Лекція 6

Ароматичні вуглеводні

1 Вступ

2 Номенклатура похідних бензену

3 Стабільність бензену

4 Фізичні властивості ароматичних вуглеводнів

5 Добування бензену

6. Реакції бензену

1 Вступ

Бензен (бензол)

Високоненасичена сполука у вигляді шестикутного кільця з чередуванням одинарних і подвійних зв'язків між атомами вуглецю. Хімічно неактивна порівняно з алкенами.

2 Номенклатура похідних бензена

Монозаміщені бензени

Для певних монозаміщених сполук бензену замісник позначається в префіксі

Якщо алкільний замісник має більше шести атомів вуглецю, сполуку називають феніл-заміщеним алканом.

Для інших сполук бензольне кільце з замісником утворюють нову тривіальну назву

Полізаміщені бензени

Якщо сполука містить більше одного замісника і замісники ідентичні, для позначення їхнього розташування викорстовують префікси ди- (ді-), три-, тетра- і т.і.

Н азви дизаміщених бензенів утворюють також з використанням префіксів орто (o) для 1,2-дизаміщених, мета (м) для 1,3-дизаміщених, пара (п) для 1,4-дизаміщених.

Коли присутні два або більше різних замісника, їх називають в абетковому порядку.

Якщо присутній замісник, що з бензольним кільцем утворює нову тривіальну назву, він набуває позицію 1 і використовується нова тривіальна назва

3 Стабільність бензену

В 1865, Кекуле запропонував структуру бензолу:

Згідно зі структурою Кекуле повинно існувати дві різні сполуки 1,2-дибромбензолу:

Насправді існує лише одна сполука 1,2-дибромбензолу!!

Згідно зі структурою Кекуле бензен повинен легко вступати в реакції приєднання, але він легше утворює продукти заміщення ніж приєднання. Þ Структура Кекуле не може пояснити поведінку бензолу

Зміна ентальпії процесів гідрування бензолу і циклогексену

Зміна ентальпії процесу гідрування циклогексену = –119,6 кДж моль^–1

Зміна ентальпії процесу гідрування циклогексадієну-1,3 очікуваано повинна бути вдвічі більша ніж відповідне значення для циклогексену

Якщо бензен має структуру циклогексатриєну-1,3,5, можна очікувати, що зміна ентальпії процесу гідрування буде втричі більша ніж у циклогексену

Бензол більш стабільний ніж структура Кекуле.

Різниця енергії на стабілізацію бензолу називається резонансною енергією бензолу

Пояснення структури бензолу явищем резонансу

Експериментально доведено, що довжина зв’язку карбон-карбон в молекулі бензолу має проміжне значення між дловжинами одинарного C – C і подвійного C = C зв’язків

0.134 нм > 0.139 нм > 0.154 нм C = C зв’язок в бензолі C – C

В бензолі всі атоми карбону знаходяться в стані sp²-гибридизації

Бічне перекривання негібридних 2p орбіталей по обидва боки циклу створює умови для делокалізації p електронних хмар над і під площиною циклу (π-π спряження)

Делокалізація p електронів робить бензол дуже стабільним та визначає його хімічні властивості

В ластивості бензолу можна пояснити резонансною теорією, як резонансний гібрид двох еквівалентних структур Кекуле:

Структурна формула бензолу

Коло позначає шість електронів, що делокалізовані між шістьома атомами карбону в бензольному кільці

Бензол – ароматична сполука, що має площинну циклічну будову з шістьома спряженими π електронами.

Правило Хюккеля:

Ароматична молекула має бути плоскою, циклічною, спряженою і мати 4n+2 π електронів (де n = 0, 1, 2, 3, і т.д.). Плоска, циклічна, спряжена молекула з іншою кількістю π електронів є неароматичною.

Алкілбензени – група ароматичних вуглеводнів, в яких алкільна група безпосередньо зв’язана з ароматичним кільцем. Інакше їх називають “арени”

Будова метилбензолу

Всі C атоми в кільці знаходиться в стані sp²-гібридизації

C атом в метильній групі в стані sp³-гібридизації

Делокалізовані p електрони підвищують стабільність

Фізичні властивості ароматичних сполук:

• мають сильний, часто приємний, запах

  • густина, головним чином, менше, ніж у води при 20°C

• як правило не змішуються з водою

• розчиняються в органічних розчинниках

Назва	Формула	Ткип (°C)	Тплавл (°C)	Густина 20°C (гсм^–3)
Бензол		80.1	5.5	0.878
Толуол		111	–95	0.867
Етилбензол		136	–94	0.867
1,2-Диметилбензол (о-Ксилол)		144	–25.2	0.880
1,3-Диметилбензол (м-Ксилол)		139	–47.4	0.864
1,4-Диметилбензол (п-Ксилол)		138	13.3	0.861