1. Характеристика аренов

Ис­то­рия пред­став­ле­ний о стро­е­нии бен­зо­ла

C₆H₆ бен­зол.

С_nH_2n–6 общая фор­му­ла аре­нов (аро­ма­ти­че­ских уг­ле­во­до­ро­дов).

Изо­ме­ров та­ко­го со­ста­ва может быть очень много. На­при­мер:

· Все воз­мож­ные струк­тур­ные фор­му­лы вклю­ча­ют в себя либо двой­ные и трой­ные связи, либо трех­член­ные циклы. Такие со­еди­не­ния легко всту­па­ют в ре­ак­ции при­со­еди­не­ния и окис­ле­ния. Но бен­зол не про­яв­ля­ет таких свойств.

· У бен­зо­ла нет раз­ли­чий между двой­ны­ми и про­сты­ми свя­зя­ми (су­ще­ству­ет толь­ко один 1,2-ди­ме­тил­бен­зол).

1865 г. – Ав­густ Ке­ку­ле (Рис. 1) пред­по­ло­жил, что атомы уг­ле­ро­да могут за­мы­кать­ся в цикл.

Рис. 1. Фридрих Ав­густ Ке­ку­ле (1829-1896)

1872 г. – Ке­ку­ле пред­ло­жил ги­по­те­зу, со­глас­но ко­то­рой в бен­золь­ном коль­це про­ис­хо­дит непре­рыв­ный обмен ме­ста­ми про­стых и двой­ных свя­зей:

2. Структурные формулы, соответствующие составу С₆Н₆

Со­вре­мен­ные пред­став­ле­ния о стро­е­нии бен­зо­ла

По­яв­ле­ние фи­зи­че­ских ме­то­дов ана­ли­за ве­ществ и кван­то­во­ме­ха­ни­че­ских под­хо­дов к опи­са­нию мо­ле­кул поз­во­ли­ло уста­но­вить, что атомы уг­ле­ро­да в мо­ле­ку­ле бен­зо­ла со­став­ля­ют плос­кий пра­виль­ный ше­сти­уголь­ник; связи между всеми ато­ма­ми уг­ле­ро­да имеют рав­ную длину – 0,14 нм, ко­то­рая боль­ше, чем длина двой­ной связи (0,132 нм), но мень­ше, чем длина про­стой связи (0,154 нм). Рис. 2.

 или

 

Рис. 2. Мо­ле­ку­ла бен­зо­ла

3. Строение бензола

Так изоб­ра­жа­ют струк­тур­ную фор­му­лу бен­зо­ла.

Все атомы уг­ле­ро­да на­хо­дят­ся в со­сто­я­нии sp²-ги­бри­ди­за­ции. Рис. 2. Шесть π-элек­тро­нов об­ра­зу­ют общее элек­трон­ное об­ла­ко, ко­то­рое при­над­ле­жит всем шести ато­мам уг­ле­ро­да:

Рис. 3. Об­ра­зо­ва­ние свя­зей в мо­ле­ку­ле бен­зо­ла

4. Ароматичность

Аро­ма­тич­ность

Проч­ность связи между ато­ма­ми уг­ле­ро­да в цикле долж­на быть про­ме­жу­точ­ной между проч­но­стью двой­ной и оди­нар­ной связи. Но связь между ато­ма­ми С в бен­золь­ном коль­це ока­зы­ва­ет­ся зна­чи­тель­но проч­нее! По­это­му со­еди­не­ния ряда бен­зо­ла не всту­па­ют во мно­гие ре­ак­ции, ха­рак­тер­ные для непре­дель­ных со­еди­не­ний.

Аро­ма­тич­ность – спо­соб­ность цик­ли­че­ской мо­ле­ку­лы с си­сте­мой со­пря­жен­ных двой­ных свя­зей об­ра­зо­вы­вать еди­ное p-элек­трон­ное об­ла­ко с уве­ли­че­ни­ем ста­биль­но­сти мо­ле­ку­лы.

На ос­но­ве кван­то­во­ме­ха­ни­че­ских рас­че­тов Э. Хюк­кель сфор­му­ли­ро­вал кри­те­рии аро­ма­тич­но­сти:

1. Мо­ле­ку­ла (или ее часть) долж­на быть цик­ли­че­ской и плос­кой.

2. Она долж­на со­дер­жать со­пря­жен­ные p-элек­тро­ны. Это могут быть элек­тро­ны двой­ных свя­зей или непо­де­лен­ных элек­трон­ных пар ато­мов.

3. Число p-элек­тро­нов долж­но быть рав­ным 4n + 2, где n = 0,1,2… (пра­ви­ло Хюк­ке­ля)

При­ме­ры аро­ма­ти­че­ских со­еди­не­ний:

Бен­зол – плос­кая цик­ли­че­ская си­сте­ма, со­дер­жа­щая 6 p-элек­тро­нов (n = 1).

Наф­та­лин (n = 2) и ан­тра­цен (n = 3):

 

Пир­рол – ге­те­ро­цикл, каж­дый атом уг­ле­ро­да ко­то­ро­го вно­сит в аро­ма­ти­че­скую си­сте­му по од­но­му p-элек­тро­ну, а атом азота – непо­де­лен­ную элек­трон­ную пару (n = 1):

Пи­ри­дин – ге­те­ро­цикл, каж­дый атом ко­то­ро­го (и атомы уг­ле­ро­да, и атом азота) вно­сит в аро­ма­ти­че­скую си­сте­му по од­но­му p-элек­тро­ну, а непо­де­лен­ная пара азота в со­пря­же­нии не участ­ву­ет:

В со­пря­же­нии может участ­во­вать и пу­стая пи-ор­би­таль. Таким об­ра­зом, аро­ма­тич­ны­ми могут быть и за­ря­жен­ные ча­сти­цы, на­при­мер цик­ло­про­пе­ни­лий-ка­ти­он (n = 0):

цик­ло­пен­та­ди­е­ни­лий-ани­он (n = 1):

цик­ло­геп­та­т­ри­е­ни­лий-ка­ти­он (тро­пи­лий-ка­ти­он):

По­лу­че­ние и хи­ми­че­ские свой­ства этих со­еди­не­ний будут рас­смот­ре­ны на даль­ней­ших уро­ках.

Под­ве­де­ние итога

Вы изу­чи­ли тему «Ис­то­рия раз­ви­тия пред­став­ле­ний о стро­е­нии бен­зо­ла. По­ня­тие об аро­ма­тич­но­сти». Вы узна­ли, как с те­че­ни­ем вре­ме­ни ме­ня­лись пред­став­ле­ния о стро­е­нии бен­зо­ла, по­зна­ко­ми­лись с новым по­ня­ти­ем – аро­ма­тич­ность.