Vrsta lekcije: lekcija učenja nove snovi.
Vrsta lekcije: problemsko predavanje.
Glavni didaktični cilj lekcije: doseči razumevanje vsebine učne snovi s strani vseh učencev.
Učni cilji lekcije:
- poglobiti znanje o ogljikovodikih;
- seznaniti študente z novo vrsto kemijske vezi, značilno za to skupino spojin, na primeru benzena; podati pojem aromatičnost;
Razvojni cilji lekcije:
- razvijati pri učencih sposobnost poudarjanja glavnega, bistvenega v izobraževalno gradivo, primerjati, posploševati in sistematizirati, ugotavljati vzročno-posledične zveze;
- spodbujati razvoj močne volje in čustvenih lastnosti posameznika;
- Posebno pozornost posvetite razvijanju zanimanja za predmet in govor učencev.
Izobraževalni cilji lekcije: spodbujati oblikovanje svetovnih nazorskih idej:
- materialnost sveta;
- kontinuiteta spoznavnega procesa.
Oprema za pouk:
- reagenti: benzen, raztopina KMnO 4, bromova voda;
- kroglični model molekule benzena (po Kekuleju);
- spremne opombe, tabele.
Napredek lekcije
Epigraf lekcije:
»Pri izobraževanju ne gre za količino znanja,
ampak v popolnem razumevanju in spretni uporabi vsega
kar veš."
A. Disterweg.
V zadnji lekciji sem jih prosil, naj ponovijo reševanje nalog o iskanju formule snovi in karakterizaciji snovi preučenih razredov.
Rešujemo naloge iskanja molekulske formule snovi in karakteriziramo snovi, ki ustrezajo nastali sestavi.
Na tablo:
1+2 učenca (rešujejo naloge s kartončki).
NALOGA št. 1
Izpeljite formulo snovi, ki vsebuje 82,75 % ogljika in 17,25 % vodika. Relativna gostota hlapov te snovi v zraku je 2.
NALOGA št. 2
Določite molekulsko formulo ogljikovodika, v katerem je masni delež ogljika 85,7 %, vodika pa 14,3 %. Relativna gostota snovi glede na vodik je 28.
Razred + učenec pri tabli:
NALOGA št. 3
Kakšna je molekulska formula snovi, v kateri je masni delež ogljika 93,2 %. Relativna gostota za vodik je 39.
Odgovor: prava formula C6H6
Pri reševanju tretje naloge smo dobili sestavo C6H6. V katerega od znanih razredov ogljikovodikov lahko uvrstimo to snov?
Te snovi ne moremo pripisati nobenemu od preučevanih razredov ogljikovodikov.
Torej, problem!, ki ga moramo rešiti skupaj. Danes mi spoznajmo se nova skupina ogljikovodiki, ki jih imenujemo aromatski.
TEMA LEKCIJE: Aromatski ogljikovodiki (areni). Benzen. Struktura molekule.
Naše glavne naloge danes:
- Poglobite znanje o ogljikovodikih, razširite razumevanje raznolikosti organskih spojin.
- Seznanite se z novo vrsto kemijske vezi, značilno za to skupino ogljikovodikov.
Oris predavanja:
- Areni so eden od razredov ogljikovodikov.
- Zgodovina odkritja benzena.
- Zgradba molekule benzena.
a) zgradbo benzena po Kekulu;
b) sodobne predstave o elektronski strukturi benzena;
c) pojem aromatskega jedra in enoinpol vezi.
D/z s. 51-53, pripravi zapiske predavanj.
Danes se bomo v lekciji seznanili z novo skupino ogljikovodikov, imenovano aromati ali areni.
Aromatičen ti ogljikovodiki so bili poimenovani po prvem znani predstavniki imeli so prijetno vonj. Pozneje se je izkazalo, da je večina snovi, ki so kemično lastnosti spadajo v isto skupino in nimajo aromatičnega vonja. Zgodovinsko uveljavljeno skupno ime za te spojine pa se jim je ohranilo vse do danes.
Najenostavnejši predstavnik aromatskih ogljikovodikov je benzen.
Prejšnje razrede ogljikovodikov so proučevali na podlagi vzročno-posledičnih razmerij: sestava – struktura – lastnosti – uporaba. To isto logično načelo bomo za zdaj pustili.
