موضوع الدرس: "البنزين: التركيب الإلكتروني، الخصائص الفيزيائية." الساحات - التسمية والتحضير والخواص الكيميائية وصف التركيب الإلكتروني للبنزين

نوع الدرس:درس تعلم مواد جديدة.

نوع الدرس:محاضرة إشكالية.

الهدف التعليمي الرئيسي للدرس:تحقيق فهم لمحتوى المادة التعليمية من قبل جميع الطلاب.

أهداف تعلم الدرس:

• تعميق المعرفة حول الهيدروكربونات؛
• تعريف الطلاب بنوع جديد من الروابط الكيميائية المميزة لهذه المجموعة من المركبات، باستخدام البنزين كمثال؛ إعطاء مفهوم العطرية.

الأهداف التطويرية للدرس:

• تطوير لدى الطلاب القدرة على تسليط الضوء على العناصر الأساسية والأساسية في المواد التعليميةوالمقارنة والتعميم والتنظيم وإقامة علاقات السبب والنتيجة؛
• تعزيز تنمية الصفات القوية الإرادة والعاطفية للفرد ؛
• إيلاء اهتمام خاص لتنمية الاهتمام بالموضوع وكلام الطلاب.

الأهداف التعليمية للدرس:تعزيز تشكيل الأفكار ذات النظرة العالمية:

• مادية العالم؛
• استمرارية عملية الإدراك.

معدات الدرس:

• الكواشف: البنزين، محلول KMnO 4، ماء البروم؛
• نموذج الكرة والعصا لجزيء البنزين (وفقًا لكيكولي)؛
• الملاحظات الداعمة والجداول.

تقدم الدرس

نقش للدرس:

"التعليم ليس مقدار المعرفة،
ولكن في الفهم الكامل والتطبيق الماهر لكل شيء
ما تعرفه."
أ. ديستيرويج.

في الدرس الأخير طلبت منهم تكرار حل المسائل المتعلقة بإيجاد صيغة المادة وتوصيف المواد للصفوف المدروسة.

نحن نحل المشكلات للعثور على الصيغة الجزيئية للمادة وتوصيف المواد التي تتوافق مع التركيب الناتج.

إلى المجلس:

طلاب 1+2 (حل المسائل باستخدام البطاقات).

المهمة رقم 1

اشتق صيغة مادة تحتوي على 82.75% كربون و 17.25% هيدروجين. كثافة البخار النسبية لهذه المادة في الهواء هي 2.

المهمة رقم 2

حدد الصيغة الجزيئية للهيدروكربون الذي تكون فيه نسبة الكربون 85.7% والهيدروجين 14.3%. الكثافة النسبية للمادة بالنسبة للهيدروجين هي 28.

الصف + الطالب على السبورة:

المهمة رقم 3

ما هي الصيغة الجزيئية لمادة يكون فيها الجزء الكتلي من الكربون 93.2%. الكثافة النسبية للهيدروجين هي 39.

الجواب: الصيغة الحقيقية C6H6

وعند حل المسألة الثالثة حصلنا على التركيبة C6H6. إلى أي فئة من فئات الهيدروكربونات المعروفة يمكن تصنيف هذه المادة؟

لا يمكننا أن نعزو هذه المادة إلى أي من فئات الهيدروكربونات المدروسة.

إذن، المشكلة! والتي يجب أن نحلها معًا. اليوم نحن دعونا نتعرف على مجموعة جديدةالهيدروكربونات، والتي تسمى العطرية.

موضوع الدرس: الهيدروكربونات العطرية (أرين). البنزين. هيكل الجزيء.

مهامنا الرئيسية اليوم:

1. تعميق المعرفة حول الهيدروكربونات، وتوسيع فهم تنوع المركبات العضوية.
2. تعرف على نوع جديد من الروابط الكيميائية المميزة لهذه المجموعة من الهيدروكربونات.

مخطط المحاضرة:

1. الساحات هي واحدة من فئات الهيدروكربونات.
2. تاريخ اكتشاف البنزين.
3. هيكل جزيء البنزين.
   أ) هيكل البنزين حسب كيكول؛
   ب) أفكار حديثة حول التركيب الإلكتروني للبنزين.
   ج) مفهوم النواة العطرية والرابطة الواحدة والنصف.

د/ض ق. 51-53، أكمل ملاحظات المحاضرة.

