Oxidación de homólogos de benceno con permanganato de potasio en medio ácido. Propiedades fisicoquímicas del tolueno, ecuaciones de reacción.

18. Reacciones redox (continuación 2)

18.9. OVR que involucra sustancias orgánicas

En la ORR de sustancias orgánicas con sustancias inorgánicas, las sustancias orgánicas suelen ser agentes reductores. Así, cuando la materia orgánica se quema en exceso de oxígeno, siempre se forman dióxido de carbono y agua. Las reacciones son más complicadas cuando se utilizan agentes oxidantes menos activos. Esta sección analiza únicamente las reacciones de representantes de las clases más importantes de sustancias orgánicas con algunos agentes oxidantes inorgánicos.

Alquenos. Durante la oxidación suave, los alquenos se convierten en glicoles (alcoholes dihídricos). Los átomos reductores en estas reacciones son átomos de carbono unidos por un doble enlace.

La reacción con una solución de permanganato de potasio se produce en un medio neutro o ligeramente alcalino de la siguiente manera:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O CH 2 OH –CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (enfriamiento)

En condiciones más severas, la oxidación conduce a la ruptura de la cadena de carbono en el doble enlace y a la formación de dos ácidos (en un ambiente fuertemente alcalino, dos sales) o un ácido y dióxido de carbono (en un ambiente fuertemente alcalino, una sal y un carbonato):

1) 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (calentamiento)

2) 5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (calentamiento)

3) CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 6KMnO 4 + 10KOH CH 3 COCINAR + C 2 H 5 COCINAR + 6H 2 O + 6K 2 MnO 4 (calentar)

4) CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 13KOH CH 3 COCINAR + K 2 CO 3 + 8H 2 O + 10K 2 MnO 4 (calentar)

El dicromato de potasio en un medio de ácido sulfúrico oxida los alquenos de manera similar a las reacciones 1 y 2.

Alquinos. Los alquinos comienzan a oxidarse en condiciones ligeramente más severas que los alquenos, por lo que generalmente se oxidan rompiendo la cadena de carbono en el triple enlace. Como en el caso de los alcanos, los átomos reductores aquí son átomos de carbono, en este caso unidos por un triple enlace. Como resultado de las reacciones, se forman ácidos y dióxido de carbono. La oxidación se puede realizar con permanganato o dicromato de potasio en un ambiente ácido, por ejemplo:

5CH 3 C CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O (calentamiento)

A veces es posible aislar productos de oxidación intermedios. Dependiendo de la posición del triple enlace en la molécula, se trata de dicetonas (R 1 –CO–CO–R 2) o aldocetonas (R–CO–CHO).

El acetileno se puede oxidar con permanganato de potasio en un medio ligeramente alcalino hasta obtener oxalato de potasio:

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 = 3K 2 C 2 O 4 + 2H 2 O + 8MnO 2 + 2KOH

En un ambiente ácido, la oxidación procede a dióxido de carbono:

C 2 H 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

Homólogos del benceno. Los homólogos de benceno se pueden oxidar con una solución de permanganato de potasio en un ambiente neutro a benzoato de potasio:

C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COCINAR + 2MnO 2 + KOH + H 2 O (hirviendo)

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4 = C 6 H 5 COCINAR + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH (cuando se calienta)

La oxidación de estas sustancias con dicromato o permanganato de potasio en un ambiente ácido conduce a la formación de ácido benzoico.

Alcoholes. El producto de oxidación directa de los alcoholes primarios son los aldehídos y los productos de oxidación de los alcoholes secundarios son las cetonas.

Los aldehídos formados durante la oxidación de alcoholes se oxidan fácilmente a ácidos, por lo que los aldehídos de alcoholes primarios se obtienen por oxidación con dicromato de potasio en un medio ácido en el punto de ebullición del aldehído. Cuando los aldehídos se evaporan, no tienen tiempo de oxidarse.

3C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O (calentamiento)

Con un exceso de agente oxidante (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) en cualquier entorno, los alcoholes primarios se oxidan a ácidos carboxílicos o sus sales, y los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas. Los alcoholes terciarios no se oxidan en estas condiciones, pero el alcohol metílico se oxida a dióxido de carbono. Todas las reacciones ocurren cuando se calienta.

El alcohol dihídrico, etilenglicol HOCH 2 –CH 2 OH, cuando se calienta en un ambiente ácido con una solución de KMnO 4 o K 2 Cr 2 O 7, se oxida fácilmente a dióxido de carbono y agua, pero a veces es posible aislar productos intermedios. (HOCH 2 –COOH, HOOC– COOH, etc.).

Aldehídos. Los aldehídos son agentes reductores bastante fuertes y, por lo tanto, se oxidan fácilmente con varios agentes oxidantes, por ejemplo: KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, OH. Todas las reacciones ocurren cuando se calienta:

3CH 3 CHO + 2KMnO 4 = CH 3 COOH + 2CH 3 COCINAR + 2MnO 2 + H 2 O
3CH 3 CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
CH 3 CHO + 2OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

El formaldehído con un exceso de agente oxidante se oxida a dióxido de carbono.