Spojina snovi, ki jih nameščen– C 6 H 6 . To je benzen. Benzen je prav tako ogljikovodik, vendar ogljikovodik, ki se bistveno razlikuje od obravnavanih. Kaj je benzen?
Ugotovimo zgodovino odkritja benzena. (Sporočila dijakov).
1. študent.
Leta 1825 je M. Faraday izoliral tekočino, sestavljeno iz ogljika in vodika, iz svetilnega plina, ki so ga takrat proizvajali v Angliji iz premoga. Nekaj let kasneje (leta 1834)
E. Mitscherlich je med destilacijo benzojske kisline dobil snov, ki je enaka Faradayevi, jo poimenoval bencin, da bi poudaril genetsko povezavo z benzojsko kislino, in ugotovil, da ima elementarno sestavo C 6 H 6 (v anglosaških državah to ime se še vedno ohranja za benzen).
Kasneje je J. Liebig priporočil, da se tej spojini da zakoreninjeno ime - benzen (končnica - ol kaže na njen oljnat značaj iz latinskega oleim - olje). Leta 1845 je A.V. Hoffmann prvič izoliral benzen iz premogovega katrana.
2. študent.
"Rojstni dan" teorije o strukturi benzena kot aromatske spojine je 27. januar 1865, dan, ko je bil v Biltenu Pariškega kemijskega društva objavljen podatek o "Konstituciji aromatskih snovi".
Pojdimo na naslednjo stopnjo: Ugotovimo strukturo molekule benzena. Kot smo že ugotovili, benzena ne moremo uvrstiti med znane razrede ogljikovodikov. Toda poskusimo si predstavljati, kakšne različice njegove formule lahko obstajajo:
Omislite si lahko tudi izomere, ki se razlikujejo po položaju dvojnih in trojnih vezi.
Zdaj imamo, kar se imenuje delovna hipoteza. Poskusimo preveriti. Če lahko dokažemo pravilnost ene od naših predlaganih struktur, hipoteza se bo spremenila v teorijo,če ne, bomo še razmislili.
Obstaja zelo preprosta reakcija ki dovoljuje hitro in zanesljivo vzpostaviti razpoložljivost dvojne ali trojne vezi v nenasičenih ogljikovodikih. kateri?
To je adicija broma pri več vezeh. Če predpostavimo, da je 3. formula pravilna, bi morali dobiti naslednjo spojino: CH 2 Br-CHBr-CBr 2 -CBr 2 -CH 2 Br-CH 2 Br
Samo nekajkrat ga pretresite nenasičen ogljikovodik z bromovo vodo se rumena raztopina obarva.
Demonstracijska izkušnja.
Benzen pretresite z bromovo vodo - brez učinka!
Torej naše predpostavke niso pravilne.
Molekuli benzena lahko poskusite dodati ne brom, ampak vodik. V naših razmerah tega ni mogoče storiti. Če pa to naredimo v posebni napravi nad katalizatorjem, potem lahko iz benzena dobimo ogljikovodik s formulo 
Če nanj delujete z bromovo vodo - reakcija je negativna. Potem ostane domnevati, da je ogljikovodik Z6 N 12 ima zaprto ciklično strukturo. Ta obroč je sestavljen iz šestih skupin CH2:
Očitno benzen enako ima ciklično struktura. In formula za to se predlaga sama:
Z dvojnimi vezmi? Ampak bromova voda!???
Moramo domnevati da se tri dvojne vezi, združene v en šestčlenski obroč, nekako obnašajo na nov način.
Potrjena je formula benzena - šesterokotnik s tremi dvojnimi vezmi sinteza benzen iz acetilena. Tri molekule acetilena tvorijo en benzenov obroč. V tem primeru gre ena od treh acetilenskih vezi, tako rekoč, v preprosto vez z ogljikovim atomom druge molekule, dve pa ostaneta. Rezultat je menjava dvojnih in enojnih vezi.
Tako ali nekako tako je razmišljal nemški kemik Fiedrich August Kekule, ko je leta 1865 prvič prišel do zaključka, da Benzen je šesterokotnik z izmenjujočimi se dvojnimi in enojnimi vezmi.