سنتعرف اليوم في الدرس على مجموعة جديدة من الهيدروكربونات تسمى العطريات أو الأرينات.

عطريةتم تسمية هذه الهيدروكربونات على أنها الأولى الممثلين المشهورينكان لديهم ممتعة يشم.فيما بعد تبين أن معظم المواد كيميائية خصائص تنتمي إلى نفس المجموعة وليس لها رائحة عطرية. ومع ذلك، فإن الاسم الشائع التاريخي لهذه المركبات بقي معهم حتى يومنا هذا.

أبسط ممثل للهيدروكربونات العطرية هو البنزين.

تمت دراسة الفئات السابقة من الهيدروكربونات على أساس علاقات السبب والنتيجة: التكوين – البنية – الخصائص – التطبيق .سنترك هذا المبدأ المنطقي نفسه في الوقت الحالي.

مُجَمَّعالمواد نحن مثبتة– ج 6 ح 6 . هذا بنزين. البنزين أيضًا عبارة عن هيدروكربون، ولكنه هيدروكربون يختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك التي تمت مناقشتها. ما هو البنزين؟

دعونا نتعرف على تاريخ اكتشاف البنزين. (رسائل الطلاب).

الطالب الأول.

في عام 1825، قام م. فاراداي بعزل سائل يتكون من الكربون والهيدروجين من الغاز المضيء، والذي تم إنتاجه في ذلك الوقت في إنجلترا من الفحم. وبعد سنوات قليلة (في عام 1834)

حصل E. Mitscherlich أثناء تقطير حمض البنزويك على مادة مطابقة لمادة فاراداي، أطلق عليها اسم البنزين من أجل التأكيد على الارتباط الوراثي بحمض البنزويك، وأثبت أنه يحتوي على التركيبة الأولية C 6 H 6 (في البلدان الأنجلوسكسونية ولا يزال هذا الاسم محتفظًا به للبنزين).

في وقت لاحق، أوصى J. Liebig بإعطاء هذا المركب اسمًا متجذرًا - البنزين (تشير النهاية - ol إلى طابعه الزيتي من الكلمة اللاتينية oleim - Oil). في عام 1845، قام أ.ف. هوفمان بعزل البنزين من قطران الفحم لأول مرة.

الطالب الثاني.

"عيد ميلاد" نظرية بنية البنزين كمركب عطري هو 27 يناير 1865، وهو اليوم الذي نُشرت فيه معلومات حول "دستور المواد العطرية" في نشرة جمعية باريس الكيميائية.

دعنا ننتقل إلى المرحلة التالية: دعونا نحدد بنية جزيء البنزين.كما سبق أن حددنا، لا يمكن تصنيف البنزين كأحد فئات الهيدروكربونات المعروفة. ولكن دعونا نحاول أن نتخيل ما هي المتغيرات من صيغتها:

يمكنك أيضًا التوصل إلى أيزومرات تختلف في موضع الروابط المزدوجة والثلاثية.

الآن لدينا ما يسمى فرضية العمل.دعونا نحاول التحقق من ذلك. إذا تمكنا من إثبات صحة أحد الهياكل المقترحة لدينا، ستتحول الفرضية إلى نظرية،إذا لم يكن الأمر كذلك، فسنفكر أكثر.

هناك جدا رد فعل بسيطأيّ يسمحتحديد التوفر بسرعة وبشكل موثوق روابط مزدوجة أو ثلاثيةفي الهيدروكربونات غير المشبعة. أيّ؟

هذا هو إضافة البروم في روابط متعددة. إذا افترضنا أن الصيغة الثالثة صحيحة، فيجب الحصول على المركب التالي: CH 2 Br-CHBr-CBr 2 -CBr 2 -CH 2 Br-CH 2 Br

فقط قم بهزها عدة مرات الهيدروكربونات غير المشبعةوبماء البروم يتغير لون المحلول الأصفر.

تجربة مظاهرة.

رج البنزين مع ماء البروم - لا تأثير!

لذلك لنا الافتراضات غير صحيحة.

