Загадка бензола профессор СПбГУ, доктор химических наук Карцова Анна Алексеевна Санкт-Петербург2010

г. Майкл Фарадей из светильного газа С 6 Н 6 «карбюрированный водород» 2

Майкл Фарадей ( ) Английский физик и химик, Английский физик и химик, член Лондонского член Лондонского королевского общества. Один из основателей Один из основателей количественной электрохимии г. впервые получил жидкие хлор, сероводород, оксид углерода(IV), аммиак, оксид азота(IV) г.- открыл бензол, изучил его физические и химические свойства. химические свойства. Положил начало исследованиям каучука. Положил начало исследованиям каучука гг. - установил количественные законы электролиза. 3

г. Майкл Фарадей из светильного газа С 6 Н 6 «карбюрированный водород» 4 Митчерлих «фенол» О. Лоран «фенол» «файно» «фенил» ( греч. «файно» - «освещать») С 6 Н 5 – «фенил» «бензол» Либих - «бензол» «бензин»

Бензол. Физические свойства Бесцветная, летучая жидкость Температура кипения +80 °С Плотность 0,86 г/см 3 T пл = +5,5 0 С C 6 H 6 T пл = +5,5 0 С C 6 H 6 Т пл (толуола) = С C 6 H 5 –CH 3 Горит коптящим пламенем «С»=93% Характерный запах! 5

« …Я сидел и писал учебник, но работа продвигалась плохо. Я подвинул мое кресло к камину и задремал. Снова атомы запрыгали перед моими глазами… Длинные цепи иногда тесно группировались и поворачивались подобно змеям. Но что это? Одна из змей ухватила свой собственный хвост. И эта фигура завертелась перед моими глазами, как бы насмехаясь надо мной. Как от вспышки молнии, я пробудился. Остаток ночи я провел, обдумывая следствие из гипотезы …» А. Кекуле 6

1845 г. Структурные формулы бензола 1845 г. Структурные формулы бензола Армстронг 1865 г. Кекуле Кекуле БензолДьюара Клаус Клаус «призман» Ладенбурга Август Кекуле ( ) Немецкий химик органик. Предложил в структурную формулу бензола в 1865 г. структурную формулу бензола 1861 г. Лошмидт Н Н Н Н Н Н С6С6 7

8

1865 г г. А. Кекуле Формула Кекуле и ее противоречивость C n H 2n против!за!

Электронное и пространственное строение бензола 10 Л. Полинг. Теория резонанса

Схема образования π-связей в молекуле бензола Длина C-C связи 0,140 нм 0,140 нм Делокализация электронной плотности в молекуле бензола Схема образования σ-связей в молекуле бензола с участием sp 2 – гибридных орбиталей атомов углерода Строение молекулы бензола Модели молекул бензола: шаростержневая (слева) и масштабная (справа) Масштабная модель молекулы бензола с обозначением делокализованного 6 - электронного облака 11

12

циклооктатетраен С акт, С Новая проблема ?

Строение молекулы бензола 14

Ароматичность Правило Хюккеля Циклические плоские сопряженные полиеновые системы, содержащие (4n+2) делокализованных π-электронов, где n=0,1,2,3 и т.д. n=0n=1 n=2 µ=0µ>0 15

НафталинАнтрацен ТетраценПентацен Конденсированные ароматические структуры 16

Циркуллены 17 Кекулен

Дициклопентадиенилжелезо Ферроцен используют для получения ферроцерона – лекарственный препарат при лечении заболеваний, вызванных дефицитом железа в организме. Молекула «бутерброд» 18

Химические свойства бензола hνhν hνhν 19

20

Реакция алкилирования (Реакция Фриделя Крафтса) Шарль Фридель ( ) Джеймс Мейсон Крафтс ( ) 21

орто-,пара- ориентантымета- ориентанты X:Y: а) R-, -OH, -NH 2, -NHR, -NR 2, -OR б) F-, Cl-, Br-, I- R- - NO 2, -COOH, -C=O, -SO 3 H H 22

Согласованная и несогласованная ориентация 1 2 согл. несогл.согл. несогл. согл. 23

24

Циклофаны 25

Высокосопряженные системы 26

Графин 2727

2828 Основные типы фуллероидных наночастиц Фуллерен C-60 (0,67 nm) Фуллерен C-70 (o,69 nm) (o,69 nm) Однослойные углеродные нанотрубки (диаметр 1 nm) Астралены (средний размер – 45 nm) Многослойные углеродные нанотрубки (диаметр 6-60 nm)

Нобелевская премия по физике, 2010 г. Графен 2929

2010 г. – Нобелевская премия по физике за открытие и исследование графена - двумерной формы углерода. Константин Сергеевич Новосёлов Андрей Гейм Идеальная кристаллическая структура графена представляет собой гексагональную кристаллическую решётку. Слои интеркалированного графита можно легко отделить друг от друга. 30

31

Спасибо за внимание!