18.10. Comparación de la actividad redox de varias sustancias.

De las definiciones de los conceptos "átomo oxidante" y "átomo reductor" se deduce que los átomos en el estado de oxidación más alto sólo tienen propiedades oxidantes. Por el contrario, los átomos en el estado de oxidación más bajo solo tienen propiedades reductoras. Los átomos en estados de oxidación intermedios pueden ser tanto agentes oxidantes como agentes reductores.

Al mismo tiempo, basándose únicamente en el grado de oxidación, es imposible evaluar sin ambigüedades las propiedades redox de las sustancias. Como ejemplo, considere las conexiones de elementos del grupo VA. Los compuestos de nitrógeno (V) y antimonio (V) son agentes oxidantes más o menos fuertes, los compuestos de bismuto (V) son agentes oxidantes muy fuertes y los compuestos de fósforo (V) prácticamente no tienen propiedades oxidantes. En este y otros casos similares, lo que importa es qué tan característico es un determinado estado de oxidación para un determinado elemento, es decir, qué tan estables son los compuestos que contienen átomos de un determinado elemento en este estado de oxidación.

Cualquier reacción redox avanza hacia la formación de un agente oxidante más débil y un agente reductor más débil. En el caso general, la posibilidad de que ocurra cualquier ORR, como cualquier otra reacción, puede determinarse por el signo del cambio en la energía de Gibbs. Además, para cuantificar la actividad redox de sustancias, se utilizan las características electroquímicas de los agentes oxidantes y reductores (potenciales estándar de pares redox). A partir de estas características cuantitativas, es posible construir series de actividad redox de diversas sustancias. La serie de tensiones metálicas que conoce se construye exactamente de esta manera. Esta serie permite comparar las propiedades reductoras de los metales en soluciones acuosas en condiciones estándar ( Con= 1 mol/l, t= 298,15 K), así como las propiedades oxidantes de las acuacaciones simples. Si coloca iones (agentes oxidantes) en la fila superior de esta fila y átomos de metal (agentes reductores) en la fila inferior, entonces el lado izquierdo de esta fila (antes del hidrógeno) se verá así:

En esta serie, las propiedades oxidantes de los iones (línea superior) aumentan de izquierda a derecha y las propiedades reductoras de los metales (línea inferior), por el contrario, de derecha a izquierda.

Teniendo en cuenta las diferencias en la actividad redox en diferentes entornos, es posible construir series similares para agentes oxidantes. Así, para reacciones en un ambiente ácido (pH = 0), se obtiene una “continuación” de la serie de actividades del metal en la dirección de aumentar las propiedades oxidativas.

Al igual que en la serie de actividad de los metales, en esta serie las propiedades oxidantes de los agentes oxidantes (línea superior) aumentan de izquierda a derecha. Pero, utilizando esta serie, es posible comparar la actividad reductora de los agentes reductores (línea inferior) sólo si su forma oxidada coincide con la que se muestra en la línea superior; en este caso se intensifica de derecha a izquierda.

Veamos algunos ejemplos. Para saber si esta ORR es posible, usaremos una regla general que determina la dirección de las reacciones redox (las reacciones proceden en la dirección de la formación de un agente oxidante más débil y un agente reductor más débil).

1. ¿Es posible reducir el cobalto de una solución de CoSO 4 con magnesio?
El magnesio es un agente reductor más fuerte que el cobalto y los iones Co 2 son agentes oxidantes más fuertes que los iones Mg 2, por lo que es posible.
2. ¿Es posible oxidar cobre a CuCl 2 en un ambiente ácido con una solución de FeCl 3?
Dado que los iones Fe 3B son agentes oxidantes más fuertes que los iones Cu 2 y el cobre es un agente reductor más fuerte que los iones Fe 2, esto es posible.
3. ¿Es posible obtener una solución de FeCl 3 soplando oxígeno a través de una solución de FeCl 2 acidificada con ácido clorhídrico?
Parecería que no, ya que en nuestra serie el oxígeno está a la izquierda de los iones Fe 3 y es un agente oxidante más débil que estos iones. Pero en una solución acuosa, el oxígeno casi nunca se reduce a H 2 O 2; en este caso, se reduce a H 2 O y tiene lugar entre Br 2 y MnO 2. Por tanto, esta reacción es posible, aunque avanza con bastante lentitud (¿por qué?).
4. ¿Es posible oxidar H 2 O 2 en un ambiente ácido con permanganato de potasio?
En este caso, el H 2 O 2 es un agente reductor y un agente reductor más fuerte que los iones Mn 2B, y los iones MnO 4 son agentes oxidantes más fuertes que el oxígeno formado a partir del peróxido. Por tanto, es posible.

Una serie similar construida para ORR en medio alcalino es la siguiente:

A diferencia de la serie "ácida", esta serie no se puede utilizar junto con la serie de actividad metálica.

Método de equilibrio electrón-ion (método de media reacción), ORR intermolecular, ORR intramolecular, ORR por dismutación (desproporción, autooxidación-autoreducción), conmutación ORR, pasivación.

