Урок-лекция по химии Панфилова Н.В. Ароматичность органических соединений

Содержание Введение Бензол (строение молекулы) Критерии ароматичности Правило Хюккеля Небензоидные ароматические соединения Заключение

Б е н з о л от араб. ben – аромат + zoa – сок + лат. ol[eum] – масло В начале XIX в. на улицах Лондона, Петербурга, Берлина – появилось газовое освещение. В специальных фонарях горел светильный газ, получаемый из китового и трескового жира. Газ хранился в баллонах под давлением 30 атм. Зимой в баллонах образовывался конденсат. В 1825 г. из такого конденсата М.Фарадей выделил 3 г. угдеводорода, имеющего состав С 6 Н 6.

«Родоначальником» ароматических углеводородов (аренов) является бензол, строение которого часто выражают формулой, предложенной немецким химиком Ф.А. Кекуле (1865)

При квантово-химическом расчете молекулы бензола по методу электронных пар учитываются пять резонансных структур молекулы бензола с различной долей участия в резонансе: Из этих структур наибольшее значение имеют первые две граничные структуры.

Образование сигма-связей в молекуле бензола Все шесть атомов углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации; длина связи СС 0,140 нм валентные углы равны 120;

Образование пи-связей У каждого углеродного атома цикла остается по одной негибридизованной р- орбитали. Оси этих орбиталей параллельны, и каждое такое облако одинаково перекрывается с облаками соседних атомов углерода. ??? В каких соединениях наблюдается такое же явление? Как оно называется?

Образование ароматического секстета Кратность связей выравнивается, они носят не двойной или одинарный, а полуторный или ароматический характер

Поэтому в настоящее время для обозначения выравненности π-электронной плотности в молекуле бензола используют резонансный гибрид этих двух структур ( по гипотезе Л. Полинга ):

Однако, кроме бензола и его многочисленных гомологов существуют небензоидные ароматические соединения. 1. Циклическая структура системы 2. Плоское строение системы 3. Наличие замкнутой системы π-электронов 4. Количество π-электронов должно быть равно 4n + 2 ( Правило Хюккеля )

Правило Хюккеля говорит о том, что плоские моноциклические молекулы, в которых каждый из образующих цикл атомов участвует в сопряжении, обладают ароматической устойчивостью при числе π-электронов 4n + 2 Пример: катион циклопропенилия = 2

Циклопентадиенильный анион Катион циклогептатриенилия ( тропилий ) Азулен = = 10

Фуран Пиримидин Пурин = = 10

Понятие ароматичности, как и многие другие понятия органической химии, пока является качественным, поэтому границы его применимости очерчены не слишком четко. «Руководствуясь ими неосторожно, можно попасть на ложный путь, но без них приходится ощупью отыскивать дорогу». К понятию ароматичности прекрасно можно отнести слова А.М. Бутлерова, которыми он охарактеризовал значение качественных химических теорий: