Гидрирование и окисление бензола и его гомологов Гидрирование бензола

Строение алкенов.
Рассмотрим особенности строения алкенов на примере этилена.
В молекуле этилена присутствуют химические связи C–H и С=С.
Связь C–H ковалентная слабополярная одинарная σ-связь. Связь С=С – двойная, ковалентная неполярная, одна из связей σ, вторая π-связь. Атомы углерода при двойной связи образуют по три σ-связи и одну π-связь. Следовательно, гибридизация атомов углерода при двойной связи в молекулах алкенов – sp2:
При образовании связи σ-связи между атомами углерода происходит перекрывание sp2-гибридных орбиталей атомов углерода:
При образовании π-связи между атомами углерода происходит перекрывание негибридных орбиталей атомов углерода:
Три sp2-гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.
Поэтому три гибридные орбитали атомов углерода при двойной связи в алкенах направлены в пространстве под углом 120о друг к другу:
Это соответствует плоско-треугольному строению молекулы.
3. Окисление бензола и его гомологов.
Единое тг-молекулярное облако в молекуле бензола является надежной защитой углеродного скелета от действия окислителей. Напомним, что единое молекулярное облако, имеющее форму колец, с двух сторон защищает плоский углеродный скелет молекулы бензола.
Разрушить л-электронное облако даже сильным окислителям очень сложно, так как это связано с нарушением ароматичности кольца и в связи с этим с большими энергетическими затратами. Однако в присутствии катализаторов, при высоких температурах окислители иногда могут отрывать электроны с единого молекулярного облака, окисляя тем самым бензол. Нарушение ароматичности приводит к потере защиты, и углеродный скелет бензола разрушается с образованием малеиновой кислоты и СОг Например, такой процесс происходит при действии на бензол кислорода, при температуре 450 °С и в присутствии катализатора V2Os.
Сильные окислители КМп04 и К2Сг207 даже в присутствии сильных кислот не действуют на бензол.
На воздухе бензол горит коптящим пламенем (из-за высокого содержания углерода) с образованием С02 (или С, СО) и Н20.
Гомологи окисляются значительно легче, чем сам бензол. В отличие от бензола, они могут быть окислены перманганатом калия и бихроматом калия. Это объясняется тем, что алкильные радикалы не защищены единым тт-молекулярным облаком и подвержены воздействию окислителя, особенно это касается атома углерода, который непосредственно связан с бензольным кольцом. Именно этот атом окисляется в первую очередь под воздействием окислителя с образованием карбоксильной группы. И, таким образом, какой бы структуры не был алкильный радикал, главным продуктом будет бензойная кислота.
Заключение
Гидрированием бензола получают циклогексан, применяемый для производства адипиновой кислоты, капролактама, циклогексанола. Некоторое количество циклогексана используют в качестве растворителя при производстве полиолефинов и смол. В присутствии селективных гидрирующих катализаторов в процессе гидрирования бензола почти не образуется побочных продуктов и тем самым обеспечивается высокая чистота получаемого циклогексана.
Единое тг-молекулярное облако в молекуле бензола является надежной защитой углеродного скелета от действия окислителей. Напомним, что единое молекулярное облако, имеющее форму колец, с двух сторон защищает плоский углеродный скелет молекулы бензола. Разрушить л-электронное облако даже сильным окислителям очень сложно, так как это связано с нарушением ароматичности кольца и в связи с этим с большими энергетическими затратами. Однако в присутствии катализаторов, при высоких температурах окислители иногда могут отрывать электроны с единого молекулярного облака, окисляя тем самым бензол.