Utilizando el método del balance de iones electrónicos, componga ecuaciones para las reacciones que ocurren cuando a) se agrega una solución de H 2 S (S, más precisamente, S 8 ) a una solución de permanganato de potasio acidificada con ácido sulfúrico; b) KHS; c) K2S; d) H2SO3;
e) KHSO3; e) K2SO3; e) HNO2; g) KNO2;
i) KI (I2); j) FeSO4; l) C2H5OH (CH3COOH);
m) CH3CHO; n) (COOH)2 (CO2); norte) K2C2O4.
Aquí y a continuación, cuando sea necesario, los productos de oxidación se indican entre llaves.
Escriba las ecuaciones de las reacciones que ocurren cuando los siguientes gases pasan a través de una solución de permanganato de potasio acidificada con ácido sulfúrico: a) C 2 H 2 (CO 2 ); b) C2H4 (CO2); c) C 3 H 4 (propino) (CO 2 y CH 3 COOH); d) C3H6; e) CH4; e) HCHO.
Lo mismo, pero a una solución neutra de permanganato de potasio se le añade una solución de agente reductor: a) KHS; b) K2S; c) KHSO3; d) K2SO3;
e) KNO2; mi) KI.
Lo mismo, pero a la solución de permanganato de potasio se le agrega previamente una solución de hidróxido de potasio: a) K 2 S (K 2 SO 4 ); b) K2SO3;
c) KNO2; d) KI (KIO 3).
Escriba las ecuaciones para las siguientes reacciones que ocurren en solución: a) KMnO 4 + H 2 S ...;
b) KMnO 4 + HCl...;
c) KMnO 4 + HBr...;
d) KMnO 4 + HI ...
Formule las siguientes ecuaciones para la ORR del dióxido de manganeso:

A una solución de dicromato de potasio acidificada con ácido sulfúrico se le añadieron soluciones de las siguientes sustancias: a) KHS; b) K2S; c) HNO2; d) KNO2;

e) KI; f) FeSO4; g) CH3CH2CHO; i) H2SO3;

j) KHSO3; k) K 2 SO 3. Escribe las ecuaciones de las reacciones que tienen lugar.
Escriba las ecuaciones de las reacciones que ocurren cuando se agregan las siguientes sustancias al ácido nítrico concentrado: a) S (H 2 SO 4 ); b) P4((HPO3)4); c) grafito; d) Se; e) I 2 (HIO 3);
f) Ag; g)Cu; i) Pb; j) KF; l) FeO; m) FeS; m) MgO; n) MgS; p) Fe(OH)2;
c) P2O3; t) Como 2 O 3 (H 3 AsO 4 );
y) Como 2S3; f) Fe(NO3)2; x) P4O10;
v) Cu2S.
Lo mismo, pero al pasar los siguientes gases: a) CO; b) H2S; c) N2O; d) NH3; mi) NO; f) H2Se;
g) Hola.
Las reacciones se desarrollarán igual o diferente en los siguientes casos: a) se colocó un trozo de magnesio en un tubo de ensayo alto lleno hasta sus dos tercios con ácido nítrico concentrado; b) ¿Se colocó una gota de ácido nítrico concentrado sobre la superficie de la placa de magnesio? Escribe las ecuaciones de reacción.
¿Cuál es la diferencia entre la reacción del ácido nítrico concentrado con ácido sulfuro de hidrógeno y con sulfuro de hidrógeno gaseoso? Escribe las ecuaciones de reacción.
¿La ORR procederá de la misma manera cuando se agregan sulfuro de sodio cristalino anhidro y su solución 0,1 M a una solución concentrada de ácido nítrico?
Se trató una mezcla de las siguientes sustancias con ácido nítrico concentrado: Cu, Fe, Zn, Si y Cr. Escribe las ecuaciones de las reacciones que tienen lugar.
Escriba las ecuaciones de las reacciones que ocurren cuando se agregan las siguientes sustancias al ácido nítrico diluido: a) I 2 ; b) magnesio; c) Al; d) Fe; e) FeO; f) FeS; g) Fe(OH)2; i) Fe(OH)3; j) MnS; l) Cu2S;
Escriba las ecuaciones de reacción que caracterizan las propiedades redox del peróxido de hidrógeno:

¿En cuál de estas reacciones el peróxido de hidrógeno es un agente oxidante y en cuál es un agente reductor?

¿Qué reacciones ocurren cuando se calientan las siguientes sustancias: a) (NH 4) 2 CrO 4; b) NaNO3; c) CaCO3; d) Al(NO3)3; e) Pb(NO3)3;
f) AgNO3; g) Hg(NO3)2; i) Cu(NO3)2;
j) CuO; l) NaClO4; m) Ca(ClO4)2; m) Fe(NO3)2;
n) PCl5; p) MnCl4; c) H2C2O4;
r) LiNO3; y) HgO; f) Ca(NO3)2; x) Fe(OH)3;
v) CuCl2; h) KClO3; w) KClO2; y) CrO 3 ?

Cuando se combinan soluciones calientes de cloruro de amonio y nitrato de potasio, se produce una reacción acompañada de la liberación de gas. Escribe una ecuación para esta reacción. Escriba las ecuaciones para las reacciones que ocurren cuando a) cloro, b) vapor de bromo pasan a través de una solución fría de hidróxido de sodio. Lo mismo, pero mediante una solución caliente. Al interactuar con una solución concentrada caliente de hidróxido de potasio, el selenio sufre una dismutación a los estados de oxidación estables más cercanos (–II y +IV). Escribe una ecuación para esta ORR.

