›

Téma lekcie: "Benzén: elektronická štruktúra, fyzikálne vlastnosti." Arény - názvoslovie, príprava, chemické vlastnosti Opíšte elektrónovú štruktúru benzénu

Typ lekcie: lekcia učenia sa nového materiálu.

Typ lekcie: problematická prednáška.

Hlavný didaktický cieľ hodiny: dosiahnuť pochopenie obsahu vzdelávacieho materiálu všetkými študentmi.

Učebné ciele lekcie:

  • prehĺbiť vedomosti o uhľovodíkoch;
  • oboznámi študentov s novým typom chemickej väzby charakteristickým pre túto skupinu zlúčenín na príklade benzénu; dať pojem aromatickosti;

Rozvojové ciele lekcie:

  • rozvíjať u žiakov schopnosť vyzdvihnúť to hlavné, podstatné v vzdelávací materiál, porovnávať, zovšeobecňovať a systematizovať, vytvárať vzťahy medzi príčinami a následkami;
  • podporovať rozvoj silnej vôle a emocionálnych vlastností jednotlivca;
  • Venujte osobitnú pozornosť rozvíjaniu záujmu o predmet a reč žiakov.

Vzdelávacie ciele lekcie: podporovať formovanie svetonázorových myšlienok:

  • materiálnosť sveta;
  • kontinuita procesu poznávania.

Vybavenie lekcie:

  • činidlá: benzén, roztok KMnO 4, brómová voda;
  • guľôčkový model molekuly benzénu (podľa Kekule);
  • podporné poznámky, tabuľky.

Pokrok v lekcii

Epigraf k lekcii:

„Vzdelanie nie je o množstve vedomostí,
ale v plnom pochopení a šikovnej aplikácii všetkého
čo vieš."
A. Disterweg.

Na poslednej hodine som ich požiadal, aby si zopakovali riešenie úloh na hľadanie vzorca látky a charakterizovanie látok preberaných tried.

Riešime úlohy nájsť molekulový vzorec látky a charakterizovať látky, ktoré zodpovedajú výslednému zloženiu.

K tabuli:

1+2 žiaci (riešte úlohy pomocou kariet).

ÚLOHA č.1

Odvoďte vzorec látky obsahujúcej 82,75 % uhlíka a 17,25 % vodíka. Relatívna hustota pár tejto látky vo vzduchu je 2.

ÚLOHA č.2

Určte molekulový vzorec uhľovodíka, v ktorom je hmotnostný podiel uhlíka 85,7 % a vodíka 14,3 %. Relatívna hustota látky vzhľadom na vodík je 28.

Trieda + žiak pri tabuli:

ÚLOHA č.3

Aký je molekulárny vzorec látky, v ktorej je hmotnostný zlomok uhlíka 93,2%. Relatívna hustota vodíka je 39.

Odpoveď: C6H6 skutočný vzorec

Pri riešení tretej úlohy sme získali kompozíciu C6H6. Do ktorej zo známych tried uhľovodíkov možno túto látku zaradiť?

Túto látku nemôžeme pripísať žiadnej zo skúmaných tried uhľovodíkov.

Takže problém!, ktorý musíme spoločne vyriešiť. Dnes my zoznámime sa s nová skupina uhľovodíky, ktoré sa nazývajú aromatické.

TÉMA LEKCIE: Aromatické uhľovodíky (arény). benzén. Štruktúra molekuly.

Naše dnešné hlavné úlohy:

  1. Prehĺbiť vedomosti o uhľovodíkoch, rozšíriť chápanie rozmanitosti organických zlúčenín.
  2. Zoznámte sa s novým typom chemickej väzby charakteristickým pre túto skupinu uhľovodíkov.

Osnova prednášky:

  1. Arény sú jednou z tried uhľovodíkov.
  2. História objavu benzénu.
  3. Štruktúra molekuly benzénu.
    a) štruktúra benzénu podľa Kekulu;
    b) moderné predstavy o elektrónovej štruktúre benzénu;
    c) pojem aromatického jadra a jeden a pol väzieb.

