Меню сайта
Наш опрос
Погода
|
Бензол: строение, изомерия и номенклатураБензол: электронное и пространственное строение, изомерия и номенклатураХарактеристика аренов История представлений о строении бензола C6H6 бензол Ароматические углеводороды (aрены) – 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 1865 г. – Август Кекуле (Рис. 1) предположил, что атомы углерода могут замыкаться в цикл.
Рис. 1. 1872 г. – Кекуле предложил гипотезу, согласно которой в бензольном кольце происходит непрерывный обмен местами простых и двойных связей: Структурные формулы, соответствующие составу С6Н6 Современные представления о строении бензола Появление физических методов анализа веществ и квантовомеханических подходов к описанию молекул позволило установить, что атомы углерода в молекуле бензола составляют плоский правильный шестиугольник; связи между всеми атомами углерода имеют равную длину – 0,14 нм, которая больше, чем длина двойной связи (0,132 нм), но меньше, чем длина простой связи (0,154 нм). Рис. 2. или
Рис. 2. Молекула бензола Строение бензола Видео: “Строение молекулы бензола” Все атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. Рис. 2. Шесть π-электронов образуют общее электронное облако, которое принадлежит всем шести атомам углерода:
Рис. 3. Образование связей в молекуле бензола Запомните! SP2 –гибридизация:
Формула Кукуле 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):
Единая электронная система в молекуле бензола Прочность связи между атомами углерода в цикле должна быть промежуточной между прочностью двойной и одинарной связи. Но связь между атомами С в бензольном кольце оказывается значительно прочнее! Поэтому соединения ряда бензола не вступают во многие реакции, характерные для непредельных соединений. Ароматичность – способность циклической молекулы с системой сопряженных двойных связей образовывать единое p-электронное облако с увеличением стабильности молекулы. На основе квантовомеханических расчетов Э. Хюккель сформулировал критерии ароматичности: 1. Молекула (или ее часть) должна быть циклической и плоской. 2. Она должна содержать сопряженные p-электроны. Это могут быть электроны двойных связей или неподеленных электронных пар атомов. 3. Число p-электронов должно быть равным 4n + 2, где n = 0,1,2… (правило Хюккеля) Классификация аренов 1. Моноядерные 1. С6H6 – бензол, родоначальник гомологического ряда аренов (Бензол – плоская циклическая система, содержащая 6 p-электронов (n = 1). 2. С6H5 – CH3 – толуол (метилбензол) 3. С6H5 – CH=СH2 – стирол (винилбензол) 4. Ксилол (орто-, пара- , мета-ксилол) 2. Многоядерные (конденсированные) 1. Нафталин (n = 2) 2. Антрацен (n = 3)
Изомерия, номенклатура Изомеров такого состава может быть очень много. Например:
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)
пара-ксилол (1,4-диметилбензол) Радикалы ароматических углеводородов называют арильными радикалами. Радикал С6Н5 — называется фенил. Тренажеры Тренажер №1: “Изомерия гомологов бензола” Тренажер №2: “Номенклатура гомологов бензола” |
Поиск
Архив записей
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |