Будова ароматичних вуглеводнів

Найважливіший ароматичний вуглеводень – бензол С6Н6.

Предметом нашого розгляду будуть бензол і його гомологи – продукти заміщення одного або більше атомів водню в молекулі бензолу на вуглеводневі залишки.

Бензол – перша ароматичне з’єднання – відкрито в 1825 р М. Фарадеєм. Молекулярна формула бензолу – С6Н6 (рис. 30). Якщо порівняти його складу зі складом граничного вуглеводню, що містить таку ж кількість атомів вуглецю, – гексаном (С6Н14), то можна помітити, що бензол містить на вісім атомів водню менше. Як відомо, до зменшення кількості атомів водню в молекулі вуглеводню призводить поява кратних зв’язків і циклів. У 1865 р Кекуле запропонував його структурну формулу як ціклогексатріена-1,3,5.

Як ви бачите, молекула, відповідна формулі Кекуле, містить подвійні зв’язки, отже, бензол повинен мати ненасичений характер, т. Е. Легко вступати в реакції приєднання: гідрування, бромування, гідратації і т. Д.

Проте дані численних експериментів показали, що бензол вступає в реакції приєднання тільки в жорстких умовах (при високих температурах і освітленні), стійкий до окислення. Найбільш характерними для нього є реакції заміщення, отже, бензол за характером ближче до граничних вуглеводням.

Бензол позначають або формулою Кекуле, або шестикутником з окружністю всередині:

Бензол позначають або формулою Кекуле, або шестикутником з окружністю всередині

Так у чому ж полягає особливість структури бензолу?

На підставі даних досліджень і розрахунків зроблено висновок про те, що атомні орбіталі шести атомів вуглецю знаходяться в стані sр2-гібридизації і лежать в одній площині. Негібрідізованние р -орбіталі атомів вуглецю, що становлять подвійні зв’язки (формула Кекуле), орієнтовані перпендикулярно площині кільця і ​​паралельні один одному (рис. 31). Вони перекриваються між собою, утворюючи єдину π-систему. Таким чином, система чергуються подвійних зв’язків, зображених у формулі Кекуле, є циклічною системою сполучених, перекриваються між собою π-зв’язків. Ця система являє собою дві тороїдальні (схожі на бублик) області електронної щільності, що лежать по обидві сторони бензольного кільця. З усього викладеного можна зробити висновок, що зображати бензол у вигляді правильного шестикутника з окружністю в центрі (π-система) більш логічно, ніж у вигляді ціклогексатріена-1,3,5.

Американський учений Л. Полінг запропонував представляти бензол у вигляді двох граничних структур, що відрізняються розподілом електронної щільності і постійно переходять один в одного, т. Е. Вважати його проміжним з’єднанням, «усередненням» двох структур.

Дані вимірювання довжин зв’язків підтверджують ці припущення. З’ясовано, що всі С-С-зв’язку в бензолі мають однакову довжину (0,139 нм). Вони дещо коротший одинарних С-С-зв’язків (0,154 нм) і довше подвійних (0,132 нм).

Існують також ароматичні сполуки, молекули яких містять кілька циклічних структур.

Посилання на основну публікацію