10 класс. Химия. Ароматические углеводороды. Строение, физические свойства, номенклатура . Химические свойства
10 класс. Химия. Ароматические углеводороды. Строение, физические свойства, номенклатура . Химические свойства
Комментарии преподавателя
1. История открытия строения бензола
Родоначальник ароматических углеводородов – бензол – был выделен Майклом Фарадеем в 1825 года из конденсата светильного газа. Немецкий химик Эйльхард Мичерлих (1794–1863), нагревая бензойную кислоту с негашёной известью (СаО), получил жидкость со специфическим неприятным запахом, которая оказалась тождественной «двууглеродистому водороду» Фарадея. Мичерлих правильно определил формулу углеводорода – С6Н6 – и окрестил его бензином (benzin). Либих счёл это название неудачным, так как суффикс -ин имелся в названиях многих азотсодержащих соединений – органических (среди них много алкалоидов, например стрихнин, кофеин, хинин) и неорганических (гидразин). Исходя из маслянистого характера жидкости, Либих предложил своё название, с суффиксом -ол (от лат. oleum – «масло»). Вряд ли оно было удачнее: этот суффикс обычно указывает на принадлежность соединения к спиртам (этанол, бутанол и т. д.). Однако слово «бензол» прижилось – правда, только в немецком и русском языках. Англичане и американцы, например, называют этот углеводород «бензин» (benzene).
Долгое время химики бились над структурой этого простого, казалась бы, соединения. Лишь через 40 лет Фридрих Кекуле (Рис. 1) предложил структурную формулу бензола.
Это был шестичленный цикл с чередующимися двойными и одинарными связями.
Рис. 1. Фридрих Август Кекуле
При этом сразу же обнаружились как доводы «за» так и «против» данной структуры.
«За»
Доводы «за» говорили о том, что бензол, как и все непредельные углеводороды, подвергается гидрированию.
Кроме того, хорошо объяснялась реакция Берло – Зелинского, при которой происходит тримеризация ацетилена.
«Против»
Доводами «против» служило то, что бензол хоть и содержит двойные связи, но не проявляет реакций, характерных для непредельных соединений. Не реагирует с бромной водой:
Не реагирует с водным раствором перманганата калия.
 |
 |
При этом, исходя из структуры двойной связи, должно существовать 2 дизамещённых бензола:
Однако получить удалось лишь одно соединение.
Окончательно вопрос о структуре бензола был решен лишь в начале XX века знаменитым химиком, дважды Нобелевским лауреатом Лаймсом Полингом.
Он предложил следующее: все атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. Рис. 2. Шесть π-электронов образуют общее электронное облако, которое принадлежит всем шести атомам углерода:
Рис. 2. Образование связей в молекуле бензола
Атомы углерода в молекуле бензола составляют плоский правильный шестиугольник; связи между всеми атомами углерода имеют равную длину – 0,14 нм, которая больше, чем длина двойной связи (0,132 нм), но меньше, чем длина простой связи (0,154 нм). Рис. 3.
Рис. 3. Шаростержневая молекула бензола
Полинг ввел структуру бензола с кружком в середине.
или 
Соединения, обладающие подобной структурой, стали называть ароматическими.
На основе квантовомеханических расчетов Э. Хюккель сформулировал
критерии ароматичности:
1. Молекула (или ее часть) должна быть циклической и плоской.
2. Она должна содержать сопряженные p-электроны. Это могут быть электроны двойных связей или неподеленных электронных пар атомов.
3. Число p-электронов должно быть равным 4n+2, где n = 0,1,2… (правило Хюккеля)
Ароматическими являются все циклические сопряженные полиеновые системы, содержащие 4n+2 , где n неотрицательное целое число, делокализованных π- электронов.
Бензол подходит под это правило с n =1.
3. Физические свойства бензола
Арены похожи на остальные углеводороды – они нерастворимы в воде и легче ее. Бензол при комнатной температуре – бесцветная прозрачная жидкость со своеобразным запахом. Тпл = 5,5оС, Ткип = 80оС.
Бензол токсичен и легко воспламеняется.
Номенклатура аренов
Согласно номенклатуре ИЮПАК, арены с одним бензольным кольцом рассматривают как производные бензола. В качестве главной цепи выбирают бензольное кольцо. Многие арены имеют свои исторические названия.
Например:
Метилбензол изопропилбензол винилбензол
(толуол) (кумол) (стирол)
Нумерацию начинают с одного из заместителей так, чтобы сумма номеров заместителей была минимальна.
Если соединение содержит два заместителя у бензольного кольца, то располагаться они могут тремя разными способами друг относительно друга. Часто вместо нумерации для 1,2-дизамещенных бензолов используют обозначение орто-, для 1,3-замещенных – мета-, а для 1,4-замещенных – пара-.
1,2-диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол
орто-диметилбензол мета-диметилбензол пара-диметилбензол
(о-ксилол) (м-ксилол) (п-ксилол)
4. Изомерия и номенклатура гомологов бензола
Диметилбензолы изомерны друг другу. Изомерные три метилбензолы:
1,2,3-триметилбензол 1,2,4-триметилбензол 1,3,5-триметилбензол
Им изомерны также метил этилбензолы (приведем в пример один из них), а также пропил- и изопропилбензолы:
м-метилэтилбензол пропилбензол изопропилбензол
У аренов есть и межклассовые изомеры – соединения с несколькими двойными и тройными связями, циклы и т.п.
Источники
http://www.youtube.com/watch?t=15&v=lavoJu9bwEw
http://www.youtube.com/watch?t=4&v=KyhBN1-Zn1w
источник презентации - http://mirhimii.ru/10class/73-aromaticheskie-uglevodorody.html
http://nsportal.ru/shkola/khimiya/library/2012/06/20/urok-aromaticheskie-uglevodorody-benzol
http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/10-klass - конспект