Kekulejeva formula je bila sprejeta burno debate, ki dolga desetletja ni pojenjala. Dejansko so nekatere lastnosti benzena, ta formula dobra pojasnil in nekaj njej v nasprotju.
Izkazalo se je, da lahko benzen pod določenimi pogoji še vedno dodajte halogene na primer šest atomov klora na vseh treh dvojnih vezeh. Po drugi strani pa atomi vodik v benzenu lahko zelo enostavno zamenjal drugim skupinam (o tem bomo govorili kasneje). Ta sposobnost je ena glavnih lastnosti benzena v kompleksu, ki se imenuje aromatičnost. Aromatičnost (tj. sposobnost enostavno zamenjati vodikove atome) nikakor ni razložen s Kekuléjevo formulo. Naprej. Za vsak disubstituiran benzen, sodeč po tej formuli, mora obstajati dva izomera. Na primer, za orto-ksilen so to izomeri:
Pravzaprav nihče ni mogel izolirati dva izomera orto-ksilena. Ustvarjalec teorije strukture benzena je moral svojo formulo "pojasniti". Kekule je predlagal dvojno povezave niso zavarovane v benzenu in ves čas premikanje.
Polemika okrog teorije strukture benzena ustavil le nekaj desetletij nazaj. Kaj so sodobne ideje o elektronski struktura benzen?
Nemški kemik E. Hückel je uporabil kvantno mehansko teorijo za aromatske spojine in pokazal, da je vsak atom ogljika v SP² hibridiziranem stanju. Kaj to pomeni?
Razred(učenec pri tabli).
Od štirih elektronov vsakega ogljika en S in dva P elektrona tvorita tri popolnoma enake SP² - hibridne orbitale, ki ležijo v isti ravnini pod kotom 120° druga na drugo. Dve od teh orbital se uporabljata za prekrivanje z istimi orbitalami dveh sosednjih ogljikov, ena pa se uporablja za tvorbo z atomom vodika.
Vsi ti elektroni nastanejo elektronsko jedro benzena.
Nad in pod vsakim atomom ogljika se nahaja zvezek osem P – elektron.
Zdaj pa si predstavljajmo, da je v benzenovem obroču osem elektronov P v parih prekrivajo se "strani" tiste. tvorijo tri dvojne vezi. To je elektronski model benzena, ki ga na papirju opisuje Kekulejeva formula. (pokaži model z žogico in palico).
Če je Kekulejeva formula pravilna, potem oddaljenost v molekuli benzena med dvema sosednjima atomoma ogljika mora biti drugačen: 0,154 nm med atomi, katerih p-oblaki se ne prekrivajo in 0,133 nm med vezanimi ogljiki p– komunikacija.
Toda raziskave benzena s fizikalnimi metodami pokazal, da so vse razdalje v molekuli strogo enake in je dolžina C-C vezi enaka 0,140 nm, tiste. povprečna vrednost med dolžinami enojne in dvojne vezi. Logično je domnevati, da je vsaka elektronska osmica orbitala enakomerno prekrivajo in hkrati z istimi osmicami dveh sosedov.
Ko se projicirajo na ravnino molekule, se bodo pojavili ti elektronski oblaki prekrivajoči se krogi(prikaži v tabeli). Molekula ne tvori treh ločenih p- povezave in združeni p– elektronski sistemšestih elektronov, ki so skupni vsem ogljikovim atomom. Pod vplivom tega skupnega molekuli p- elektronski oblak in razdalja se bo skrajšala med ogljikovimi atomi 0,154 do 0,140 nm.
V tabeli (prikaži) je prikazan pomanjšan (volumetrični) model molekule benzena. Ker je gostota elektronov enakomerno porazdeljena v molekuli, se izkaže, da so vse vezi med atomi C povsem enake.
Torej kemična komunikacije v benzenu niso enojni ali dvojni, ampak kot je običajno reči en in pol, vmesne narave. Te povezave se imenujejo tudi aromatično, Oni močnejši p– povezave(zato se bromova voda ne obarva – atomi broma niso dodani).
