01. История развития представлений о строении бензола. Понятие об ароматичности

Характеристика аренов

История представлений о строении бензола

- бензол.

- общая формула аренов (ароматических углеводородов).

Изомеров такого состава может быть очень много. Например:

• Все возможные структурные формулы включают в себя либо двойные и тройные связи, либо трехчленные циклы. Такие соединения легко вступают в реакции присоединения и окисления. Но бензол не проявляет таких свойств.

• У бензола нет различий между двойными и простыми связями (существует только один 1,2-диметилбензол).

1865 г. – Август Кекуле (рис. 1) предположил, что атомы углерода могут замыкаться в цикл.

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).

Строение бензола

Так изображают структурную формулу бензола.

Все атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации (рис. 2). Шесть π-электронов образуют общее электронное облако, которое принадлежит всем шести атомам углерода:

Ароматичность

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)

Примеры ароматических соединений:

Бензол – плоская циклическая система, содержащая 6 p-электронов (n = 1).

Пиррол – гетероцикл, каждый атом углерода которого вносит в ароматическую систему по одному p-электрону, а атом азота – неподеленную электронную пару (n = 1):

Пиридин – гетероцикл, каждый атом которого (и атомы углерода, и атом азота) вносит в ароматическую систему по одному p-электрону, а неподеленная пара азота в сопряжении не участвует:

В сопряжении может участвовать и пустая пи-орбиталь. Таким образом, ароматичными могут быть и заряженные частицы, например циклопропенилий-катион.

Получение и химические свойства этих соединений будут рассмотрены на дальнейших уроках.

Подведение итога урока

На этом уроке вы изучили тему «История развития представлений о строении бензола. Понятие об ароматичности». Вы узнали, как с течением времени менялись представления о строении бензола, познакомились с новым понятием – ароматичность.

Список литературы

1. Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е издание. – М.: Просвещение, 2012.

2. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин и др. – М.: Дрофа, 2008. – 463 с.

3. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин и др. – М.: Дрофа, 2010. – 462 с.

4. Хомченко Г. П., Хомченко И. Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. – 4-е изд. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. – 278 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Химик» (Источник)

Домашнее задание

1. №№ 1, 2 (с. 62) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е издание. – М.: Просвещение, 2012.

2. Почему при изображении структурной формулы бензола не следует указывать двойные связи?

3. Как образуются химические связи в молекуле бензола?