En las mismas condiciones, el azufre sufre una dismutación similar, pero el exceso de azufre reacciona con los iones sulfito para formar iones tiosulfato S 2 O 3 2. Escribe las ecuaciones de las reacciones que tienen lugar. ;Escriba las ecuaciones para las reacciones de electrólisis de a) una solución de nitrato de cobre con un ánodo de plata, b) una solución de nitrato de plomo con un ánodo de cobre. Experiencia 1.

Propiedades oxidativas del permanganato de potasio en un ambiente ácido.. Agregue un volumen igual de una solución diluida de ácido sulfúrico a 3-4 gotas de una solución de permanganato de potasio y luego una solución de sulfito de sodio hasta que se decolore. Escribe una ecuación para la reacción. Experiencia 2.

Propiedades oxidantes del permanganato de potasio en ambiente neutro.. Agregue 5 a 6 gotas de solución de sulfito de sodio a 3 a 4 gotas de solución de permanganato de potasio. ¿Qué sustancia se liberó como precipitado? Experiencia 3

Propiedades oxidativas del permanganato de potasio en un ambiente alcalino. A 3-4 gotas de solución de permanganato de potasio, agregue 10 gotas de solución concentrada de hidróxido de sodio y 2 gotas de solución de sulfito de sodio. Coloque un gránulo de zinc en un tubo de ensayo y un trozo de cinta de cobre en el otro. Agregue de 8 a 10 gotas de una solución diluida de ácido sulfúrico a ambos tubos de ensayo. Compara los fenómenos que ocurren. ¡REALICE EL EXPERIMENTO EN UN GANCHO DE HUMOS!

Experiencia 6. Propiedades oxidantes del ácido sulfúrico concentrado. Similar al experimento 5, pero agrega una solución concentrada de ácido sulfúrico. Un minuto después del inicio de la liberación de los productos de reacción gaseosos, se introducen en los tubos de ensayo tiras de papel de filtro humedecido con soluciones de permanganato de potasio y sulfato de cobre. Explica los fenómenos que ocurren.

¡REALICE EL EXPERIMENTO EN UN GANCHO DE HUMOS! Experiencia 7. Propiedades oxidantes del ácido nítrico diluido.

Similar al experimento 5, pero agrega una solución diluida de ácido nítrico. Observe el cambio de color de los productos de reacción gaseosos. ¡REALICE EL EXPERIMENTO EN UN GANCHO DE HUMOS!. Experiencia 8 Propiedades oxidantes del ácido nítrico concentrado.

Coloque un trozo de cinta de cobre en un tubo de ensayo y agregue 10 gotas de una solución concentrada de ácido nítrico. Calentar suavemente hasta que el metal se disuelva por completo. ¡REALICE EL EXPERIMENTO EN UN GANCHO DE HUMOS!. Experiencia 9 Propiedades oxidantes del nitrito de potasio.

A 5-6 gotas de solución de nitrito de potasio, agregue un volumen igual de una solución diluida de ácido sulfúrico y 5 gotas de solución de yoduro de potasio. ¿Qué sustancias se están formando?. Experiencia 10 Propiedades reductoras del nitrito de potasio.

A 5-6 gotas de una solución de permanganato de potasio, agregue un volumen igual de una solución diluida de ácido sulfúrico y una solución de nitrito de potasio hasta que la mezcla esté completamente decolorada.Experiencia 11. Descomposición térmica del nitrato de cobre.

Coloque una microespátula de nitrato de cobre trihidrato en un tubo de ensayo, asegúrelo en un soporte y caliéntelo suavemente con una llama abierta..Observar la deshidratación y posterior descomposición de la sal. ¡REALICE EL EXPERIMENTO EN UN GANCHO DE HUMOS! Experiencia 12

Descomposición térmica del nitrato de plomo.

Realizar el mismo procedimiento que el experimento 11, colocando nitrato de plomo en un tubo de ensayo. ¡REALICE EL EXPERIMENTO EN UN GANCHO DE HUMOS! ¿Cuál es la diferencia entre los procesos que ocurren durante la descomposición de estas sales?

Propiedades físicas

El benceno y sus homólogos más cercanos son líquidos incoloros con un olor específico. Los hidrocarburos aromáticos son más ligeros que el agua y no se disuelven en ella, pero son fácilmente solubles en disolventes orgánicos: alcohol, éter, acetona.

Mesa. Propiedades físicas de algunas arenas.

Nombre	Fórmula	t°.pl., °C	t°.p.b., °C
Benceno	C6H6	5,5	80,1
Tolueno (metilbenceno)	C6H5CH3	95,0	110,6
Etilbencina	C6H5C2H5	95,0	136,2
Xileno (dimetilbenceno)	C6H4(CH3)2
orto-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
par-		13,26	138,35
propilbenceno	C6H5(CH2)2CH3	99,0	159,20
Cumeno (isopropilbenceno)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Estireno (vinilbenceno)	C6H5CH=CH2	30,6	145,2

Benceno – punto de ebullición bajo ( tbala= 80,1°C), líquido incoloro, insoluble en agua

¡Atención! Benceno – veneno, afecta los riñones, cambia la fórmula sanguínea (con exposición prolongada), puede alterar la estructura de los cromosomas.

La mayoría de los hidrocarburos aromáticos son tóxicos y ponen en peligro la vida.

Preparación de arenos (benceno y sus homólogos)

en el laboratorio

1. Fusión de sales de ácido benzoico con álcalis sólidos.

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

benzoato de sodio

2. Reacción de Wurtz-Fitting: (aquí G es halógeno)

C 6h 5 -G+2N / A + R-G →do 6 h 5 - R + 2 N / AGRAMO

CON 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

en la industria

aislado del petróleo y del carbón mediante destilación fraccionada y reformado;
de alquitrán de hulla y gas de coque

1. Deshidrociclización de alcanos. con más de 6 átomos de carbono:

C6H14 t , gato→C6H6 + 4H2

2. Trimerización del acetileno(solo para benceno) – r. zelinsky:

3С 2 H2 600°do, acto. carbón→C6H6

3. Deshidrogenación ciclohexano y sus homólogos:

El académico soviético Nikolai Dmitrievich Zelinsky estableció que el benceno se forma a partir del ciclohexano (deshidrogenación de cicloalcanos

C6H12 t, kat→C6H6 + 3H2

C6H11-CH3 t , gato→C6H5-CH3 + 3H2

metilciclohexantolueno

4. Alquilación de benceno(preparación de homólogos de benceno) – r Friedel-Crafts.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl

cloroetano etilbencina

Propiedades químicas de los arenos.

I. REACCIONES DE OXIDACIÓN

1. Combustión (llama humeante):

2C6H6 + 15O2 t→12CO2 + 6H2O + Q

2. En condiciones normales, el benceno no decolora el agua con bromo ni una solución acuosa de permanganato de potasio.

3. Los homólogos del benceno se oxidan con permanganato de potasio (decoloran el permanganato de potasio):

A) en un ambiente ácido al ácido benzoico

Cuando los homólogos del benceno se exponen al permanganato de potasio y otros agentes oxidantes fuertes, las cadenas laterales se oxidan. No importa cuán compleja sea la cadena del sustituyente, se destruye, con la excepción del átomo de carbono a, que se oxida a un grupo carboxilo.

Los homólogos del benceno con una cadena lateral dan ácido benzoico:

Los homólogos que contienen dos cadenas laterales dan ácidos dibásicos:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

Simplificado :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C6H5COOH + H2O

B) en sales de ácido neutro y ligeramente alcalino a benzoico

C6H5-CH3 + 2KMnO4 → C6H5COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. REACCIONES DE ADICIÓN (más duro que los alquenos)

1. Halogenación

C6H6 +3Cl2 h ν → C6H6Cl6 (hexaclorociclohexano - hexaclorano)

2. Hidrogenación

C6H6 + 3H2 t , puntooNi→C6H12 (ciclohexano)

3. Polimerización

III. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN – mecanismo iónico (más ligero que los alcanos)

1. Halogenación -

a ) benceno

C6H6+Cl2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (clorobenceno)

C6H6 + 6Cl2 t ,AlCl3→C6Cl6 + 6HCl( hexaclorobenceno)

C6H6 + Br2 t,FeCl3→ C6H5-Br + HBr( bromobenceno)

b) homólogos de benceno tras irradiación o calentamiento

Las propiedades químicas de los radicales alquilo son similares a las de los alcanos. Los átomos de hidrógeno que contienen son reemplazados por halógeno mediante un mecanismo de radicales libres. Por lo tanto, en ausencia de un catalizador, tras el calentamiento o la irradiación UV, se produce una reacción de sustitución de radicales en la cadena lateral. La influencia del anillo de benceno sobre los sustituyentes alquilo conduce al hecho de que El átomo de hidrógeno siempre se reemplaza en el átomo de carbono directamente unido al anillo de benceno (átomo de carbono a).

1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

c) homólogos de benceno en presencia de un catalizador

C6H5-CH3 + Cl2 AlCl 3 → (mezcla orta, par de derivados) +HCl

2. Nitración (con ácido nítrico)

C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C6H5-NO2 + H2O

nitrobenceno - oler almendras!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ CON H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-trinitrotolueno (tol, TNT)

Aplicación del benceno y sus homólogos.

Benceno C 6 H 6 es un buen disolvente. El benceno como aditivo mejora la calidad del combustible para motores. Sirve como materia prima para la producción de muchos compuestos orgánicos aromáticos: nitrobenceno C 6 H 5 NO 2 (disolvente del que se obtiene la anilina), clorobenceno C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, estireno, etc.

tolueno C 6 H 5 –CH 3 – disolvente utilizado en la producción de colorantes, medicamentos y explosivos (TNT (TNT) o 2,4,6-trinitrotolueno TNT).

xilenos C6H4(CH3)2. El xileno técnico es una mezcla de tres isómeros ( orto-, meta- Y par-xilenos): se utiliza como disolvente y producto de partida para la síntesis de muchos compuestos orgánicos.

isopropilbenceno C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 se utiliza para producir fenol y acetona.

Derivados clorados del benceno. utilizado para la protección de plantas. Por tanto, el producto de la sustitución de átomos de H en el benceno por átomos de cloro es el hexaclorobenceno C 6 Cl 6, un fungicida; se utiliza para el tratamiento en seco de semillas de trigo y centeno contra el carbón. El producto de la adición de cloro al benceno es hexaclorociclohexano (hexaclorano) C 6 H 6 Cl 6, un insecticida; se utiliza para controlar insectos dañinos. Las sustancias mencionadas pertenecen a pesticidas, medios químicos para combatir microorganismos, plantas y animales.

estireno C 6 H 5 – CH = CH 2 polimeriza muy fácilmente formando poliestireno y, cuando se copolimeriza con butadieno, cauchos de estireno-butadieno.