D/z s. 51-53, pripravte si poznámky z prednášok.

Dnes sa v lekcii zoznámime s novou skupinou uhľovodíkov nazývanou aromáty alebo arény.

Aromatické tieto uhľovodíky boli pomenované preto, lebo prvý slávnych predstaviteľov mali príjemné vôňa. Neskôr sa ukázalo, že väčšina látok, ktoré sú chemicky vlastnosti patria do rovnakej skupiny a nemajú aromatický zápach. Historicky ustálený spoločný názov pre tieto zlúčeniny im však zostal dodnes.

Najjednoduchším predstaviteľom aromatických uhľovodíkov je benzén.

Predchádzajúce triedy uhľovodíkov boli študované na základe príčinných a následných vzťahov: zloženie – štruktúra – vlastnosti – aplikácia. Tento istý logický princíp nateraz opustíme.

Zlúčenina látky my nainštalovaný– C6H6. Toto je benzén. Benzén je tiež uhľovodík, ale uhľovodík, ktorý sa zásadne líši od diskutovaných. Čo je benzén?

Poďme zistiť históriu objavu benzénu. (Správy študentov).

1. študent.

V roku 1825 M. Faraday izoloval kvapalinu pozostávajúcu z uhlíka a vodíka zo svietiaceho plynu, ktorý sa v tom čase vyrábal v Anglicku z uhlia. O niekoľko rokov neskôr (v roku 1834)

E. Mitscherlich pri destilácii kyseliny benzoovej získal látku identickú s Faradayovou, nazval ju benzín, aby zdôraznil genetickú súvislosť s kyselinou benzoovou a zistil, že má elementárne zloženie C 6 H 6 (v anglosaských krajinách tento názov sa stále zachováva pre benzén).

Neskôr J. Liebig odporučil dať tejto zlúčenine zakorenený názov – benzén (koncovka – ol označuje jej olejovitý charakter z latinského oleim – olej). V roku 1845 A. V. Hoffmann prvýkrát izoloval benzén z uhoľného dechtu.

2. študent.

„Narodeniny“ teórie štruktúry benzénu ako aromatickej zlúčeniny sú 27. január 1865, deň, keď bola v Bulletine Parížskej chemickej spoločnosti uverejnená informácia o „Konštitúcii aromatických látok“.

Prejdime k ďalšej fáze: Stanovme štruktúru molekuly benzénu. Ako sme už zistili, benzén nemožno zaradiť medzi jednu zo známych tried uhľovodíkov. Skúsme si však predstaviť, aké varianty jeho vzorca môžu existovať:

Môžete tiež prísť s izomérmi, ktoré sa líšia polohou dvojitých a trojitých väzieb.

Teraz máme to, čo sa nazýva pracovná hypotéza. Skúsme to skontrolovať. Ak dokážeme správnosť jednej z nami navrhovaných štruktúr, hypotéza sa zmení na teóriu, ak nie, rozmyslame dalej.

Existuje veľmi jednoduchá reakcia ktoré umožňuje rýchlo a spoľahlivo zistiť dostupnosť dvojité alebo trojité väzby v nenasýtených uhľovodíkoch. Ktoré?

Ide o adíciu brómu na viacnásobných väzbách. Ak predpokladáme, že 3. vzorec je správny, mala by sa získať nasledujúca zlúčenina: CH2Br-CHBr-CBr2-CBr2-CH2Br-CH2Br

Stačí párkrát potriasť nenasýtený uhľovodík s brómovou vodou sa žltý roztok sfarbí.

Demonštračná skúsenosť.

Pretrepte benzén s brómovou vodou - žiadny efekt!

Takže náš predpoklady sú nesprávne.