يمكنك محاولة إضافة البروم إلى جزيء البنزين، ولكن هيدروجين.في ظروفنا هذا لا يمكن القيام به. ولكن إذا تم ذلك في جهاز خاص فوق محفز، فيمكن الحصول على الهيدروكربون بالصيغة من البنزين

إذا تصرفت عليه بماء البروم - رد الفعل سلبي.ثم يبقى أن نفترض أن الهيدروكربون مع6 ن 12 له هيكل دوري مغلق. تتكون هذه الحلقة من ست مجموعات CH 2:

فيما يبدو البنزيننفس لديه دوريبناء. والصيغة الخاصة بها تقترح نفسها:

مع سندات مزدوجة؟ لكن ماء البروم!؟؟؟

علينا أن يفترضأن ثلاث روابط مزدوجة مجتمعة في حلقة واحدة مكونة من ستة أعضاء تتصرف بطريقة ما بطريقة جديدة.

تم تأكيد صيغة البنزين - وهو مسدس ذو ثلاث روابط مزدوجة توليفالبنزين من الأسيتيلين.تنتج ثلاث جزيئات من الأسيتيلين حلقة بنزين واحدة. في هذه الحالة، ستذهب إحدى روابط الأسيتيلين الثلاثة لتكوين رابطة بسيطة مع ذرة الكربون في جزيء آخر، ويبقى اثنان. والنتيجة هي تناوب الروابط المزدوجة والمفردة.

هذا، أو شيء من هذا القبيل، كان المنطق الذي استخدمه الكيميائي الألماني فيدريخ أوغست كيكولي عندما توصل لأول مرة في عام 1865 إلى استنتاج مفاده أن البنزين هو شكل سداسي به روابط مزدوجة ومفردة بالتناوب.

قوبلت صيغة كيكولي بالعاصفة المناقشات,والتي لم تهدأ لعقود عديدة. والواقع أن بعض خصائص البنزين، هذه الصيغة جيدة وأوضح، وبعضها لها يتناقض.

اتضح أن البنزين لا يزال، في ظل ظروف معينة، إضافة الهالوجيناتعلى سبيل المثال، ست ذرات كلور عبر الروابط المزدوجة الثلاثة. ولكن من ناحية أخرى، الذرات هيدروجينفي البنزين يمكن أن يكون بسهولة جدا استبدالإلى مجموعات أخرى (سنتحدث عن هذا لاحقًا). هذه القدرة هي إحدى الخصائص الرئيسية للبنزين في المجمع، وهو ما يسمى العطرية. العطرية (أي القدرة من السهل استبدال ذرات الهيدروجين)لا يمكن تفسيره بأي حال من الأحوال بصيغة كيكولي. التالي. لكل بنزين غير بديل، إذا حكمنا من خلال هذه الصيغة، يجب أن يكون هناك اثنين من الايزومرات. على سبيل المثال، بالنسبة للأورثو زيلين، هذه هي الأيزومرات:

لا أحد حقا لا يمكن عزلاثنين من ايزومرات أورثو زيلين. كان على مبتكر نظرية بنية البنزين أن يقدم "توضيحات" لصيغته. اقترح كيكولي هذا المضاعفة لم يتم تأمين الاتصالاتفي البنزين، وفي كل وقت تتحرك.

الجدلحول نظرية بنية البنزين توقفقبل بضعة عقود فقط. ما هي أفكار حديثة حولإلكتروني بناءالبنزين؟

قام الكيميائي الألماني إي. هوكل بتطبيق نظرية ميكانيكا الكم على المركبات العطرية وأظهر أن كل ذرة كربون في حالة تهجين SP². ماذا يعني ذلك؟

فصل(طالب في السبورة).

من بين الإلكترونات الأربعة لكل كربون، يشكل إلكترون واحد S وإلكترونان P ثلاثة مدارات SP² متطابقة تمامًا - وهي مدارات هجينة تقع في نفس المستوى بزاوية 120 درجة لبعضها البعض. يتم استخدام اثنين من هذه المدارات للتداخل مع نفس المدارات لذرتي كربون مجاورتين، ويتم استخدام واحد لتكوين ذرة الهيدروجين.

تتشكل كل هذه الإلكترونات النواة الإلكترونية للبنزين.

فوق وتحت كل ذرة كربون تقع المجلد الثامن ف – الإلكترون.

لنتخيل الآن أنه يوجد في حلقة البنزين ثمانية إلكترونات P في أزواج تداخل "الجوانب"أولئك. تشكل ثلاث روابط مزدوجة. هذا هو النموذج الإلكتروني للبنزين، الموصوف على الورق بواسطة صيغة كيكولي. (إظهار نموذج الكرة والعصا).

إذا كانت صيغة كيكولي صحيحة، إذن مسافةفي جزيء البنزين بين ذرتي الكربون المتجاورتين يجب أن تكون مختلفة: 0.154 نانومتربين الذرات التي لا تتداخل سحبها p و 0.133 نانومتربين ذرات الكربون ص- تواصل.

لكن أبحاث البنزين بالطرق الفيزيائيةأظهر أن جميع المسافات في الجزيء متطابقة تمامًا وأن طول الرابطة C-C يساوي 0.140 نانومتر،أولئك. متوسط ​​القيمة بين أطوال الروابط المفردة والمزدوجة. ومن المنطقي أن نفترض أن كل إلكترون ثمانية هو مدار يتداخل على قدم المساواةوفي نفس الوقت مع نفس الثمانية من الجيران.

عند إسقاطها على مستوى الجزيء، ستظهر هذه السحب الإلكترونية دوائر متداخلة(اعرض في الجدول). ولا يشكل الجزيء ثلاثة منفصلة ص- اتصالات، و متحد ص- النظام الإلكترونيمن ستة إلكترونات مشتركة بين جميع ذرات الكربون. تحت تأثير هذا المشترك للجزيء ص- السحابة الإلكترونية و سيتم تقصير المسافةبين ذرات الكربون 0.154 إلى 0.140 نانومتر.

يُعرض في الجدول (أظهر) نموذج مقياس (حجمي) لجزيء البنزين. وبما أن كثافة الإلكترون موزعة بالتساوي في الجزيء، فإن جميع الروابط بين ذرات C تكون متماثلة تمامًا.

وهكذا الكيميائية الاتصالاتفي البنزين، ليست مفردة أو مزدوجة، ولكن كما يقولون واحد ونصف،متوسطة في الطبيعة. وتسمى هذه الاتصالات أيضًا عطرية,هم أقوى ص- اتصالات(ولهذا السبب لا يتغير لون ماء البروم - ولا تتم إضافة ذرات البروم).

لإظهار انتظام التوزيع الكهربائي. غالبًا ما يتم تصوير الكثافة في جزيء البنزين وصيغته الهيكلية على أنها مسدس مع دائرةداخل:

ويسمى هذا الهيكل البنزينأو جوهر العطرية.وتسمى الهيدروكربونات، في تركيب الجزيئات التي تحتوي على حلقة عطرية الهيدروكربونات العطرية.

في الواقع، يحتوي هذا الهيكل من جزيء البنزين على السمات الهيكلية لكل من الهيكلين الأول والثاني ويمثل نظامًا جديدًا نوعيًا. لنقم بإجراء تشبيه بناءً على معرفتك البيولوجية: هجين من الحصان والحمار - بغل. ويحتوي البغل على خصائص كل من الحصان والحمار، ولكنه حيوان جديد تمامًا له خصائص فريدة خاصة به. ولذلك، إذا أردنا أن نصف هذا الحيوان لشخص لم ير بغلًا من قبل، فيمكننا أن نتحدث عن حصان، عن حمار، ثم نقول: البغل شيء بينهما.

ولكن حتى الآن ما زالوا يستخدمون صيغة Kekule في كثير من الأحيان، مع الأخذ في الاعتبار أنها تنقل فقط بنية الجزيء بشكل مشروط.

دعونا نلخص:(توحيد المعرفة)

1. ما هي الهيدروكربونات التي تسمى العطرية؟
2. ما نوع التهجين الذي يميز النواة العطرية؟
3. ما هي حلقة البنزين؟
4. كيف هي واحدة ص- اتصال؟
5. ما هي الزوايا الواقعة بين اتجاهات الروابط في الحلقة العطرية؟
6. ما هي المسافة بين ذرات الكربون؟
7. ما هي الروابط التي تسمى العطرية (واحدة ونصف)؟

انتهى الدرس! مع السلامة!

وجهة النظر الحديثة حول بنية البنزين: جزيء مسطح، تكون ذرات الكربون فيه في حالة تهجين sp 2 ويتم دمجها في شكل مسدس منتظم.

صورة جزيء البنزين:

العطرية- طاقة منخفضة بشكل غير عادي للحالة غير المثارة الناتجة عن إلغاء تمركز إلكترونات π.

العطرية-مفهوم يميز مجمل الخصائص الهيكلية والحيوية وخصائص التفاعل للهياكل الدورية مع نظام من الروابط المترافقة

علامات العطريةيكون أي مركب عطريًا إذا كان يحتوي على: أ) حلقة مغلقة مسطحة؛ ب) نظام إلكترون مترافق، يغطي جميع ذرات الدورة؛ ج) إذا كان عدد الإلكترونات المشاركة في الاقتران يتوافق مع صيغة هوكل (4n+2، حيث n هو عدد الدورات).

الايزومرية

التسميات

تقويمي-, ميتا-و زوج-تم استبداله:

الخصائص الفيزيائية

جميع المركبات العطرية لها رائحة. البنزين، التولوين، الزيلين، إيثيل بنزين،

الكومين، الستايرين - السوائل، النفثالين، الأنثراسين - المواد الصلبة.

26. الهيدروكربونات العطرية من سلسلة البنزين. التسميات. الايزومرية. طرق الحصول على البنزين ومماثلاته: من قطران الفحم، وتنكيه وإزالة التحلل المائي للبارافينات، وفقًا لتفاعل فورتز-فيتيج، وألكلة فريدل-كرافتس مع الأوليفينات، وهاليدات الألكيل، والكحولات، من أملاح حمض البنزويك، وتشذيب الألكينات.

الأرينات (الهيدروكربونات العطرية) هي مركبات حلقية تحتوي جزيئاتها على نواة بنزين واحدة أو أكثر. الصيغة التجريبية للبنزين C6H6

الايزومرية

تتميز الهيدروكربونات العطرية المستبدلة بالثنائي والثلاثي والرباعي بإيزومرية موضع البديل وإيزومرية سلسلة الألكيل الجانبية.

لا تحتوي الأرينات الأحادية والخماسية والسداسيات المستبدلة على أيزومرات مرتبطة بموضع البديل في الحلقة.

التسميات

تسمى مشتقات البنزين بالبنزين المستبدل. بالنسبة للعديد منهم، يتم استخدام أسماء تافهة، أو تتم الإشارة إلى البديل ببادئة قبل كلمة "البنزين". في حالة البنزين أحادي الاستبدال، لا تتضمن الأسماء أرقامًا، نظرًا لأن جميع ذرات الكربون الست في جزيء البنزين متكافئة، ولا يوجد سوى بنزين أحادي الاستبدال ممكن لكل بديل.

في حالة وجود بديلين على جزيء البنزين، فمن الممكن أن توجد ثلاثة أنواع مختلفة من البنزين غير المستبدل. يتم تسميتهم وفقًا لذلك تقويمي-, ميتا-و زوج-تم استبداله:

إذا كان للبنزين ثلاثة بدائل أو أكثر، فيجب الإشارة إلى موقعها في الحلقة بالأرقام فقط. وفي جميع الأحوال يتم إدراج أسماء البدائل قبل كلمة "بنزين" حسب الترتيب الأبجدي. يمكن حذف الرقم 1 في الاسم؛ والبديل الذي يبدأ منه العد التنازلي يتم تضمينه في هذه الحالة في أساس الاسم:

إيصال:

1. معالجة قطران الفحم، تقطير الزيت، التقطير الجاف

خشب.

2. تنكيه الزيت.

3. إزالة التحلل المائي من الهكسان والهبتان.

ج 6 ح 14 ← C6H6 + 4 ح 2

ج 7 ح 16 → C6H5-CH3 + 4H2

4. ويرتز فيتيج:

ألكلة فريدل – الحرف. تم قبول آليتين للتفاعل المحتملين. في الحالة الأولى، يكون الجسيم المحب للإلكترونات عبارة عن كاتيون كربوني يتكون نتيجة تفاعل الهالوكين مع كلوريد الألومنيوم (حمض لويس):

في الحالة الثانية، يمكن الافتراض أن المحب للكهرباء هو مجموعة الألكيل من المركب القطبي AlCl 3 مع هاليد الألكيل.

ألكلة البنزين (تفاعل فريدل كرافتس)

C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl → C 6 H 5 -C 2 H 5 + حمض الهيدروكلوريك

27الاستبدال الكهربي في السلسلة العطرية (النترتة، السلفنة، الهلجنة، الألكلة، وأسيلة فريدل كرافتس). مفهوم المجمعات  و . آلية تفاعلات الاستبدال الكهربي

تعليمات منهجية

دورة الكيمياء العضوية

« الهيدروكربونات العطرية»

روستوف على نهر الدون

المبادئ التوجيهيةفي مقرر الكيمياء العضوية "الهيدروكربونات العطرية". - روستوف غير متوفر: روست. ولاية يبني. الجامعة، 2007. - 12 ص.