EXPERIENCIAS EN VÍDEO

El tolueno es metilbenceno, que es un líquido incoloro que pertenece a una clase de arenos, que son compuestos orgánicos con un sistema aromático en su composición.

La característica clave de esta sustancia puede considerarse su olor específico. Sin embargo, ésta no es la única “característica distintiva” de la sustancia. El tolueno tiene muchas propiedades y características, y vale la pena hablar brevemente de todas ellas.

un poco de historia

Las propiedades químicas del tolueno comenzaron a estudiarse hace poco menos de 200 años, cuando se obtuvo por primera vez. La sustancia fue descubierta en 1835 por el farmacéutico y químico francés Pierre Joseph Pelletier. El científico obtuvo tolueno destilando resina de pino.

Y tres años después, el físico químico francés Henri Saint-Clair Deville aisló esta sustancia de un bálsamo que trajo de la ciudad colombiana de Tolú. De hecho, en honor a esta bebida, el compuesto recibió su nombre.

información general

¿Qué se puede decir sobre las características y propiedades químicas del tolueno? La sustancia es un líquido móvil volátil con un olor acre. Tiene un suave efecto narcótico. Reacciona con un número ilimitado de hidrocarburos, interactúa con éteres y ésteres, con alcoholes. No se mezcla con agua.

Las características son las siguientes:

La sustancia se designa con la fórmula C 7 H 8.
Su masa molar es 92,14 g/mol.
La densidad es 0,86694 g/cm³.
Los puntos de fusión y ebullición son -95 ℃ y 110,6 ℃, respectivamente.
El calor específico de evaporación es 364 kJ/kg.
La temperatura crítica de transición de fase es de 320 °C.

Esta sustancia también es inflamable. Arde con una llama humeante.

Propiedades químicas básicas

El tolueno es una sustancia que se caracteriza por reacciones de sustitución electrofílica. Se encuentran en el llamado anillo aromático, que presenta una estabilidad anormalmente alta. Estas reacciones ocurren principalmente en posiciones para y orto con respecto al grupo metilo -CH 3 .

Las reacciones de ozonólisis y adición (hidrogenación) se relacionan con las propiedades químicas del tolueno. Bajo la influencia de ciertos agentes oxidantes, el grupo metilo se convierte en carboxilo. Muy a menudo, una solución alcalina de permanganato de potasio o no concentrada. ácido nítrico.

También vale la pena señalar que el tolueno es capaz de combustión espontánea. Esto requiere una temperatura de 535 °C. El flash se produce a 4 °C.

Formación de ácido benzoico.

La capacidad de la sustancia en cuestión para participar en este proceso también se debe a sus propiedades químicas. El tolueno, al reaccionar con agentes oxidantes fuertes, forma el ácido carboxílico benzoico monobásico más simple, que pertenece a la serie aromática. Su fórmula es C6H5COOH.

El ácido tiene forma de cristales blancos que son fácilmente solubles en éter dietílico, cloroformo y etanol. Se obtiene mediante las siguientes reacciones:

Tolueno y permanganato de potasio reaccionan en un ambiente ácido. La fórmula es la siguiente: 5C 6 H 5 CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O.
Tolueno y permanganato de potasio interactúan en un ambiente neutro. La fórmula es: C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 SOOC + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.
El tolueno reacciona con la luz con halógenos, agentes oxidantes energéticos. Ocurre según la fórmula: C 6 H 5 CH 3 + X 2 → C 6 H 5 CH 2 X + HX.

El ácido benzoico obtenido como resultado de estas reacciones se utiliza en muchos campos. Se utiliza principalmente para producir reactivos: cloruro de benzoilo, plastificantes de benzoato, fenol.

También se utiliza para enlatar. Los aditivos E213, E212, E211 y E210 se elaboran específicamente a base de ácido benzoico. Bloquea las enzimas y ralentiza el metabolismo, inhibiendo el crecimiento de levaduras, moho y bacterias.

El ácido benzoico también se utiliza en medicina para tratar enfermedades de la piel y como expectorante.

Obteniendo la sustancia

Las ecuaciones de reacción presentadas anteriormente que demuestran las propiedades químicas del tolueno no son todo lo que nos gustaría considerar. Es importante hablar del proceso de obtención de esta sustancia.

El tolueno es un producto del procesamiento industrial de fracciones de petróleo de gasolina. A esto también se le llama reformado catalítico. La sustancia se aísla mediante extracción selectiva, tras lo cual se lleva a cabo una rectificación: la mezcla se separa mediante calor a contracorriente y transferencia de masa entre líquido y vapor.

Este proceso a menudo se reemplaza por la deshidrogenación catalítica del heptano. Es un alcano orgánico de fórmula CH 3 (CH 2) 5 CH 3. La deshidrogenación se produce a través del metilciclohexano, un cicloalcano de fórmula C 7 H 14. Es un hidrocarburo monocíclico en el que un átomo de hidrógeno es reemplazado por un grupo metilo.