Môžete sa pokúsiť pridať nie bróm do molekuly benzénu, ale vodík. V našich podmienkach to nie je možné. Ale ak sa to robí v špeciálnom zariadení nad katalyzátorom, potom uhľovodík so vzorcom možno získať z benzénu

Ak na to pôsobíte brómovou vodou - reakcia je negatívna. Potom zostáva predpokladať, že uhľovodík S6 N 12 má uzavretú cyklickú štruktúru. Tento kruh pozostáva zo šiestich skupín CH2:

Očividne benzén To isté má cyklickýštruktúru. A vzorec na to navrhuje sám:

S dvojitými väzbami? Ale brómová voda!???

Musíme predpokladaťže tri dvojité väzby spojené do jedného šesťčlenného kruhu sa nejako správajú novým spôsobom.

Vzorec benzénu - šesťuholníka s tromi dvojitými väzbami - je potvrdený syntéza benzén z acetylénu. Tri molekuly acetylénu vytvárajú jeden benzénový kruh. V tomto prípade jedna z troch acetylénových väzieb, ako to bolo, vytvorí jednoduchú väzbu s atómom uhlíka inej molekuly a dve zostávajú. Výsledkom je striedanie dvojitých a jednoduchých väzieb.

Takto, alebo niečo podobné, uvažoval nemecký chemik Fiedrich August Kekule, keď v roku 1865 prvýkrát dospel k záveru, že Benzén je šesťuholník so striedajúcimi sa dvojitými a jednoduchými väzbami.

Kekuleho formula sa stretla s búrlivosťou debaty, ktorá neutíchla dlhé desaťročia. Naozaj, niektoré vlastnosti benzénu, tento vzorec je dobrý vysvetlil a niektoré jej protirečili.

Ukázalo sa, že benzén môže za určitých podmienok pridať halogény napríklad šesť atómov chlóru cez všetky tri dvojité väzby. Ale na druhej strane, atómy vodík v benzéne môže byť veľmi ľahko vymenené do iných skupín (o tom si povieme neskôr). Táto schopnosť je jednou z hlavných vlastností benzénu v komplexe, ktorý je tzv aromatickosť. Aromatickosť (t.j. schopnosť ľahko nahradiť atómy vodíka) nie je v žiadnom prípade vysvetlené Kekulého vzorcom. Ďalej. Pre každý disubstituovaný benzén, súdiac podľa tohto vzorca, musí existovať dva izoméry. Napríklad pre orto-xylén sú to izoméry:

Naozaj nikto nemohol izolovať dva izoméry orto-xylénu. Tvorca teórie štruktúry benzénu musel urobiť „objasnenia“ svojho vzorca. Kekule navrhol, že dvojitý spojenia nie sú zabezpečené v benzéne a stále sťahovanie.

Kontroverzia okolo teórie štruktúry benzénu zastavil len pred niekoľkými desaťročiami. čo sú moderné predstavy o elektronické štruktúru benzén?

Nemecký chemik E. Hückel aplikoval kvantovú mechanickú teóriu na aromatické zlúčeniny a ukázal, že každý atóm uhlíka je v hybridizovanom stave SP². čo to znamená

triedy(študent pri tabuli).

Zo štyroch elektrónov každého uhlíka jeden S a dva P elektróny tvoria tri úplne identické SP² - hybridné orbitály, ktoré ležia v rovnakej rovine pod uhlom 120° voči sebe. Dva z týchto orbitálov sa používajú na prekrytie s rovnakými orbitálmi dvoch susedných uhlíkov a jeden sa používa na vytvorenie s atómom vodíka.

Všetky tieto elektróny sa tvoria elektrónové jadro benzénu.

Nad a pod každým atómom uhlíka sa nachádza objem osem P – elektrón.

Teraz si predstavme, že v benzénovom kruhu je osem P elektrónov v pároch prekrývajúce sa "strany" tie. tvoria tri dvojité väzby. Toto je elektronický model benzénu opísaný na papieri pomocou Kekuleho vzorca. (zobraziť model s loptou a palicou).

