂</span></span></span>}}_{}}$ (hoặc các nhóm ${\displaystyle <span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">-</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">C</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O</span></span></span>}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H</span></span></span>}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">,</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">-</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">S</span></span></span>}{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">O₃</span></span></span>}}_{}\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">H</span></span></span>}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">,</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">.</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">.</span></span></span><span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:22px;"><span\; style="font-family:times\; new\; roman,times,serif;">.</span></span></span>}$) phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta.

* Lưu ý:  Vận dụng quy tắc thế vào vòng benzen thường được đưa ra dưới 2 dạng toán:

 - So sánh khả năng tham gia phản ứng thế vào vòng benzen của các hợp chất thơm.

 - Sử dụng thứ tự hóa chất thích hợp để điều chế o - (p -) hoặc m- NO₂-C₆H₄-Br…

b. Thế nguyên tử H của mạch nhánh
 - Do các đồng đẳng của benzen còn có nhánh ankyl nên trong điều kiện thích hợp có thể thế H của nhánh ankyl.

C₆H₅CH₃ + Cl₂ → C₆H₅CH₂Cl + HCl (điều kiện ánh sáng và tỉ lệ 1:1)

2. Phản ứng cộng
a. Cộng hiđro



b. Cộng clo
 - Dẫn lượng nhỏ khí clo vào bình chứa một ít benzen, đậy kín lại rồi đưa bình ra ngoài ánh nắng. Trong bình xuất hiện khói trắng và thành bình xuất hiện một lớp bột màu trắng. Đó là 1,2,3,4,5,6-hexacloxiclohexan (hexacloran). 



3. Phản ứng oxi hoá
a. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn
Thí nghiệm: Khi đun nóng đồng thời cả hai ống nghiệm trong nồi cách thuỷ:
 - Benzen vân không làm mất màu dung dịch kali pemanganat. 
 - Toluen làm mất màu dung dịch kali pemanganat, tạo kết tủa mangan đioxit.






b. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn
Các hiđrocacbon thơm khi cháy toả nhiều nhiệt:

IV. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1.

1. Điều chế
Benzen, toluen, xilen,... thường tách được bằng cách chưng cất dầu mỏ và nhựa than đá. Chúng còn được điều chế từ ankan, hoặc xicloankan:

 - Etylbenzen được điều chế từ benzen và etilen

2. Ứng dụng
 - Benzen là một trong những nguyên liệu quan trọng nhất của công nghiệp hóa hữu cơ. Nó được dùng nhiều chất để tổng hợp các monome trong sản xuất polime làm chất dẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polistiren, cao su buna-stiren, tơ capron). Từ benzen người ta điều chế ra nitrobenzen,  anilin, phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ dịch hại,...
 - Toluen được dùng để sản xuất thuốc nổ TNT (trinitrotoluen)
 - Benzen, toluen và các xilen còn được dùng nhiều làm dung môi.

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng