Структурная формула бензола

Арены, не смотря на свою «ненасыщенность» (наличие большого числа p-связей), в отличие от алифатических непредельных соединений более стабильны, устойчивы к окислителям, восстановителям, не полимеризуются, и вместо реакций присоединения склонны больше к реакциям ионного замещения (электрофильного и нуклеофильного замещения).

Основные положения теории резонанса

Прежде чем приступить к рассмотрению темы, необходимо вспомнить теорию резонанса.

Ароматичность

1. Если молекула может быть представлена несколькими («граничными») структурами, отличающимися только распределением электронов, то ни одна из них не отражает реальную молекулу. Считают, что становится возможным резонанси молекула представляет собой гибридэтих структур.

2. Вклад каждой граничной структуры в гибрид зависит от её относительной устойчивости: чем она устойчивее, тем больше её вклад. Наибольший резонанс наблюдается при участии в резонансе близких по устойчивости структур, содержащих примерно одинаковое количество энергии.

3. Резонансный гибрид стабильнее, чем любая из граничных структур. Такое увеличение устойчивости называют энергией резонанса. Чем ближе по устойчивости резонирующие структуры, тем больше энергия резонанса.

Например:

- структуры карбоксильной, нитро- групп, бутадиена,

Определение и классификация

Бензол, нафталин, антрацен, фенантрен, некоторые гетероциклические и другие соединения относятся к ароматическим соединениям, которые отличаются от алифатических особыми свойствами.

Не смотря на то, что бензол (молекулярная формула С₆Н₆) известен с 1825 г, удовлетворительная структура для него предложена только в 1931 г. Это связано, прежде всего, с ограниченными возможностями теории химического строения того времени.

Структурная формула бензола Кекуле (1865 г), которой мы пользуемся и в настоящее время, не отражает реальной молекулы. Предложенная позднее осцилляционная теория (Кекуле, 1872 г) сняла лишь некоторые вопросы. Только появление теории резонанса позволило структурной теории объяснить особые свойства бензола и предложить структурную формулу.

Согласно теории резонанса, бензол представляет собой резонансный гибрид (в) двух структур Кекуле (а, б). Вклад граничных структур в гибрид одинаков, но это не означает, что половина молекул бензола находятся в виде структуры «а», а вторая половина - в виде структуры «б», или то, что эти структуры постоянно превращаются друг в друга. Все молекулы бензола одинаковы, и каждая из них имеет структуру промежуточную между «а» и «б», родственную им, но качественно отличную от них. (Так же, как мул – животное, родственное лошади и ослу, которое не является ни лошадью, ни ослом.)

Согласно теории резонанса, все С – С – связи бензола одинаковы («гибридные» связи) и называются полуторными или бензольными. Длина С-С-связи бензола 1,39 ангстрем или 13,9^.10^-2 нм является промежуточной между длинами простой (14,8^.10^-2 нм в 1,3-бутадиене) и двойной (13,4^.10^-2 нм в этилене) связей.

Свойства p-связи (алкены, алкины, алкадиены и т.д.): способность легко окисляться, восстанавливаться, полимеризоваться, вступать в реакции присоединения.

Свойства полуторной связи (арены): устойчивы к окислителям, восстановителям, им не характерны реакции присоединения, полимеризации. Они придают бензолу способность вступать в реакции ионного замещения.

Однако полуторная связь родственная p-связи, поэтому при определенных условиях бензол присоединяет водород, реагирует с озоном и т.д., то есть реагирует как ненасыщенный углеводород.

Согласно теории резонанса, гибрид (бензол) устойчивее любой из резонирующих структур (структур Кекуле) (энергия резонанса для бензола составляет ~150 кДж/моль). Это означает, что энергия образования бензола меньше энергии образования циклагексатриена (структура Кекуле) на ~150 кДж/моль. В результате чего бензол обладает особыми (ароматическими) свойствами, которые не характерны сопряженным триенам.