Ak je Kekuleho vzorec správny, potom vzdialenosť v molekule benzénu medzi dvoma susednými atómami uhlíka musia byť rôzne: 0,154 nm medzi atómami, ktorých p-oblaky sa neprekrývajú a 0,133 nm medzi uhlíkmi viazané P– komunikácia.

Ale výskum benzénu fyzikálnymi metódami ukázali, že všetky vzdialenosti v molekule sú striktne identické a dĺžka väzby C–C je rovnaká 0,140 nm, tie. priemerná hodnota medzi dĺžkami jednoduchých a dvojitých väzieb. Je logické predpokladať, že každá elektrónová osmička je orbitál sa prekrýva rovnako a súčasne s rovnakými osmičkami dvoch susedov.

Pri premietnutí na rovinu molekuly sa objavia tieto elektrónové oblaky prekrývajúce sa kruhy(zobraziť v tabuľke). Molekula netvorí tri samostatné P- spojenia a zjednotený P– elektronický systémšiestich elektrónov spoločných pre všetky atómy uhlíka. Pod vplyvom tohto spoločného pre molekulu P- elektronický cloud a vzdialenosť sa skráti medzi atómami uhlíka 0,154 až 0,140 nm.

Mierkový (objemový) model molekuly benzénu je uvedený v tabuľke (zobraziť). Keďže elektrónová hustota je v molekule rozložená rovnomerne, všetky väzby medzi atómami C sú úplne rovnaké.

Teda chemický komunikácie v benzéne nie sú jednoduché alebo dvojité, ale ako sa zvykne hovoriť jeden a pol, stredný charakter. Tieto spojenia sú tiež tzv aromatický, Oni silnejší P– spojenia(preto sa brómová voda neodfarbuje – nepridávajú sa atómy brómu).

Ukázať rovnomernosť elektrického rozvodu. Hustota v molekule benzénu, jej štruktúrny vzorec je často znázornený ako šesťuholník s kruhom vnútri:

Táto štruktúra sa nazýva benzén alebo aromatické jadro. A uhľovodíky, v zložení molekúl, ktoré obsahujú aromatický kruh, sa nazývajú aromatické uhľovodíky.

V skutočnosti táto štruktúra molekuly benzénu obsahuje štruktúrne znaky prvej aj druhej štruktúry a predstavuje kvalitatívne nový systém. Urobme si prirovnanie na základe tvojich biologických znalostí: kríženec koňa a osla – mulica. Mulica obsahuje vlastnosti koňa aj somára, ale je to úplne nové zviera s vlastnosťami, ktoré sú pre neho jedinečné. A preto, ak chceme opísať toto zviera človeku, ktorý nikdy nevidel mulicu, môžeme hovoriť o koni, o somárovi a potom povedať: mulica je niečo medzi tým.

Ale aj teraz často stále používajú vzorec Kekulé, berúc do úvahy, že iba podmienečne prenáša štruktúru molekuly.

Poďme si to zhrnúť:(upevnenie vedomostí)

  1. Aké uhľovodíky sa nazývajú aromatické?
  2. Aký typ hybridizácie je charakteristický pre aromatické jadro?
  3. Čo je benzénový kruh?
  4. Ako je single P- spojenie?
  5. Aké sú uhly medzi smermi väzieb v aromatickom kruhu?
  6. Aká je vzdialenosť medzi atómami uhlíka?
  7. Aké väzby sa nazývajú aromatické (jeden a pol)?

Lekcia sa skončila! Dovidenia!

Moderný pohľad na štruktúru benzénu: plochá molekula, ktorej atómy uhlíka sú v stave hybridizácie sp 2 a sú spojené do pravidelného šesťuholníka.

Obrázok molekuly benzénu:

Aromatickosť- nezvyčajne nízka energia nevybudeného stavu spôsobená delokalizáciou π elektrónov.

Aromatickosť- pojem charakterizujúci súhrn štruktúrnych, energetických vlastností a reaktívnych vlastností cyklických štruktúr so systémom konjugovaných väzieb

Známky aromatickosti Akákoľvek zlúčenina je aromatická, ak má: a) plochý uzavretý kruh; b) konjugovaný systém π-elektrónov, pokrývajúci všetky atómy cyklu; c) ak počet elektrónov zapojených do konjugácie zodpovedá Hückelovmu vzorcu (4n+2., kde n je počet cyklov).

izomerizmus

Nomenklatúra

orto-, meta- A pár- nahradené:

Fyzikálne vlastnosti

Všetky aromatické zlúčeniny majú vôňu. Benzén, toluén, xylény, etylbenzén,

kumén, styrén - kvapaliny, naftalén, antracén - tuhé látky.

26. Aromatické uhľovodíky benzénového radu. Nomenklatúra. izomerizmus. Spôsoby získavania benzénu a jeho homológov: z uhoľného dechtu, aromatizácia a dehydrocyklizácia parafínov, podľa Wurtz-Fittigovej reakcie, Friedel-Craftsova alkylácia s olefínmi, alkylhalogenidmi, alkoholmi, zo solí kyseliny benzoovej, trimerizácia alkínov.

Arény (aromatické uhľovodíky) sú cyklické zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú jedno alebo viac benzénových jadier. Empirický vzorec benzénu C6H6

izomerizmus

Di-, tri- a tetra-substituované aromatické uhľovodíky sú charakterizované izomériou polohy substituenta a izomériou bočného alkylového reťazca.

Mono-, penta- a hexa-substituované arény nemajú izoméry spojené s polohou substituenta v kruhu.

Nomenklatúra

Benzénové deriváty sa nazývajú substituované benzény. Pre mnohé z nich sa používajú buď triviálne názvy, alebo je substituent označený predponou pred slovom „benzén“. V prípade monosubstituovaných benzénov názvy nezahŕňajú čísla, pretože všetkých šesť atómov uhlíka molekuly benzénu je ekvivalentných a pre každý substituent je možný iba jeden monosubstituovaný benzén.

Ak sú na molekule benzénu prítomné dva substituenty, potom môžu existovať tri rôzne disubstituované benzény. Podľa toho sú pomenované orto-, meta- A pár- nahradené:

Ak má benzén tri alebo viac substituentov, potom by ich poloha v kruhu mala byť označená iba číslami. Vo všetkých prípadoch sú názvy substituentov uvedené pred slovom „benzén“ v abecednom poradí. Číslo 1 v názve možno vynechať; substituent, od ktorého začína odpočítavanie, je v tomto prípade zahrnutý do základu názvu:

Potvrdenie:

1. Spracovanie uhoľného dechtu, destilácia ropy, suchá destilácia

drevo

2. Aromatizácia oleja.

3. Dehydrocyklizácia hexánu a heptánu.

C6H14 -> C6H6 + 4H2

C7H16 -> C6H5-CH3 + 4H2

4. Wurtz-Fittig:

Friedel-Craftsova alkylácia. Boli prijaté dva možné reakčné mechanizmy. V prvom prípade je elektrofilnou časticou karbokation vytvorený v dôsledku interakcie halogénalkánu s chloridom hlinitým (Lewisova kyselina):

V druhom prípade možno predpokladať, že elektrofilom je alkylová skupina polárneho komplexu AlCl3 s alkylhalogenidom.

Alkylácia benzénu (Friedel-Craftsova reakcia)

C6H6 + C2H5Cl → C6H5-C2H5 + HCl

27.Elektrofilná substitúcia v aromatickom rade (nitrácia, sulfonácia, halogenácia, alkylácia a Friedel-Craftsova acylácia). Pojem - a -komplexov. Mechanizmus elektrofilných substitučných reakcií

METODICKÉ POKYNY

kurz organickej chémie

« AROMATICKÉ UHĽOVODÍKY»

Rostov na Done

Smernice v kurze organickej chémie „Aromatické uhľovodíky“. - Rostov n/a: Rost. štátu stavia. univ., 2007. - 12 s.

Prezentované sú teoretické princípy na tému „Aromatické uhľovodíky“. Uvádza sa definícia aromatických uhľovodíkov, ako aj pojem „aromatickosť“. Je opísaná štruktúra molekuly benzénu. Uvažuje sa o nomenklatúre a izomérii aromatických zlúčenín s jedným benzénovým kruhom. Uvádzajú sa hlavné metódy získavania arén, fyzikálne a chemické vlastnosti aromatické uhľovodíky.

Určené pre študentov 1. a 2. ročníka, denného a korešpondenčné formuláreškolenia odborností PSM, ZChS, SSP, BTP a AS.

Zostavil: Ph.D. chem. vedy, docent

M.N. Mitskaya,

Ph.D. chem. vedy, asst.

E.A. Levinskaja

Recenzent: Ph.D. chem. vedy, docent

L.M. Astakhova

© Rostovský štát

Stavebná univerzita, 2007

Aromatické zlúčeniny (areny) - organické zlúčeniny s planárnou cyklickou štruktúrou, v ktorej všetky atómy uhlíka vytvárajú jeden delokalizovaný π-elektrónový systém obsahujúci (4n+2) π-elektróny.

Aromatické zlúčeniny zahŕňajú predovšetkým benzén C6H6 a jeho početné homológy a deriváty. Aromatické zlúčeniny môžu obsahovať jeden alebo viac benzénových kruhov na molekulu (polynukleárne aromatické zlúčeniny). My sa však pozrieme na aromatické zlúčeniny s jedným benzénovým kruhom.

Štruktúra molekuly benzénu

Benzén objavil M. Faraday v roku 1825 v osvetľovacom (koksárenskom) plyne a štruktúru molekuly benzénu najčastejšie vyjadruje vzorec, ktorý navrhol nemecký chemik A. Kekule (1865)

Podľa moderných koncepcií má molekula benzénu štruktúru plochého šesťuholníka, ktorého strany sú si navzájom rovné a majú veľkosť 0,14 nm. Táto vzdialenosť je priemerná hodnota medzi 0,154 nm (dĺžka jednej väzby) a 0,134 nm (dĺžka dvojitej väzby). Nielen atómy uhlíka, ale aj šesť s nimi spojených atómov vodíka leží v rovnakej rovine. Vytvorili sa uhly N-S-S spojenia a C-C-C sa rovnajú 120°:

Všetky atómy uhlíka v molekule benzénu sú v stave hybridizácie sp2. Každý z nich je spojený svojimi tromi hybridnými orbitálmi s dvoma rovnakými orbitálmi dvoch susedných atómov uhlíka a jedným orbitálom atómu H, ktoré tvoria tri väzby σ (pozri obrázok). Štvrtý, nehybridizovaný orbitál 2p atómu uhlíka, ktorého os je kolmá na rovinu benzénového kruhu, sa prekrýva s podobnými orbitálmi dvoch susedných atómov uhlíka umiestnených vpravo a vľavo.


Schéma vzniku σ-väzieb a π-väzieb v molekule benzénu

Toto prekrytie sa vyskytuje nad a pod rovinou benzénového kruhu. V dôsledku toho sa vytvorí jediný uzavretý systém π-elektrónov. Výsledkom takéhoto rovnomerného prekrývania 2p orbitálov všetkých šiestich atómov uhlíka je „zarovnanie“ jednoduchých a dvojité väzby, t.j. V benzénovom kruhu chýbajú klasické dvojité a jednoduché väzby. Rovnomerné rozloženie hustoty π-elektrónov medzi všetkými atómami uhlíka v dôsledku delokalizácie π-elektrónov je dôvodom vysokej stability molekuly benzénu. V súčasnosti neexistuje jediný spôsob grafický obrázok molekuly benzénu s prihliadnutím na jeho skutočné vlastnosti. Aby sa však zdôraznila rovnomernosť hustoty π-elektrónov v molekule benzénu, uchýlili sa k nasledujúcim vzorcom:

Je však potrebné mať na pamäti, že žiadny z týchto vzorcov nezodpovedá skutočnému fyzikálnemu stavu molekuly, tým menej môže odrážať celú škálu jej vlastností. Kekuleho vzorec je v súčasnosti iba symbolom molekuly benzénu. Je však široko používaný, pričom treba pamätať na jeho nevýhody.

