Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Номенклатура и изомерия. Ароматическими углеводородами (аренами) называют вещества, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец – циклических групп атомов

Ароматическими углеводородами (аренами) называют вещества, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец – циклических групп атомов углерода с особым характером связей.

Рассмотрим строение молекулы бензола. Молекулярная формула бензола – СбН6. Первая структура бензола была предложена в 1865 г. немецким ученым А. Кекуле:

Эта формула правильно отражает равноценность шести атомов уг­лерода, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, бензол не проявляет склонности к реак­циям присоединения: он не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т.е. не дает типичных для непредельных соедине­ний качественных реакций. Поэтому вопрос о строении бензола при­влекал внимание исследователей на протяжении десятков лет.

Условно арены можно разделить на два ряда. К первому относят производные бензола (например, толу­ол), ко второму – конденсированные арены (простейший из них – нафталин):

Рассмотрим гомологический ряд бензола с общей формулой CnH.2n-6.

Структурная изомерия в ряду бензола обусловлена взаимным расположением заместителей в кольце. Если в бензольном кольце только один заместитель, то такое соединение не имеет ароматиче­ских изомеров, так как все атомы углерода в бензольном кольце равноценны. Если с кольцом связаны два заместителя, то они могут находиться в трех разных положениях относительно друг друга.

По­ложение заместителей указывают цифрами или обозначают слова­ми: орто (о-), мета (м-), пара ( n-):

При отщеплении атома водорода от молекул ароматических уг­леводородов образуются ароматические радикалы общей формулы СnН2n-7 (их называют арильными радикалами), простейшие из кото­рых – фенил и бензил:

Название ароматических углеводородов происходит от слова «бензол» с указанием заместителей в бензольном кольце и их поло­жения, например:

Особенности строения и свойств бензола удалось полностью объяснить только после развития современной квантовомеханической теории химических связей. По современным представлениям, все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в sр2-гибридном состоянии. Каждый атом углерода обра­зует σ-связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом во­дорода, лежащие в одной плоскости. Валентные углы между тремя σ-связями равны 120°. Таким образом, все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости, образуя правильный шестиугольник ( σ -скелет молекулы бензола).

Каждый атом углерода имеет одну негибридную p-орбиталь. Шесть таких орбиталей располагаются перпендикулярно плоскому σ-скелету и параллельно друг другу. Все шесть р -электронов взаимодействуют между собой, образуя π -связи, не ло­кализованные в пары, как при образовании обычных двойных свя­зей, а образующие единое π -электронное облако. Таким образом, в молекуле бензола осуществляется круговое сопряжение. Наиболь­шая π-электронная плотность в этой сопряженной системе распола­гается над и под плоскостью σ-скелета.

В результате все связи между атомами углерода в бензоле выравнены и имеют длину 0,139 нм. Эта величина является промежуточной между длиной одинарной связи в алканах (0,154 нм) и длиной двойной связи в алкенах (0,133 нм). Равноценность связей принято изображать кружком внутри цикла. Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии 150 кДж/моль. Это значение составляет энергию сопряжения – количество энер­гии, которое нужно затратить, чтобы разрушить ароматическую сис­тему бензола (сравните – энергия сопряжения в бутадиене равна всего 12 кДж/моль).

Такое электронное строение объясняет все особенности бензола. В частности, понятно, почему бензол трудно вступает в реакции присоединения – это приводит к нарушению сопряжения. Такие реакции возможны только в очень жестких условиях.

Совокупность свойств бензола принято называть проявлением ароматического характера, или ароматичности. В общем виде по­нятие ароматичности было сформулировано немецким физиком Э. Хюккелем в виде так называемого правила Хюккеля.

Согласно этому правилу, ароматические молекулы должны иметь плоский циклический σ-скелет и число обобщенных π-электронов, равное 4n + 2, где n= 1, 2, 3 и т.д. Только в этом слу­чае молекула будет обладать ароматическим характером. Число обобщенных π-электронов может быть 6, 10, 14 и т.д. Примерами служат выделяемые из каменноугольной смолы полиядерные кон­денсированные ароматические углеводороды – нафталин, антра­цен, фенантрен. В них бензольные кольца соединены друг с другом линейно (как в антрацене) или нелинейно (как в фенантрене):

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Применение. На основе ацетилена развились многие отрасли промышленности органического синтеза | Способы получения. Первые члены гомологического ряда бензола – бесцветные жидкости со специфическим запахом
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 361; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.011 сек.