Za prikaz enakomernosti električne porazdelitve. Gostota v molekuli benzena, njegova strukturna formula je pogosto prikazana kot šesterokotnik s krogom znotraj:
Ta struktura se imenuje benzen oz aromatično jedro. In imenujemo ogljikovodike v sestavi molekul, ki vsebujejo aromatski obroč aromatski ogljikovodiki.
Pravzaprav ta struktura molekule benzena vsebuje strukturne značilnosti tako prve kot druge strukture in predstavlja kvalitativno nov sistem. Naredimo analogijo na podlagi vašega biološkega znanja: hibrid konja in osla – mula. Mula ima značilnosti tako konja kot osla, vendar je popolnoma nova žival z lastnostmi, ki so edinstvene zanjo. In zato, če hočemo to žival opisati človeku, ki še nikoli ni videl mule, lahko govorimo o konju, o oslu in potem rečemo: mula je nekaj vmes.
Toda tudi zdaj pogosto še vedno uporabljajo formulo Kekulé, pri čemer upoštevajo, da le pogojno prenaša strukturo molekule.
Naj povzamemo:(utrjevanje znanja)
- Kateri ogljikovodiki se imenujejo aromatski?
- Katera vrsta hibridizacije je značilna za aromatsko jedro?
- Kaj je benzenski obroč?
- Kako je samski p- povezava?
- Kakšni so koti med smermi vezi v aromatskem obroču?
- Kakšna je razdalja med ogljikovimi atomi?
- Katere vezi se imenujejo aromatične (ena in pol)?
Lekcije je konec! Adijo!
Sodobni pogled na strukturo benzena: ravna molekula, katere ogljikovi atomi so v stanju sp 2 hibridizacije in so združeni v pravilen šesterokotnik.
Slika molekule benzena:
Aromatičnost- nenavadno nizka energija nevzbujenega stanja, ki nastane zaradi delokalizacije π elektronov.
Aromatičnost- koncept, ki označuje celoto strukturnih, energijskih lastnosti in reaktivnih značilnosti cikličnih struktur s sistemom konjugiranih vezi
Znaki aromatičnosti Vsaka spojina je aromatska, če ima: a) ploščat zaprt obroč; b) konjugiran π-elektronski sistem, ki zajema vse atome cikla; c) če število elektronov, vključenih v konjugacijo, ustreza Hücklovi formuli (4n+2., kjer je n število ciklov).
Izomerija
Nomenklatura
orto-, meta- in par- zamenjan:
Fizikalne lastnosti
Vse aromatske spojine imajo vonj. Benzen, toluen, ksileni, etilbenzen,
kumen, stiren - tekočine, naftalen, antracen - trdne snovi.
26. Aromatski ogljikovodiki iz serije benzena. Nomenklatura. Izomerija. Metode pridobivanja benzena in njegovih homologov: iz premogovega katrana, aromatizacija in dehidrociklizacija parafinov, po Wurtz-Fittigovi reakciji, Friedel-Craftsova alkilacija z olefini, alkil halidi, alkoholi, iz soli benzojske kisline, trimerizacija alkinov.
Areni (aromatski ogljikovodiki) so ciklične spojine, katerih molekule vsebujejo eno ali več benzenskih jeder. Empirična formula benzena C6H6
Izomerija
Za di-, tri- in tetrasubstituirane aromatske ogljikovodike je značilna izomerija položaja substituenta in izomerija stranske alkilne verige.
Mono-, penta- in heksasubstituirani areni nimajo izomerov, povezanih s položajem substituenta v obroču.
Nomenklatura
Benzenove derivate imenujemo substituirani benzeni. Za mnoge od njih se uporabljajo trivialna imena ali pa je substituent označen s predpono pred besedo "benzen". Pri monosubstituiranih benzenih imena ne vključujejo številk, saj je vseh šest atomov ogljika v molekuli benzena enakovrednih in je za vsak substituent možen samo en monosubstituiran benzen.
