Номенклатура и изомерия углеводородов ряда бензола

АРЕНЫ

Существуют вещества, молекулы которых при формальной ненасыщенности не дают характерных для непредельных соединений реакций (не обесцвечивают ни бромную воду, ни раствор перманганата калия), а ведут себя скорее как предельные соединения. Их характерными особенностями являются устойчивость к действию окислителей, температуры, легкость вступления в реакции замещения. Первые соединения, известные химикам, с такими свойствами имели приятный запах, поэтому их стали называть ароматическими. В настоящее время термином “ароматичность” обозначают указанные выше особенности химических свойств, а не запах соединений. Ароматические углеводороды нельзя описать одной общей формулой, например:

бензол С₆Н₆ нафталин С₁₀Н₈ дифенил С₁₂Н₁₀

Важнейшим представителем ароматических углеводородов является бензол, С₆Н₆ Молекула бензола состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода, образующих шестичленный цикл. Молекулу бензола принято изображать следующей формулой:

Но эта формула не полностью отражает строение бензола. Так, при таком изображении для бензола дизамещенные изомеры должны быть разными веществами:

Однако хорошо известно, что такие изомеры не существуют и обе формулы отражают строение одного и того же соединения. Еще Кекуле, чтобы разрешить это противоречие, предположил, что реальная молекула представляет собой нечто среднее между следующими структурами:

По современным представлениям молекула бензола представляет собой правильный плоский шестиугольник. Все атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации. Углы между s - связями равны 120⁰. Облака шести р - орбиталей (по одной у каждого атома углерода) направлены перпендикулярно плоскости кольца. Каждая из шести этих орбиталей перекрывается по p - типу одновременно с двумя соседними, в результате чего образуется единая замкнутая p - система. Такая полная симметричность бензольного кольца, обусловленная сопряжением, придает ему особую устойчивость. Энергия молекулы бензола примерно на 150 кДж/моль меньше, чем можно было ожидать для отдельной молекулы Кекуле. Это означает, что ароматическая система обладает повышенной устойчивостью. В 1931 году Хюккель на основании квантово - механических расчетов сформулировал правило, согласно которому соединение должно проявлять ароматические свойства, если в молекуле содержится плоское кольцо, содержащее непрерывную сопряженную систему, с (4n+2)p электронами, где n может принимать значения 0,1,2,3 и т.д. Согласно этому правилу, молекулы с 2,6,10,14 и т.д. обобщенными p - электронами являются ароматическими. Исходя из этих представлений, наиболее удовлетворительным является изображение молекулы бензола (n=1) в виде круга, вписанного в шестиугольник. Однако структуры Кекуле широко используются, поскольку они удобны для написания механизмов реакций, хотя нужно помнить, что это лишь символ, а не точное представление структуры. Условию ароматичности удовлетворяют также нафталин (n=2), антрацен, фенантрен (n =3) и др.

бензол нафталин антрацен фенантрен

Эти соединения, как и бензол, проявляют ароматические свойства: они легко вступают в реакции замещения, устойчивы к действию окислителей и для них нехарактерны реакции присоединения. Ароматичностью обладают гетероциклические соединения, содержащие в цикле атом, отличный от атома углерода. В природных соединениях таким гетероатомом обычно является азот, кислород или сера. Примером ароматических систем (n =2) с одним гетероатомом являются тиофен (1) пиррол, (2) фуран, (3) пиридин. (4)

Ароматическим характером обладают системы, содержащие несколько гетероатомов. К ним относятся, например, пиримидин(5), имидазол (6), пурин (7) и многие другие.

Гетероциклические ароматические системы обладают высокой термодинамической устойчивостью. Неудивительно, они имеют широкое распространение в биологических соединениях – порфине, структура которого входит в состав гемина крови, витамина В_12, хлорофилла. Пиримидиновые и пуриновые основания являются структурными единицами важнейших биологических полимеров –нуклеиновых кислот

Общая формула гомологического ряда бензола С_nH_2n-6. Первый гомолог бензола, толуол или метилбензол, как и все другие однозамещенные бензолы, не имеет изомеров. Для дизамещенных бензолов возможны три типа изомеров: орто -, мета- и пара- дизамещенные бензолы, или 1,2-,1.3-и 1,4-дизамещенные бензолы, соответственно:

орто-(1,2) мета- (1,3) пара-(1,4) изомеры

Радикал бензола С₆Н ₅^_называется фенил. Общее название всех ароматических радикалов арилы, аналогично названию алкилы для названия радикалов алканов. Радикал С₆Н₅-СН₂- называется бензилом. Примеры названия дизамещенных бензолов:

2-гидроксибензой- 1,3-диметил- 4-метиламино-

ная кислота бензол бензол

Дата добавления: 2014-12-27