Aromatické zlúčeniny sú tie, ktorých molekuly obsahujú cyklickú skupinu atómov so špeciálnym väzbovým vzorom - benzénový kruh. Medzinárodný názov pre aromatické uhľovodíky je arény.

Najjednoduchším zástupcom arénov je benzén C 6 H 6 . Vzorec odrážajúci štruktúru molekuly benzénu prvýkrát navrhol nemecký chemik Kekule (1865):

Atómy uhlíka v molekule benzénu tvoria pravidelný plochý šesťuholník, hoci sa zvyčajne kreslí ako predĺžený.

Štruktúra molekuly benzénu bola nakoniec potvrdená reakciou jej vzniku z acetylénu. Štruktúrny vzorec znázorňuje tri jednoduché a tri dvojité striedavé väzby uhlík-uhlík. Takýto obraz však nevyjadruje skutočnú štruktúru molekuly. V skutočnosti sú väzby uhlík-uhlík v benzéne ekvivalentné a majú vlastnosti, ktoré sa líšia od vlastností jednoduchých alebo dvojitých väzieb. Tieto vlastnosti sú vysvetlené elektrónovou štruktúrou molekuly benzénu.

Elektrónová štruktúra benzénu.
Každý atóm uhlíka v molekule benzénu je v stave hybridizácie sp2. S dvoma susednými atómami uhlíka a atómom vodíka je spojený tromi σ väzbami. Výsledkom je plochý šesťuholník: všetkých šesť atómov uhlíka a všetky σ - S-S spojenia a C-H ležia v rovnakej rovine. Elektrónový oblak štvrtého elektrónu (p-elektrónu), ktorý sa nezúčastňuje hybridizácie, má tvar činky a je orientovaný kolmo na rovinu benzénového kruhu. Takéto p-elektrónové oblaky susedných atómov uhlíka sa prekrývajú nad a pod rovinou kruhu . Výsledkom je, že šesť p-elektrónov tvorí spoločný elektrónový oblak a jeden chemická väzba pre všetky atómy uhlíka. Dve oblasti veľkej elektrónovej roviny sú umiestnené na oboch stranách roviny väzby σ ./>/>

p-Elektrónový oblak spôsobuje zmenšenie vzdialenosti medzi atómami uhlíka. V molekule benzénu sú rovnaké a rovnajú sa 0,14 nm. V prípade jednoduchej a dvojitej väzby by tieto vzdialenosti boli 0,154 a 0,134 nm. To znamená, že v molekule benzénu nie sú jednoduché ani dvojité väzby. Molekula benzénu je stabilný šesťčlenný cyklus identických skupín CH ležiacich v rovnakej rovine. Všetky väzby medzi atómami uhlíka v benzéne sú ekvivalentné, čo určuje charakteristické vlastnosti benzénového kruhu. Toto odráža najpresnejšie štruktúrny vzorec benzén vo forme pravidelného šesťuholníka s kruhom vo vnútri ( ja ). (Kruh symbolizuje ekvivalenciu väzieb medzi atómami uhlíka.) Často sa však používa Kekuleov vzorec označujúci dvojité väzby ( II

Aromatické uhľovodíky (Arény) sú organické zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú jeden alebo viac benzénových kruhov. Benzénový kruh alebo jadro je cyklická skupina atómov uhlíka so špeciálnym charakterom väzieb.