Če sta na molekuli benzena prisotna dva substituenta, potem lahko obstajajo trije različni disubstituirani benzeni. Temu primerno so poimenovani orto-, meta- in par- zamenjan:
Če ima benzen tri ali več substituentov, je njihov položaj v obroču označen le s številkami. V vseh primerih so imena substituentov navedena pred besedo "benzen" po abecednem vrstnem redu. Številko 1 v imenu lahko izpustimo, substituent, od katerega se začne odštevanje, je v tem primeru vključen v osnovo imena:
Prejem:
1. Predelava premogovega katrana, destilacija olja, suha destilacija
les
2. Aromatizacija olja.
3. Dehidrociklizacija heksana in heptana.
C 6 H 14 → C6H6 + 4H 2
C 7 H 16 → C6H5-CH3 + 4H2
4. Wurtz-Fittig:
Friedel-Craftsova alkilacija. Sprejeta sta dva možna mehanizma reakcije. V prvem primeru je elektrofilni delec karbokation, ki nastane kot posledica interakcije haloalkana z aluminijevim kloridom (Lewisova kislina):
V drugem primeru lahko domnevamo, da je elektrofil alkilna skupina polarnega kompleksa AlCl 3 z alkil halidom.
Alkilacija benzena (Friedel-Craftsova reakcija)
C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl → C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl
27.Elektrofilna substitucija v aromatski vrsti (nitriranje, sulfoniranje, halogeniranje, alkiliranje in Friedel-Craftsovo aciliranje). Pojem - in -kompleksov. Mehanizem elektrofilnih substitucijskih reakcij
METODOLOŠKA NAVODILA
tečaj organske kemije
« AROMATIČNI OGLJIKOVODIKI»
Rostov na Donu
Smernice pri predmetu organska kemija "Aromatski ogljikovodiki". - Rostov n/n: Rost. država gradi. univ., 2007. - 12 str.
Predstavljena so teoretična načela na temo “Aromatski ogljikovodiki”. Podana je definicija aromatskih ogljikovodikov in pojem "aromatičnost". Opisana je zgradba molekule benzena. Upoštevani sta nomenklatura in izomerija aromatskih spojin z enim benzenskim obročem. Predstavljene so glavne metode za pridobivanje arenov, fizikalne in kemijske lastnosti aromatski ogljikovodiki.
Zasnovan za študente 1. in 2. letnika, redni in dopisni obrazci usposabljanje specialitet PSM, ZChS, SSP, BTP in AS.
Sestavila: dr. kem. znanosti, izredni profesor
M.N. Mickaja,
dr. kem. znanosti, doc.
E.A. Levinskaya
Recenzent: dr. kem. znanosti, izredni profesor
L.M. Astahova
© Država Rostov
Gradbena univerza, 2007
Aromatske spojine (areni) - organske spojine s planarno ciklično strukturo, v kateri vsi ogljikovi atomi tvorijo en sam delokaliziran π-elektronski sistem, ki vsebuje (4n+2) π-elektrona.
Aromatske spojine vključujejo predvsem benzen C 6 H 6 in njegove številne homologe in derivate. Aromatske spojine lahko vsebujejo enega ali več benzenskih obročev na molekulo (polineklearne aromatske spojine). Pogledali pa si bomo aromatske spojine z enim benzenskim obročem.
Zgradba molekule benzena
Benzen je odkril M. Faraday leta 1825 v osvetljevalnem (koksarniškem) plinu, struktura molekule benzena pa je najpogosteje izražena s formulo, ki jo je predlagal nemški kemik A. Kekule (1865)
Po sodobnih konceptih ima molekula benzena strukturo ravnega šesterokotnika, katerega stranice so enake druga drugi in znašajo 0,14 nm. Ta razdalja je povprečna vrednost med 0,154 nm (dolžina enojne vezi) in 0,134 nm (dolžina dvojne vezi). Ne le ogljikovi atomi, tudi šest z njimi povezanih vodikovih atomov leži v isti ravnini. Nastali koti povezave N-S-S in C-C-C sta enaka 120°:
Vsi atomi ogljika v molekuli benzena so v stanju sp 2 hibridizacije. Vsak od njih je s svojimi tremi hibridnimi orbitalami povezan z dvema enakima orbitalama dveh sosednjih atomov ogljika in eno orbitalo atoma H, ki tvorijo tri σ vezi (glej sliko). Četrta, nehibridizirana 2p orbitala ogljikovega atoma, katere os je pravokotna na ravnino benzenovega obroča, se prekriva s podobnima orbitalama dveh sosednjih ogljikovih atomov, ki se nahajata na desni in levi.
