Бензол. Ароматичность органических соединений

Ароматичность
органических
соединений
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
Урок-лекция по химии
Панфилова Н.В.
H
H
Содержание
•
•
•
•
•
Введение
Бензол (строение молекулы)
Критерии ароматичности
Правило Хюккеля
Небензоидные ароматические
соединения
• Заключение
В начале XIX в. на улицах Лондона,
Петербурга, Берлина – появилось газовое
освещение. В специальных фонарях горел
светильный газ, получаемый из китового и
трескового жира. Газ хранился в баллонах
под давлением 30 атм. Зимой в баллонах
образовывался конденсат. В 1825 г. из такого
конденсата М.Фарадей выделил 3 г.
угдеводорода, имеющего состав С6Н6.
Бензол
от араб. ben – аромат + zoa – сок +
лат. ol[eum] – масло
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
H
H
«Родоначальником» ароматических углеводородов
(аренов) является бензол, строение которого часто
выражают формулой, предложенной немецким химиком
Ф.А. Кекуле (1865)
При квантово-химическом расчете молекулы бензола по методу электронных
пар учитываются пять резонансных структур молекулы бензола с различной
долей участия в резонансе:
Из этих структур наибольшее значение имеют первые две граничные
структуры.
Образование сигма-связей в
молекуле бензола
Все шесть атомов
углерода находятся
в состоянии
sp2-гибридизации;
длина связи С—С
0,140 нм
валентные углы
равны 120;
Образование пи-связей
У каждого углеродного
атома цикла остается по
одной
негибридизованной рорбитали.
Оси этих орбиталей
параллельны, и каждое
такое облако одинаково
перекрывается с
облаками соседних
атомов углерода.
??? В каких соединениях наблюдается такое
же явление? Как оно называется?
Образование ароматического
секстета
Кратность связей
выравнивается, они
носят не двойной
или одинарный, а
полуторный или
ароматический
характер
Поэтому в настоящее время для обозначения выравненности π-электронной
плотности в молекуле бензола используют резонансный гибрид
этих двух структур ( по гипотезе Л. Полинга ):
1. Циклическая
структура
Однако,
кроме бензола
и егосистемы
многочисленных
гомологов существуют
2.небензоидные
Плоское строение
системы соединения.
ароматические
3. Наличие замкнутой системы π-электронов
4. Количество π-электронов должно быть
равно 4n + 2 ( Правило Хюккеля )
Правило Хюккеля говорит
о том, что плоские
моноциклические молекулы,
в которых каждый из
образующих цикл атомов
участвует в сопряжении,
обладают ароматической
устойчивостью при числе
π-электронов 4n + 2
Пример:
катион
циклопропенилия
4∙0 + 2 = 2
C3 H

3
C5 H
C7 H

5

7
C10 H 8
Циклопентадиенильный анион
4∙1 + 2 = 6
Катион циклогептатриенилия
( тропилий )
4∙1 + 2 = 6
Азулен
4∙2 + 2 = 10
C4 H 4O
Фуран
4∙1 + 2 = 6
O
N
C4 H 4 N2
Пиримидин
4∙1 + 2 = 6
N
H
N
N
C5 H 4 N 4
N
N
Пурин
4∙2 + 2 = 10
Понятие ароматичности, как и многие другие понятия
органической химии, пока является качественным,
поэтому границы его применимости очерчены не
слишком четко.
К понятию ароматичности прекрасно можно отнести слова
А.М. Бутлерова, которыми он охарактеризовал значение
качественных химических теорий:
«Руководствуясь ими неосторожно,
можно попасть на ложный путь, но
без них приходится ощупью
отыскивать дорогу».