23

III.2 Ароматичні вуглеводні

2.1 Ароматичність. Будова молекули бензену.

2.2 Класифікація, номенклатура.

2.3 Ізомерія.

2.4 Фізичні властивості.

2.5 Хімічні властивості бензену.

2.6 Вплив замісників на реакційну здатність ароматичних сполук.

2.7 Хімічні особливості гомологів бензену.

2.8 Властивості поліядерних аренів.

2.9 Одержання аренів.

2.10 Використання.

Назва ароматичні сполуки виникла на початку 19 ст., коли були вперше відкриті сполуки цього типу при їх виділенні із рослинних смол і бальзамів, що мали дуже приємні запахи. І хоч пізніше виявилось, що в основної більшості ароматичних сполук, навпаки, запахи неприємні, однак назва зберіглася.

Ароматичні вуглеводні (арени) – це циклічні сполуки, зі специфічною властивістю – ароматичністю, яка зумовлює спільні ознаки в їх будові та реакційній здатності.

Структурним родопочатківцем аренів є бензен.

2.1 Ароматичність. Будова молекули бензену

Поняття ароматичність обєднує сукупність певних ознак, які визначаються за правилом Хюккеля.

Ароматичною називається замкнута система, що має плоский циклічний –скелет і 4n+2 узагальнених –електрони, де n = 1,2,3…

Структура молекули бензену С₆Н₆ ідеально відповідає правилу ароматичності Хюккеля, оскільки в ній всі шість атомів С перебувають у стані sp²–гібридизації. Внаслідок цього вісі трьох sp²–гібридизованих одноелектронних орбіталей знаходяться на одній площині під кутом 120⁰, а вісь четвертої, негібридизованої, р_z–орбіталі розміщується перпендикулярно до них (рис. 4,а). Кожний атом Карбону утворює за рахунок гібридизованих орбіталей три –звязки: два – із сусідніми атомами Карбону, а третій – при перекриванні з сферичною s–орбіталлю атома Гідрогену (рис4.б). Отже усі –звязки в молекулі С₆Н₆ копланарні, тобто лежать на одній площині. Таким чином, шість атомів С без напруження замикаються за допомогою –звязків у правильний шестикутник – так званий –скелет молекули.

Шість негібридизованих р_z–орбіталей, які розміщуються перпендикулярно до –скелету і паралельно одна до одної, взаємно перекриваються, утворюючи єдину нелокалізовану –електронну хмару, тобто колове спряження (рис.4,в). Найбільша електронна густина в цій спряженій системі розміщується над і під площиною –скелету молекули і охоплює всі шість атомів С у циклі. Завдяки коловому спряженню всі звязки між атомами Карбону вирівнюються, вони мають довжину 0,139 нм, тобто проміжну між довжиною подвійного звязку в алкенах (0.133 нм) і одинарного в алканах (0,154 нм). Вирівнювання звязків С–С у бензені графічно зображується правильним колом всередині правильного шестикутника:

Колове спряження та вирівнювання довжини звязків приводить до того, що звязки у бензені не можуть вважатися одинарними чи подвійними. На основі точних фізико–хімічних методів дослідження встановлено, що кратність звязків С–С у молекулі бензену становить 1,67.

Рисунок 4 – Будова молекули бензену: а) -скелет молекули; б) утворення колового спряження

Колове спряження дає виграш в енергії 150,7 кДж/моль.

Енергетичний виграш за рахунок утворення спряженої системи називається енергією спряження, або енергією делокалізації, і дорівнює енергії, яку необхідно витратити для руйнування ароматичної системи.

Електронна будова і ароматичність бензену зумовлює його властивості, у тому числі, високу термічну стійкість (він не розкладається навіть при нагріванні до 900⁰С), відсутність схильності до реакцій приєднання (незважаючи на велику ненасиченість), оскільки реакції приєднання супроводжуються порушенням ароматичності, а це енергетично невигідно.