Shema nastanka σ-vezi in π-vezi v molekuli benzena
To prekrivanje se pojavi nad in pod ravnino benzenskega obroča. Posledično nastane en sam zaprt sistem π-elektronov. Kot rezultat takšnega enakomernega prekrivanja 2p orbital vseh šestih atomov ogljika se lahko "poravnava" preprostih in dvojne vezi, tj. Benzenov obroč nima klasičnih dvojnih in enojnih vezi. Enakomerna porazdelitev gostote π-elektronov med vsemi ogljikovimi atomi, zaradi delokalizacije π-elektronov, je razlog za visoko stabilnost molekule benzena. Trenutno ni enotnega načina grafična podoba molekule benzena ob upoštevanju njegovih dejanskih lastnosti. Da bi poudarili enakomernost gostote π-elektronov v molekuli benzena, se zatečejo k naslednjim formulam:
Ne smemo pa pozabiti, da nobena od teh formul ne ustreza dejanskemu fizičnemu stanju molekule, še manj pa lahko odraža celotno raznolikost njenih lastnosti. Kekulejeva formula je trenutno le simbol molekule benzena. Vendar pa se pogosto uporablja, pri čemer je treba upoštevati njegove pomanjkljivosti.
Aromatske spojine so tiste, katerih molekule vsebujejo ciklično skupino atomov s posebnim veznim vzorcem – benzenov obroč. Mednarodno ime za aromatske ogljikovodike je areni.
Najenostavnejši predstavnik arenov je benzen C 6 H 6 . Formulo, ki odraža strukturo molekule benzena, je prvi predlagal nemški kemik Kekule (1865):
Atomi ogljika v molekuli benzena tvorijo pravilen ploščat šestkotnik, čeprav ga običajno narišemo kot podolgovatega.
Strukturo molekule benzena je dokončno potrdila reakcija njenega nastanka iz acetilena. Strukturna formula prikazuje tri enojne in tri dvojne izmenjujoče se vezi ogljik-ogljik. Toda takšna slika ne odraža prave strukture molekule. V resnici so vezi ogljik-ogljik v benzenu enakovredne in imajo lastnosti, ki se razlikujejo od lastnosti enojnih ali dvojnih vezi. Te značilnosti so razložene z elektronsko zgradbo molekule benzena.
Elektronska struktura benzena.
Vsak atom ogljika v molekuli benzena je v stanju sp 2 hibridizacije. S tremi σ vezmi je povezan s sosednjima atomoma ogljika in atomom vodika. Rezultat je ploščat šesterokotnik: vseh šest ogljikovih atomov in vsi σ - S-S povezave in C-H ležita v isti ravnini. Elektronski oblak četrtega elektrona (p-elektron), ki ni vključen v hibridizacijo, ima obliko ročice in je usmerjen pravokotno na ravnino benzenskega obroča. Takšni p-elektronski oblaki sosednjih ogljikovih atomov se prekrivajo nad in pod ravnino obroča 
. Posledično šest p-elektronov tvori skupni elektronski oblak in en sam kemična vez za vse ogljikove atome. Dve regiji velike elektronske ravnine se nahajata na obeh straneh ravnine vezi σ 
./>/>
str-Elektronski oblak povzroči zmanjšanje razdalje med ogljikovimi atomi. V molekuli benzena so enaki in enaki 0,14 nm. V primeru enojne in dvojne vezi bi bile te razdalje 0,154 oziroma 0,134 nm. To pomeni, da v molekuli benzena ni enojnih ali dvojnih vezi. Molekula benzena je stabilen šestčlenski cikel enakih CH skupin, ki ležijo v isti ravnini. Vse vezi med ogljikovimi atomi v benzenu so enakovredne, kar določa značilne lastnosti benzenovega obroča. To najbolj natančno odraža strukturna formula benzen v obliki pravilnega šesterokotnika s krogom znotraj ( jaz ). (Krog simbolizira enakovrednost vezi med ogljikovimi atomi.) Vendar se Kekulejeva formula pogosto uporablja za označevanje dvojnih vezi ( II
Aromatski ogljikovodiki (Arenas) so organske spojine, katerih molekule vsebujejo enega ali več benzenskih obročev. Benzenov obroč ali jedro je ciklična skupina ogljikovih atomov s posebnim značajem vezi.
