Mở đầu
Toluene có cả vòng benzene và nhóm CH₃. Khi đọc phương trình, ta xác định phần nào của phân tử đã đổi trước khi đặt tên loại phản ứng.
Thế electrophile ở vòng
Ở nhiệt độ cao và có xúc tác FeBr₃, benzene phản ứng thế với bromine:
$$\mathrm{C_6H_6+Br_2\xrightarrow{FeBr_3,t^\circ}C_6H_5Br+HBr}.$$
Phản ứng nitro hóa:
$$\mathrm{C_6H_6+HNO_3\xrightarrow{H_2SO_4\ đặc,<50\ ^\circ C}C_6H_5NO_2+H_2O}.$$
Benzene không làm mất màu dung dịch bromine ở điều kiện thường như alkene. Khi vòng có nhóm alkyl, phản ứng thế ở vòng xảy ra dễ hơn và ưu tiên vị trí ortho, para so với nhóm alkyl.
Kiểm tra nhanh
Benzene phản ứng với Br₂ để tạo bromobenzene cần điều kiện nào trong các lựa chọn?
Ánh sáng phù hợp hơn với thế gốc tự do ở alkane/nhánh.
FeBr₃ hoạt hóa Br₂ cho phản ứng thế ở vòng.
NaOH không phải xúc tác cho phản ứng này.
Benzene không phản ứng nhanh với bromine ở điều kiện thường không xúc tác.
Lời giải
**Cách làm**
Phản ứng thế bromine vào vòng benzene dùng xúc tác FeBr₃ hoặc chất xúc tác Lewis acid phù hợp.
Phản ứng ở nhánh alkyl
Với toluene, chlorine hoặc bromine dưới ánh sáng có thể thế H ở vị trí benzylic của nhánh. Chất oxi hóa mạnh như KMnO₄ khi đun nóng có thể oxi hóa nhánh alkyl có H benzylic thành nhóm –COOH; sau acid hóa thu benzoic acid.
Ngược lại, halogen có xúc tác Lewis acid ưu tiên thế ở vòng. Vì vậy cùng một cặp chất nhưng điều kiện khác có thể cho vị trí phản ứng khác.
Phản ứng cộng, cháy và ứng dụng
Khi chiếu tia tử ngoại và đun nóng, benzene cộng chlorine tạo 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane:
$$\mathrm{C_6H_6+3Cl_2\xrightarrow{UV,t^\circ}C_6H_6Cl_6}.$$
Ở nhiệt độ, áp suất cao và có xúc tác Ni hoặc Pt, benzene cộng hydrogen:
$$\mathrm{C_6H_6+3H_2\xrightarrow{Ni,t^\circ,p}C_6H_{12}}.$$
Arene dễ cháy và tỏa nhiều nhiệt. Sản phẩm cháy hoàn toàn là CO₂ và H₂O.
Benzene, toluene, xylene là nguyên liệu quan trọng cho polymer, dung môi và hóa chất. Benzene độc và gây ung thư; không dùng tùy tiện làm dung môi hoặc tiếp xúc trực tiếp.
Ví dụ mẫu
Toluene chuyển thành benzoic acid: C₆H₅–CH₃ → C₆H₅–COOH.
> **Dễ nhầm:** Vòng vẫn còn, C của nhánh vẫn còn nhưng bị oxi hóa; không gọi đây là phản ứng cộng vào vòng benzene.
Luyện tập
Toluene bị oxi hóa mạnh ở nhánh rồi acid hóa thường tạo chất nào?
Không thay CH₃ trực tiếp bằng OH vòng trong phản ứng này.
Nhánh CH₃ có H benzylic bị oxi hóa thành –COOH.
Cyclohexane là sản phẩm cộng hydrogen vào benzene.
Oxi hóa không kéo dài nhánh carbon.
Lời giải
**Cách làm**
Nhánh –CH₃ của toluene bị oxi hóa thành –COOH; sau acid hóa thu C₆H₅COOH, tức benzoic acid.
Ghi nhớ
- Arene thế ở vòng khi có xúc tác phù hợp; nhóm alkyl định hướng thế vào ortho, para và còn có thể bị oxi hóa ở nhánh.
- Phải dùng điều kiện để xác định vị trí và loại phản ứng.
Đang học