Урок №20. Электронное и пространственное строение бензола. Изомерия и номенклатура.

Ароматические углеводороды (Арены) – это органические соединения, в молекулах которых имеется одно или несколько бензольных колец. Бензольное кольцо, или ядро, – циклическая группа атомов углерода с особым характером связей.

Общая формула - CnH2n-6 

1. Представители: 

МОНОЯДЕРНЫЕ

1.     С6H6 – бензол, родоначальник гомологического ряда аренов


2.     С6H5CH3 – толуол (метилбензол)


3.     С6H5CHH2 – стирол (винилбензол)

4.     Ксилол (орто-, пара- , мета-ксилол)

МНОГОЯДЕРНЫЕ (КОНДЕНСИРОВАННЫЕ)

1.     Нафталин


2.     Антрацен

 

2. Строение ароматических углеводородов:

 

SP2 –гибридизация:

1.     Плоское тригональное строение

2.     Угол – HCH - 120°

3.     Связи σ, π

4.     В бензоле нет простых и двойных связей, под влиянием единой π – электронной системы расстояние между центрами атомов углерода становится одинаковым – 0,139 нм, все связи полуторные           

 

Первую структурную формулу бензола предложил в 1865 г. немецкий химик Ф.А.Кекуле:

 

Атомы С в молекуле бензола образуют правильный плоский шестиугольник, хотя часто его рисуют вытянутым.

Приведенная формула правильно отражает равноценность шести атомов С, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, он не проявляет склонности к реакциям присоединения: не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т.е. ему не свойственны типичные для непредельных соединений качественные реакции.

В структурной формуле Кекуле – три одинарные и три двойные чередующиеся углерод-углеродные связи. Но такое изображение не передает истинного строения молекулы. В действительности углерод-углеродные связи в бензоле равноценны. Это объясняется электронным строением его молекулы.

Каждый атом С в молекуле бензола находится в состоянии sp2-гибридизации. Он связан с двумя соседними атомами С и атомом Н тремя σ -связями. В результате образуется плоский шестиугольник, где все шесть атомов С и все σ -связи С–С и С–Н лежат в одной плоскости (угол между связями С–С равен 120o).

 

Рис. Схема образования -связей в молекуле бензола.

 

Третья p-орбиталь атома углерода не участвует в гибридизации. Она имеет форму гантели и ориентирована перпендикулярно плоскости бензольного кольца. Такие p-орбитали соседних атомов С перекрываются над и под плоскостью кольца.

 

Рис. Негибридные 2p-орбитали углерода в молекуле бензола

  

В результате шесть p-электронов (всех шести атомов С) образуют общее π -электронное облако и единую химическую связь для всех атомов С.

 

Рис. Молекула бензола. Расположение π -электронного облака

 

π -Электронное облако обусловливает сокращение расстояния между атомами С.

В молекуле бензола они одинаковы и равны 0,139 нм. В случае простой и двойной связи эти расстояния составили бы соответственно 0,154 и 0,134 нм. Значит, в молекуле бензола нет чередования простых и двойных связей, а существует особая связь – “полуторная” – промежуточная между простой и двойной, так называемая ароматическая связь. Чтобы показать равномерное распределение p-электронного облака в молекуле бензола, корректнее изображать ее в виде правильного шестиугольника с окружностью внутри (окружность символизирует равноценность связей между атомами С):

 

 

 

3. Изомерия, номенклатура

 

Изомерия обусловлена изомерией углеродного скелета имеющихся радикалов и их взаимным положением в бензольном кольце. Положение двух заместителей указывают с помощью приставок: орто- (о-), если они находятся у соседних углеродных атомов (положение 1, 2-), мета- (м-) для разделенных одним атомом углерода (1, 3-) и пара- (п-) для находящихся напротив друг друга (1, 4-).

Например, для диметилбензола (ксилола):


орто-ксилол (1,2-диметилбензол)


мета-ксилол (1,3-диметилбензол)

пара-ксилол (1,4-диметилбензол)


Радикалы ароматических углеводородов называют арильными радикалами. Радикал С6Н5 — называется фенил.

 

ЦОР:

Ароматические углеводороды

Единая электронная система в молекуле бензола

 

ТРЕНАЖЁРЫ:

Изомерия гомологов бензола

Номенклатура гомологов бензола

 

Comments