Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ароматичность и изомерия-углеводороды стр 53-13...doc
Скачиваний:
67
Добавлен:
16.11.2019
Размер:
1.26 Mб
Скачать

134

III. Сопряженные системы с замкнутой цепью

СОПРЯЖЕНИЯ

1. Строение бензола

Ароматичность

Впервые бензол был выделен в 1825 году Майклом Фарадеем, и вскоре после этого была установлена его формула - С6Н6. Такое соотношение атомов водорода и углерода свидетельствует о значительной ненасыщенности этой структуры. Однако при изучении химии бензола было обнаружено, что он с трудом вступает в реакции присоединения и гораздо легче в реакции замещения.

Предлагалось множество структур, которые могли бы объяснить такую химическую природу бензола. Спор о структуре и характере связей в соединении с формулой С6Н6 длился около 30 лет. Самый выдающийся вклад в эту дискуссию внёс Кекуле (1865г.).

Согласно Кекуле, бензол - плоский шестиугольный цикл с чередующимися двойными и одинарными связями и представляет собой своеобразное равновесие двух альтернативных структур - А и В.

А В

Однако никакое истинное равновесие между двумя частицами не должно зачёркивать факта реального существования этих частиц. Но тогда следует ожидать для бензола двух разных изомеров с заместителями у соседних атомов углерода (структуры С и Д)

С Д

В структуре С - заместители «Х» и « У» связаны двойной связью, а в структуре Д - одинарной. Однако такая пара изомеров ни разу не была обнаружена. Из всего вышеизложенного следует главный вывод: бензол не является алкеном.

Современная теория строения бензола

Результаты рентгеноструктурного анализа кристаллического бензола показали, что длины связей углерод - углерод в молекуле бензола одинаковы и равны 1,39 нм, углы между связями С - С и С - Н равны 1200, связи С - Н имеют длину, равную 1,09 нм. Все атомы углерода лежат в одной плоскости.

Шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в состоянии sp2-гибридизации. sp2-Гибридными орбиталями образованы σ-связи С -С и С - Н - так называемый σ-каркас бензола.

σ-каркас

При sp2 - гибридизации у каждого атома углерода остаётся по одному р-электрону, которые ориентированы перпендикулярно плоскости молекулы и параллельны друг другу.

Все эти шесть р-электронов перекрываются между собой над и под плоскостью σ-каркаса, образуя единое электронное облако, так называемый "ароматический секстет". Образование единого электронного облака сопровождается делокализацией электронной плотности и выделением энергии. Выделяется 36,6 ккал/моль, (151 кДж/моль). На эту величину бензол энергетически беднее (а значит устойчивее), чем если бы он был классическим циклогексатриеном.

Таким образом, углерод-углеродная связь в бензоле отличается от обычной этиленовой связи электронной плотностью и длиной.

Структурную формулу бензола предложили изображать следующим образом:

замкнутая цепь сопряжения из шести  -электронов.

Однако, с целью сохранения обычных представлений о четырёхвалентности углерода, часто пользуются формулой Кекуле, отчётливо сознавая, что в бензоле нет двойных и нет одинарных связей.