يتم عرض المبادئ النظرية حول موضوع "الهيدروكربونات العطرية". ويرد تعريف للهيدروكربونات العطرية، فضلا عن مفهوم "العطرية". تم وصف بنية جزيء البنزين. تمت دراسة تسميات وإيزومرية المركبات العطرية ذات حلقة بنزين واحدة. يتم عرض الطرق الرئيسية للحصول على arenes، المادية و الخصائص الكيميائيةالهيدروكربونات العطرية.

مصممة لطلاب السنة الأولى والثانية، بدوام كامل و نماذج المراسلاتتدريب التخصصات PSM، ZChS، SSP، BTP وAS.

أعده: دكتوراه. الكيمياء. العلوم، أستاذ مشارك

م.ن. ميتسكايا،

دكتوراه. الكيمياء. العلوم، مساعد.

إ.أ. ليفينسكايا

المراجع: دكتوراه. الكيمياء. العلوم، أستاذ مشارك

إل إم. أستاخوفا

© ولاية روستوف

جامعة البناء، 2007

المركبات العطرية (ارينيس) - مركبات عضوية ذات بنية دورية مستوية حيث تخلق جميع ذرات الكربون نظام إلكترون π واحد غير متمركز يحتوي على (4n+2) إلكترونات π.

تشتمل المركبات العطرية في المقام الأول على البنزين C6H6 ومماثلاته ومشتقاته العديدة. قد تحتوي المركبات العطرية على حلقة بنزين واحدة أو أكثر لكل جزيء (مركبات عطرية متعددة النوى). لكننا سننظر إلى المركبات العطرية التي تحتوي على حلقة بنزين واحدة.

هيكل جزيء البنزين

اكتشف فاراداي البنزين في عام 1825 في غاز مضيء (فرن فحم الكوك)، وغالبًا ما يتم التعبير عن بنية جزيء البنزين من خلال الصيغة التي اقترحها الكيميائي الألماني أ. كيكولي (1865)

وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن جزيء البنزين له هيكل مسدس مسطح، وجوانبها متساوية مع بعضها البعض وتبلغ 0.14 نانومتر. هذه المسافة هي القيمة المتوسطة بين 0.154 نانومتر (طول الرابطة الفردية) و0.134 نانومتر (طول الرابطة المزدوجة). ليست ذرات الكربون فقط، ولكن أيضًا ذرات الهيدروجين الست المرتبطة بها تقع في نفس المستوى. تشكلت الزوايا اتصالات N-S-Sو CC-C تساوي 120 درجة:

جميع ذرات الكربون الموجودة في جزيء البنزين تكون في حالة تهجين sp2. وترتبط كل واحدة منها بمداراتها الهجينة الثلاثة مع مدارين من نفس المدارات لذرتي كربون متجاورتين ومدار واحد لذرة H، مما يشكل ثلاث روابط σ (انظر الشكل). يتداخل المدار الرابع غير المهجن 2p لذرة الكربون، والذي يكون محوره متعامدًا مع مستوى حلقة البنزين، مع مدارات مماثلة لذرتي كربون متجاورتين تقعان على اليمين واليسار.

مخطط تكوين روابط σ وروابط π في جزيء البنزين

يحدث هذا التداخل أعلى وأسفل مستوى حلقة البنزين. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل نظام مغلق واحد من الإلكترونات π. ونتيجة لهذا التداخل المنتظم للمدارات 2p لجميع ذرات الكربون الست، فإن "محاذاة" العناصر البسيطة والبسيطة روابط مزدوجة، أي. تفتقر حلقة البنزين إلى الروابط الكلاسيكية المزدوجة والمفردة. التوزيع الموحد لكثافة الإلكترون π بين جميع ذرات الكربون، بسبب عدم تمركز الإلكترون π، هو السبب في الاستقرار العالي لجزيء البنزين. لا توجد حاليا طريقة واحدة صورة بيانيةجزيئات البنزين مع مراعاة خصائصه الحقيقية. ولكن للتأكيد على انتظام كثافة الإلكترون π في جزيء البنزين، لجأوا إلى الصيغ التالية:

ومع ذلك، من الضروري أن نتذكر أن أيًا من هذه الصيغ لا يتوافق مع الحالة الفيزيائية الفعلية للجزيء، ناهيك عن أنه يمكن أن يعكس مجموعة كاملة من خصائصه. تعد صيغة كيكولي حاليًا مجرد رمز لجزيء البنزين. ومع ذلك، فهو يستخدم على نطاق واسع، مع الأخذ في الاعتبار عيوبه.

