Понятие ароматичности. Правило Хюккеля

Ароматические углеводороды

Применение ацетилена

Ацетилен используют в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов, в синтезе растворителей, полимеров, лекарств и других веществ.

План лекции

1. Понятие ароматичности. Правило Хюккеля

2. Номенклатура и изомерия производных бензола

3. Методы получения аренов

4. Химические свойства аренов

5. Полициклические арены. Нафталин

Ароматические углеводороды (арены) – вещества, молекулы которых представляют собой плоские циклы с особым характером связи.

Наиболее распространены ароматические соединения, содержащие в цикле шесть углеродных атомов; родоначальником этого ряда является бензол C₆H₆. Рентгеноструктурный анализ показывает, что молекула бензола плоская, а длина С—С связей составляет 0,139 нм. Из этого следует, что все шесть атомов углерода в бензоле находятся в sp² -гибридном состоянии, каждый атом углерода образует σ-связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащими в одной плоскости, валентные углы составляют 120º. Таким образом, σ-скелет молекулы бензола представляет собой правильный шестиугольник. При этом каждый атом углерода имеет негибридную p -орбиталь, расположенную перпендикулярно плоскому скелету молекулы; все шесть негибридных p -электронов взаимодействуют между собой,

Рис. 6. Перекрывание орбиталей (сопряжение) в молекуле бензола

образуя π-связи, не локализованные в пары, а объединенные в единое π-электронное облако. Таким образом, в молекуле бензола осуществляется круговое сопряжение (рис. 6). Графически строение бензола можно передать следующей формулой:

Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии в 154 кДж/моль – эта величина составляет энергию сопряжения – количество энергии, которое нужно затратить, чтобы разрушить ароматическую систему бензола.

Для образования устойчивой ароматической системы необходимо, чтобы p -электроны формально группировались в 3, 5, 7 и т. д. двойных связей; математически это выражается правилом Хюккеля: повышенной термодинамической стабильностью обладают циклические соединения, имеющие плоское строение и содержащие в замкнутой системе сопряжения (4n + 2) электронов, где n – натуральный ряд чисел. Например, все приведенные ниже структуры

+ _..

− N

циклопропенил- циклопента- | пиррол

катион диенил-анион H

являются ароматическими.

Дата добавления: 2014-01-07