Классификация, номенклатура и изомерия аренов. Строение бензола, признаки ароматичности, правило Хюккеля. Реакции электрофильного замещения.
Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкости с характерным запахом. 1,3,5-Триметилбензол, дурол (1,2,4,5-тетраметилбензол), пентаметилбензол, гексаметилбензол, нафталин, антрацен, фенантрен и большинство многоядерных аренов являются твѐрдыми телами. Температура кипения бензола 80,4 оС. Каждая вступающая в молекулу CH3-группа повышает температуру кипения в среднем на 30оС.
Арены являются гидрофобными соединениями нерастворимыми в воде, но хорошо растворяющиеся во многих органических растворителях. Многие жидкие арены (бензол, толуол, ксилолы) используются как гидрофобные растворители.
Большинство аренов токсичны. Бензол является канцерогеном – вызывает лейкемию, а также поражает почки, печень, костный мозг, кровь. Бензол раздражает кожу; в высоких концентрация вызывает судороги.
Нафталин использовался как средство против моли.
Бензопирен является мощным канцерогеном; он образуется при горении и присутствует в дыму (в том числе и в табачном).
Аренами (ароматическими углерводородами) называют циклические углеводороды, объединяемые понятием ароматичности, которое обусловливает особые признаки в строении и химических свойствах.
Ранее бензолу соответствовала формула Кекуле (1865), описывающая бензол как ненасыщенный циклический углеводород с тремя двойными связями. Однако и в ту пору было известно, что бензол по химическим свойствам мало похож на ненасыщенные соединения Поэтому Ф.А. Кекуле впоследствии предположил, что в молекуле бензола двойные связи непрерывно перемещаются (осциллируют) и две структуры переходят друг в друга.
По современным представлениям, молекула бензола представляет собой правильный плоский шестиугольник. Все атомы углерода находятся в sр2-гибридном состоянии, и каждый из них образует сигма-связи с двумя атомами углерода и одним атомом водорода, лежащим в плоскости цикла Валентные углы между сигма-связями равны 120°.
Круговое сопряжение в молекуле бензола дает выигрыш в энергии 150 кДж/моль.
Таким образом, молекула бензола не содержит двойных связей, изображаемых формулой Кекуле. Тем не менее с помощью такого
Ароматичность. Совокупность специфических химических свойств, обусловленных особенностями электронного строения сопряженной системы, объединяется понятием ароматичности.
На основе теоретических расчетов немецкий физик Э. Хюккель сформулировал правило (1931), носящее его имя.
Соединение представляет собой ароматическую систему в том случае, если число электронов, участвующих в круговом сопряжении, равно 4п + 2, где п равно нулю или положительному целому числу.
По структурным критериям соединение относят к ароматическим, если выполняются все следующие требования:
1. - молекула имеет циклическое строение, и все атомы цикла находятся в sр2-гибридном состоянии;
2.- сигма-скелет молекулы плоский;
3.- в едином сопряжении принимают участие 2, 6, 10 и т.д. л-электронов (выполняется правило Хюккеля).
Химическим критерием ароматичности является значительно большая склонность соединения вступать в реакции замещения, а не присоединения, несмотря на ненасыщенный характер молекулы.
Структурным родоначальником углеводородов бензольного ряда служит бензолС6Н6, от которого строят систематические названия гомологов и ряда производных. Алкильные заместители обозначают в виде префиксов. В ряду аренов сохранились и тривиальные названия (ниже приведены в скобках), от которых можно строить названия других углеводородов.
Пропилбензол, метилбензол (толуол), изопропилбензол (кумол)
Структурная изомерия гомологов бензола обусловлена как строением (начиная от С3), так и взаимным расположением заместителей, если их несколько, в ядре. Дизамещенные арены бензольного ряда существуют в виде трех изомеров, в которых положение заместителей указывают цифрами или приставками: орто- (сокращенно о-), т.е. рядом, мета- (м-) — через один атом углерода, пара- (п-) — напротив. Если кольцо содержит три заместителя, то они должны получить наименьшие номера, т.е. ряд 1,2,4- имеет преимущество перед 1,3,4-.
1,2-диметилбензол (о-ксилол) 1,3-диметилбензол (м-ксилол)
1,4-диметилбензол (п-ксилол)
Радикалы, образованные из аренов, называют арильными. Напомним, что простейший ароматический радикал С6Н5- называют «фенил». От него строят названия замещенных арильных радикалов, при этом нумерация в кольце начинается всегда от атома углерода со свободной валентностью, даже если в кольце имеется характеристическая группа.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 2930;