Všeobecný vzorec-CnH2n-6

1. Zástupcovia:

MONONUCLEAR

1. C6H6 – benzén, zakladateľ homologickej série arén


2. C6H5 – CH3 - toluén (metylbenzén)


3. C6H5 – CH = CH2 - styrén (vinylbenzén)

4. Xylén (orto-, para-, meta-xylén)

VIACJÁROVÉ (KONDENZOVANÉ)

1. naftalén


2. antracén

2. Štruktúra aromatických uhľovodíkov :

Prvý štruktúrny vzorec benzénu navrhol v roku 1865 nemecký chemik F.A. Kekule:

Atómy C v molekule benzénu tvoria pravidelný plochý šesťuholník, aj keď sa často kreslí ako predĺžený.

Vyššie uvedený vzorec správne odráža ekvivalenciu šiestich atómov C, ale nevysvetľuje množstvo špeciálnych vlastností benzénu. Napríklad, napriek tomu, že je nenasýtený, nevykazuje tendenciu podliehať adičným reakciám: neodfarbuje brómovú vodu a roztok manganistanu draselného, ​​t.j. nevyznačuje sa kvalitatívnymi reakciami typickými pre nenasýtené zlúčeniny .

Štruktúrny vzorec Kekulé obsahuje tri jednoduché a tri dvojité striedavé väzby uhlík-uhlík. Takýto obraz však nevyjadruje skutočnú štruktúru molekuly. V skutočnosti sú väzby uhlík-uhlík v benzéne ekvivalentné. To sa vysvetľuje elektrónovou štruktúrou jeho molekuly.

Každý atóm uhlíka v molekule benzénu je v stave hybridizácie sp2. Je viazaný na dva susedné atómy C a atóm H na tri σ - spojenia. Výsledkom je plochý šesťuholník, kde je všetkých šesť atómov C a všetkyσ Väzby -C–C a C–H ležia v rovnakej rovine (uhol medzi väzbami C–C je 120 o).

Ryža. Vzdelávacia schéma -väzby v molekule benzénu.

Tretí p-orbitál atómu uhlíka sa nezúčastňuje hybridizácie. Má tvar činky a je orientovaný kolmo na rovinu benzénového kruhu. Takéto p-orbitály susedných atómov C sa prekrývajú nad a pod rovinou kruhu.

Ryža. Nehybridné 2p uhlíkové orbitály v molekule benzénu

Výsledkom je, že šesť p-elektrónov (zo všetkých šiestich atómov C) tvorí spoločný π -elektrónový oblak a jediná chemická väzba pre všetky atómy C.

Ryža. Molekula benzénu. Poloha π -elektrónový oblak

π -Elektrónový oblak spôsobuje zmenšenie vzdialenosti medzi atómami C.

V molekule benzénu sú rovnaké a rovnajú sa 0,139 nm. V prípade jednoduchej a dvojitej väzby by tieto vzdialenosti boli 0,154 a 0,134 nm. To znamená, že v molekule benzénu nedochádza k striedaniu jednoduchých a dvojitých väzieb, ale medzi jednoduchou a dvojitou väzbou existuje špeciálna väzba - „jeden a pol“, takzvaná aromatická väzba. Na znázornenie rovnomerného rozloženia p-elektrónového oblaku v molekule benzénu je správnejšie znázorniť ho vo forme pravidelného šesťuholníka s kruhom vo vnútri (kruh symbolizuje ekvivalenciu väzieb medzi atómami C):


3. Izoméria, nomenklatúra

Izoméria je spôsobená izomériou uhlíkového skeletu existujúcich radikálov a ich relatívnej polohy v benzénovom kruhu. Poloha dvoch substituentov je označená pomocou predpon: orto- (o-), ak sa nachádzajú na susedných atómoch uhlíka (poloha 1, 2-), meta- (m-) pre oddelené jedným atómom uhlíka (1, 3-) a pár- (n-) pre tie, ktoré sú oproti sebe (1, 4-).

Napríklad pre dimetylbenzén (xylén):

orto-xylén (1,2-dimetylbenzén)


meta-xylén (1,3-dimetylbenzén)

para-xylén (1,4-dimetylbenzén)

Radikály aromatických uhľovodíkov sú tzv arylové radikály . Radikál C 6 H 5 - tzv fenyl.