المركبات العطرية هي تلك التي تحتوي جزيئاتها على مجموعة حلقية من الذرات ذات نمط ترابط خاص - حلقة البنزين. الاسم الدولي للهيدروكربونات العطرية هو أرينيس.

أبسط ممثل للأرين هو البنزين C 6 H 6 . تم اقتراح الصيغة التي تعكس بنية جزيء البنزين لأول مرة من قبل الكيميائي الألماني كيكولي (1865):

تشكل ذرات الكربون الموجودة في جزيء البنزين شكلا سداسيا مسطحا منتظما، على الرغم من أنه عادة ما يتم رسمه على شكل مستطيل.

تم تأكيد بنية جزيء البنزين أخيرًا من خلال تفاعل تكوينه من الأسيتيلين. تصور الصيغة الهيكلية ثلاث روابط كربون-كربون مفردة وثلاثية مزدوجة بالتناوب. لكن مثل هذه الصورة لا تنقل البنية الحقيقية للجزيء. في الواقع، روابط الكربون-الكربون في البنزين متكافئة، ولها خصائص تختلف عن تلك الموجودة في الروابط الفردية أو المزدوجة. يتم تفسير هذه الميزات من خلال التركيب الإلكتروني لجزيء البنزين.

الهيكل الإلكتروني للبنزين.
كل ذرة كربون في جزيء البنزين تكون في حالة تهجين sp2. وهو متصل بذرتي كربون مجاورتين وذرة هيدروجين بثلاث روابط σ. والنتيجة هي مسدس مسطح: جميع ذرات الكربون الست وكلها σ - اتصالات SSوC-H يقعان في نفس المستوى. السحابة الإلكترونية للإلكترون الرابع (p-electron)، والتي لا تشارك في التهجين، لها شكل الدمبل وموجهة بشكل عمودي على مستوى حلقة البنزين. تتداخل سحب الإلكترون p هذه من ذرات الكربون المجاورة فوق مستوى الحلقة وتحته . ونتيجة لذلك، تشكل ستة إلكترونات p سحابة إلكترونية مشتركة وسحابة إلكترونية واحدة الرابطة الكيميائيةلجميع ذرات الكربون. توجد منطقتان من مستوى الإلكترون الكبير على جانبي مستوى الرابطة σ ./>/>

ص- السحابة الإلكترونية تسبب تقليص المسافة بين ذرات الكربون. في جزيء البنزين هما متساويان ويساويان 0.14 نانومتر. في حالة الرابطة الفردية والمزدوجة، ستكون هذه المسافات 0.154 و0.134 نانومتر، على التوالي. وهذا يعني أنه لا توجد روابط مفردة أو مزدوجة في جزيء البنزين. جزيء البنزين عبارة عن دورة مستقرة مكونة من ستة أعضاء من مجموعات CH متطابقة تقع في نفس المستوى. جميع الروابط بين ذرات الكربون في البنزين متكافئة، وهو ما يحدد الخصائص المميزة لحلقة البنزين. هذا يعكس بدقة الصيغة الهيكليةالبنزين على شكل مسدس منتظم بداخله دائرة (أنا ). (ترمز الدائرة إلى تكافؤ الروابط بين ذرات الكربون.) ومع ذلك، غالبًا ما تُستخدم صيغة كيكولي للإشارة إلى الروابط المزدوجة (ثانيا

الهيدروكربونات العطرية (الساحات) هي مركبات عضوية تحتوي جزيئاتها على حلقة بنزين واحدة أو أكثر. حلقة البنزين، أو النواة، هي مجموعة حلقية من ذرات الكربون ذات طابع خاص من الروابط.