El tolueno se purifica de la misma forma que el benceno. Eso es sólo si se aplica ácido sulfúrico, Hay que tener en cuenta que esta sustancia se sulfona con mayor facilidad. Esto significa que al purificar tolueno es necesario mantener una temperatura más baja. Por debajo de 30°C para ser exactos.

Tolueno y benceno

Dado que las dos sustancias son similares, vale la pena comparar las propiedades químicas. Tanto el benceno como el tolueno sufren reacciones de sustitución. Sin embargo, sus tarifas difieren. Debido a que el grupo metilo en la molécula de tolueno afecta el anillo aromático, reacciona más rápido.

Pero el benceno, a su vez, presenta resistencia a la oxidación. Así, por ejemplo, cuando se ve afectado por permanganato de potasio, no pasa nada. Pero el tolueno en esta reacción forma ácido benzoico, como se mencionó anteriormente.

Al mismo tiempo, se sabe que los hidrocarburos saturados no reaccionan con una solución de permanganato de potasio. Así, la oxidación del tolueno se explica por la influencia que ejerce el anillo de benceno sobre el grupo metilo. Esta afirmación la confirma la teoría de Butlerov. De acuerdo con esto, los átomos y sus grupos en las moléculas ejercen una influencia mutua.

Reacción de Friedel-Crafts

Mucho se ha dicho anteriormente sobre la fórmula y las propiedades químicas del tolueno. Pero aún no se ha mencionado que es muy posible obtener esta sustancia a partir del benceno si se realiza la reacción de Friedel-Crafts. Este es el nombre del método de acilación y alquilación de compuestos aromáticos utilizando catalizadores ácidos. Estos incluyen trifluoruro de boro (BF 3), cloruro de zinc (ZnCl 2), aluminio (AlCl 3) y hierro (FeCI 3).

Pero en el caso del tolueno sólo se puede utilizar un catalizador. Y este es el tribromuro de hierro, que es un compuesto binario complejo de naturaleza inorgánica con la fórmula FeBr 3. Y la reacción se ve así: C 6 H 6 + CH 3 Br à FeBr 3 C 6 H 5 CH 3 + HBr. Así, el benceno y el tolueno no sólo combinan las propiedades químicas, sino también la capacidad de obtener una sustancia de la otra.

Peligro de incendio

Es imposible no mencionarlo cuando se habla de las propiedades químicas y físicas del tolueno. Después de todo, se trata de una sustancia muy inflamable.

Pertenece a la clase 3.1 de líquidos inflamables. Esta categoría también incluye el combustible diesel, el gasóleo y los compuestos explosivos insensibilizados.

No permita que se produzcan llamas abiertas, humo o chispas cerca del tolueno. Incluso una mezcla de vapores de esta sustancia con aire es explosiva. Si se llevan a cabo operaciones de drenaje y carga, el cumplimiento de las normas de protección contra la electricidad estática adquiere una importancia primordial.

Las instalaciones de producción destinadas a realizar trabajos relacionados con el tolueno cuentan con ventilación de suministro y extracción, y el equipo cuenta con succión. Está prohibido el uso de herramientas que puedan producir chispas al impactar. Y si una sustancia se enciende, es necesario apagarla solo con agua finamente rociada, espuma química o mecánica de aire. El tolueno derramado se neutraliza con arena.

Peligro para los humanos

Las características y propiedades químicas del tolueno determinan su toxicidad. Como ya se mencionó, sus vapores tienen un efecto narcótico. Es especialmente fuerte en altas concentraciones. Una persona que inhala el vapor experimenta alucinaciones graves. Pocas personas lo saben, pero hasta 1998 esta sustancia formaba parte del pegamento Moment. Por eso era tan popular entre los adictos a sustancias.

Las altas concentraciones de esta sustancia también afectan negativamente al sistema nervioso, las membranas mucosas de los ojos y la piel. La función de la hematopoyesis se ve afectada, ya que el tolueno es un veneno muy tóxico. Debido a esto, pueden ocurrir enfermedades como hipoxia y cianosis.

Incluso existe el concepto de abuso de la sustancia tolueno. También tiene un efecto cancerígeno. Después de todo, el vapor que ingresa al cuerpo humano a través de la piel o el sistema respiratorio afecta el sistema nervioso. A veces estos procesos no se pueden revertir.

Además, los vapores pueden provocar inhibición y alterar el funcionamiento del sistema vestibular. Por ello, las personas que trabajan con esta sustancia trabajan en zonas bien ventiladas, siempre bajo tracción y utilizan guantes de goma especiales.

Solicitud

Para completar el tema de las propiedades fisicoquímicas del tolueno, conviene considerar las áreas en las que esta sustancia participa activamente.

Este compuesto también es un disolvente eficaz para muchos polímeros (sustancias cristalinas amorfas de alto peso molecular). Y a menudo se añade a la composición de disolventes comerciales para pinturas y barnices y a algunos medicamentos. Este compuesto es incluso aplicable en la producción de explosivos. Con su adición se producen trinitrotolueno y TNT.

Ecualización de reacciones redox que involucran sustancias orgánicas mediante el método del equilibrio electrónico.

