Гидрирование и окисление бензола и его гомологов План

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 СО_г Например, такой процесс происходит при действии на бензол кислорода, при температуре 450 °С и в присутствии катализатора V₂O_s.

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.
Одно из условий достаточной селективности процесса — соблюдение необходимого температурного режима. При разработке технологических схем заводских установок большое внимание уделяется способам отвода тепла реакции, т. к. процесс сильно экзотермичен (2675,2 кДж/моль). Выбор основных параметров процесса (давления, температуры) определяется, главным образом, содержанием в исходном сырье сернистых соединений. Бензол, почти свободный от сернистых соединений (менее 0,01 масс. %), гидрируют над низкотемпературными катализаторами при небольшом давлении водорода. Сернистый бензол без предварительной очистки гидрируют над серостойкими катализаторами при повышенных температуре и давлении.
При гидрировании бензола при нагревании и в присутствии катализатора образуется циклогексан:

При гидрировании толуола образуется метилциклогексан:

Этим способом можно получить только циклогексан и его гомологи с шестичленным кольцом.
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 СО_г Например, такой процесс происходит при действии на бензол кислорода, при температуре 450 °С и в присутствии катализатора V₂O_s.