صيغة عامة-CnH2n-6

1. الممثلين:

أحادية النواة

1. ج6ح6 - البنزين، مؤسس سلسلة الأرينات المتماثلة

2. ج6 ح5 – CH3 - التولوين (ميثيل بنزين)

3. ج 6 ح 5 - CH = C H 2 - الستايرين (الفينيل بنزين)

4. الزيلين (أورثو، شبه، ميتا زيلين)

متعدد النواة (مكثف)

1. النفثالين

2. أنثراسين

2. هيكل الهيدروكربونات العطرية :

تم اقتراح الصيغة الهيكلية الأولى للبنزين في عام 1865 من قبل الكيميائي الألماني إف إيه كيكولي:

تشكل ذرات C الموجودة في جزيء البنزين شكلًا سداسيًا مسطحًا ومنتظمًا، على الرغم من أنه غالبًا ما يتم رسمه على أنه مستطيل.

تعكس الصيغة أعلاه بشكل صحيح تكافؤ ست ذرات C، ولكنها لا تشرح عددًا من الخصائص الخاصة للبنزين. على سبيل المثال، على الرغم من كونه غير مشبع، فإنه لا يظهر ميلاً للخضوع لتفاعلات الإضافة: لا يغير لون ماء البروم ومحلول برمنجنات البوتاسيوم، أي. ولا يتميز بتفاعلات نوعية نموذجية للمركبات غير المشبعة .

تحتوي الصيغة الهيكلية كيكولي على ثلاث روابط كربون-كربون مفردة وثلاث روابط كربون-كربون متناوبة. لكن مثل هذه الصورة لا تنقل البنية الحقيقية للجزيء. في الواقع، روابط الكربون-الكربون في البنزين متكافئة. ويفسر ذلك التركيب الإلكتروني لجزيئه.

كل ذرة C في جزيء البنزين تكون في حالة تهجين sp2. يرتبط بذرتين متجاورتين C وذرة H بثلاث ذرات σ - اتصالات. والنتيجة هي مسدس مسطح، حيث كل ذرات C الست وجميعهاσ تقع روابط -C–C وC–H في نفس المستوى (الزاوية بين روابط C–C هي 120 درجة).

أرز. مخطط التعليم - الروابط في جزيء البنزين .

لا يشارك المدار الثالث لذرة الكربون في التهجين. وهو على شكل الدمبل وموجه بشكل عمودي على مستوى حلقة البنزين. تتداخل هذه المدارات p لذرات C المجاورة أعلى وأسفل مستوى الحلقة.

أرز. مدارات الكربون غير الهجينة 2p في جزيء البنزين

ونتيجة لذلك، تشكل ستة إلكترونات p (من جميع ذرات C الست) إلكترونًا مشتركًا π - سحابة إلكترونية ورابطة كيميائية واحدة لجميع ذرات C.

أرز. جزيء البنزين. موقع π - السحابة الإلكترونية

π - السحابة الإلكترونية تسبب تقليص المسافة بين ذرات الكربون.

في جزيء البنزين هما متساويان ويساويان 0.139 نانومتر. في حالة الرابطة الفردية والمزدوجة، ستكون هذه المسافات 0.154 و0.134 نانومتر، على التوالي. وهذا يعني أنه في جزيء البنزين لا يوجد تناوب بين الروابط المفردة والمزدوجة، ولكن هناك رابطة خاصة - "واحد ونصف" - وسيطة بين بسيطة ومزدوجة، ما يسمى بالرابطة العطرية. لإظهار التوزيع الموحد لسحابة الإلكترون p في جزيء البنزين، فمن الأصح تصويرها على شكل مسدس منتظم بداخله دائرة (ترمز الدائرة إلى تكافؤ الروابط بين ذرات C):

3. الايزومرية والتسميات

ترجع الأيزومرية إلى ايزومرية الهيكل العظمي الكربوني للجذور الموجودة وموقعها النسبي في حلقة البنزين. تتم الإشارة إلى موضع البديلين باستخدام البادئات: تقويمي- (س-)، إذا كانت موجودة في ذرات الكربون المجاورة (الموضع 1، 2-)، ميتا- (م-) للفصل بين ذرة كربون واحدة (1، 3-) و زوج- (ن-) لمن يقابل بعضهم بعضًا (1، 4-).

على سبيل المثال، بالنسبة لثنائي ميثيل بنزين (الزيلين):

أورثو زيلين (1،2-ثنائي ميثيل بنزين)

ميتا زيلين (1،3-ثنائي ميثيل بنزين)

بارازيلين (1,4-ثنائي ميثيل بنزين)

تسمى جذور الهيدروكربونات العطرية جذور أريل . جذري C 6 H 5 - يسمى فينيل.