Las reacciones de oxidación de sustancias orgánicas se encuentran a menudo en un curso de química básica. Al mismo tiempo, su registro se suele presentar en forma de diagramas simples, algunos de los cuales dan solo una idea general de las transformaciones de sustancias de diferentes clases entre sí, sin tener en cuenta las condiciones específicas del proceso ( por ejemplo, la reacción del medio), que afectan la composición de los productos de reacción. Mientras tanto, los requisitos del Examen Estatal Unificado de Química en la Parte C son tales que es necesario escribir la ecuación de reacción con un determinado conjunto de coeficientes. Este artículo proporciona recomendaciones sobre la metodología para componer dichas ecuaciones.

Para describir reacciones redox se utilizan dos métodos: el método de ecuaciones electrón-ion y el método del equilibrio electrónico. Sin detenernos en lo primero, observamos que el método de la balanza electrónica se estudia en un curso básico de química escolar y por tanto es bastante aplicable para continuar con el estudio de la materia.

Las ecuaciones de equilibrio electrónico describen principalmente los procesos de oxidación y reducción de átomos. Además, los factores especiales indican los coeficientes frente a las fórmulas de sustancias que contienen átomos que participaron en los procesos de oxidación y reducción. Esto, a su vez, le permite encontrar los coeficientes restantes.

Ejemplo 1. Oxidación de tolueno con permanganato de potasio en ambiente ácido.

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = ...

Se sabe que los radicales metilo laterales de los arenos suelen oxidarse a carboxilo, por lo que en este caso se forma ácido benzoico. El permanganato de potasio en un ambiente ácido se reduce a cationes de manganeso doblemente cargados. Dada la presencia de un ambiente de ácido sulfúrico, los productos serán sulfato de manganeso (II) y sulfato de potasio. Además, la oxidación en un ambiente ácido produce agua. Ahora el esquema de reacción se ve así:

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = C 6 H 5 COOH + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

El diagrama muestra que el estado del átomo de carbono en el radical metilo, así como el átomo de manganeso, cambia. Los estados de oxidación del manganeso se determinan según las reglas generales de cálculo: en permanganato de potasio +7, en sulfato de manganeso +2. Los estados de oxidación del átomo de carbono se pueden determinar fácilmente basándose en las fórmulas estructurales del radical metilo y carboxilo. Para hacer esto, debemos considerar el cambio en la densidad electrónica basándose en el hecho de que, en términos de electronegatividad, el carbono ocupa una posición intermedia entre el hidrógeno y el oxígeno, y el enlace C-C se considera formalmente no polar. En el radical metilo, el átomo de carbono atrae tres electrones de tres átomos de hidrógeno, por lo que su estado de oxidación es -3. En el carboxilo, el átomo de carbono dona dos electrones al átomo de oxígeno del carbonilo y un electrón al átomo de oxígeno del hidroxilo, por lo que el estado de oxidación del átomo de carbono es +3.

Ecuación de equilibrio electrónico:

Mn +7 + 5e = Mn +2 6

C -3 – 6e = C +3 5

Antes de las fórmulas de sustancias que contienen manganeso, se requiere un coeficiente de 6, y antes de las fórmulas de tolueno y ácido benzoico, 5.

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + H 2 O

Y el número de átomos de azufre:

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 +9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 +3K 2 SO 4 + H 2 O

En la etapa final, se requiere un coeficiente antes de la fórmula del agua, que se puede derivar seleccionando el número de átomos de hidrógeno u oxígeno:

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + 14H 2 O

Ejemplo 2. Reacción del “espejo de plata”.

La mayoría de las fuentes bibliográficas indican que los aldehídos en estas reacciones se oxidan a los ácidos carboxílicos correspondientes. En este caso, el agente oxidante es una solución amoniacal de óxido de plata (I) – Ag Solución de 2 O am. En realidad, la reacción ocurre en un ambiente alcalino de amoníaco, por lo que se debería formar una sal de amonio o CO. 2 en caso de oxidación de formaldehído.

Consideremos la oxidación del acetaldehído con el reactivo de Tollens:

CH3CHO + Ag(NH3)2OH = ...

En este caso, el producto de oxidación será acetato de amonio y el producto de reducción será plata:

CH 3 CHO + Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + Ag + ...

El átomo de carbono del grupo carbonilo sufre oxidación. Según la estructura del carbonilo, el átomo de carbono cede dos electrones al átomo de oxígeno y recibe un electrón del átomo de hidrógeno, es decir. El estado de oxidación del carbono es +1. En el grupo carboxilo del acetato de amonio, el átomo de carbono dona tres electrones a los átomos de oxígeno y tiene un estado de oxidación de +3. Ecuación de balanza electrónica:

C +1 – 2e = C +3 1

Ag +1 + 1e = Ag 0 2

Pongamos coeficientes delante de las fórmulas de sustancias que contienen átomos de carbono y plata:

CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag +…

De las cuatro moléculas de amoníaco del lado izquierdo de la ecuación, una participará en la formación de sal y las tres restantes se liberarán en forma libre. Además, los productos de reacción contendrán agua, cuyo coeficiente frente a la fórmula se puede encontrar seleccionando (1):

CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O

En conclusión, observamos que un método alternativo para describir OVR, el método de ecuaciones electrón-ion, a pesar de sus ventajas, requiere un tiempo de estudio y práctica adicional, que, por regla general, es extremadamente limitado. Sin embargo, el conocido método de balanza electrónica, cuando se utiliza correctamente, produce los resultados deseados.

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