Splošna formula-CnH2n-6
1. Predstavniki:
MONONUKLARNO
1. C 6 H 6 – benzen, ustanovitelj homologne vrste arenov
2. C 6 H 5 – CH 3 – toluen (metilbenzen)
3. C 6 H 5 – CH = CH 2 – stiren (vinilbenzen)
4. Ksilen (orto-, para-, meta-ksilen)
VEČJEDRNA (KONDENZIRANA)
1. Naftalen
2.
antracen
2. Zgradba aromatskih ogljikovodikov :
Prvo strukturno formulo benzena je leta 1865 predlagal nemški kemik F. A. Kekule:
Atomi C v molekuli benzena tvorijo pravilen ploščat šestkotnik, čeprav ga pogosto rišemo kot podolgovatega.
Zgornja formula pravilno odraža enakovrednost šestih atomov C, vendar ne pojasni številnih posebnih lastnosti benzena. Na primer, kljub temu, da je nenasičen, ni nagnjen k adicijskim reakcijam: ne razbarva bromove vode in raztopine kalijevega permanganata, tj. zanj niso značilne kvalitativne reakcije, značilne za nenasičene spojine .
Kekuléjeva strukturna formula vsebuje tri enojne in tri dvojne izmenjujoče se vezi ogljik-ogljik. Toda takšna slika ne odraža prave strukture molekule. V resnici so vezi ogljik-ogljik v benzenu enakovredne. To je razloženo z elektronsko strukturo njegove molekule.
Vsak atom C v molekuli benzena je v stanju sp 2 hibridizacije. Vezan je na dva sosednja atoma C, atom H pa na tri σ - povezave. Rezultat je raven šesterokotnik, kjer je vseh šest atomov C in vsiσ Vezi -C–C in C–H ležita v isti ravnini (kot med vezmi C–C je 120 o).
riž. Izobraževalna shema -vezi v molekuli benzena.
Tretja p-orbitala ogljikovega atoma ne sodeluje pri hibridizaciji. Oblikovan je kot ročica in je usmerjen pravokotno na ravnino benzenskega obroča. Takšne p-orbitale sosednjih atomov C se prekrivajo nad in pod ravnino obroča.
riž. Nehibridne 2p ogljikove orbitale v molekuli benzena
Posledično šest p-elektronov (iz vseh šestih atomov C) tvori skupno π -elektronski oblak in enojna kemična vez za vse atome C.
riž. Molekula benzena. Lokacija π - elektronski oblak
π -Elektronski oblak povzroči zmanjšanje razdalje med atomi C.
V molekuli benzena so enaki in enaki 0,139 nm. V primeru enojne in dvojne vezi bi bile te razdalje 0,154 oziroma 0,134 nm. To pomeni, da v molekuli benzena ni menjave enojnih in dvojnih vezi, obstaja pa posebna vez - "ena in pol" - vmesna med preprosto in dvojno, tako imenovano aromatsko vezjo. Da bi prikazali enakomerno porazdelitev p-elektronskega oblaka v molekuli benzena, je pravilneje, da ga prikažemo v obliki pravilnega šesterokotnika s krogom znotraj (krog simbolizira enakovrednost vezi med atomi C):
3. Izomerija, nomenklatura
Izomerija je posledica izomerije ogljikovega skeleta obstoječih radikalov in njihovega relativnega položaja v benzenovem obroču. Položaj dveh substituentov je označen s predponami: orto- (o-), če se nahajajo na sosednjih ogljikovih atomih (položaj 1, 2-), meta- (m-) za ločena z enim ogljikovim atomom (1, 3-) in par- (n-) za tiste, ki so drug drugemu nasproti (1, 4-).
Na primer za dimetilbenzen (ksilen):
orto-ksilen (1,2-dimetilbenzen)
meta-ksilen (1,3-dimetilbenzen)
para-ksilen (1,4-dimetilbenzen)
Imenujejo se radikali aromatskih ogljikovodikov arilnih radikalov . Radikal C 6 H 5 - imenovan fenil.