Строение молекулы бензола

Первое ароматическое соединение бензол – было открыто в 1825 г. М. Фарадеем. Была установлена его молекулярная формула – С₆Н_6. Если сравнить его состав с составом предельного углеводорода, содержащего такое же количество атомов углерода, — гексаном (С₆Н₁₄), то можно заметить, что бензол содержит на восемь атомов водорода меньше. Как известно, к уменьшению количества атомов водорода в молекуле углеводорода приводит появление кратных связей и циклов. В 1865 г. Ф. Кекуле предложил его структурную формулу как циклогексантриена – 1, 3, 5.

         

 Таким образом, молекула, соответствующая формуле Кекуле, содержит двойные связи. В действительности углерод — углеродные связи в бензоле равноценны, и их свойства не похожи на свойства ни одинарных, ни двойных связей. В настоящее время бензол обозначают или формулой Кекуле, или шестиугольником, в котором изображают окружность. Сочетание шести сигма – связей с единой π–системой называется ароматической связью.

Атомы углерода находятся в состоянии sр²- гибридизации. Выяснено, что все С—С связи в бензоле имеют одинаковую длину (0,139 нм). Они несколько короче одинарных С—С связей (0,154 нм) и длиннее двойных (0,132 нм). Валентный угол – 120⁰

Гомологи бензола

Состав их молекул отвечает формуле С_nH_2n-6. Ближайшие гомологи бензола:

Все следующие за толуолом гомологи бензола имеют изомеры. Изомерия может быть связана как с числом и строением заместителя (1, 2), так и с положением заместителя в бензольном кольце (2, 3, 4). Соединения общей формулы С₈Н₁₀:

Основой названия ароматического углеводорода с небольшими заместителями является слово бензол. Атомы в ароматическом кольце нумеруют, начиная от старшего заместителя к младшему:

По старой номенклатуре, употребляемой для указания относительного расположения двух одинаковых или разных заместителей в бензольном кольце, используют приставки орто — (сокращенно о-) – заместители расположены у соседних атомов углерода, мета- (м -) – через один атом углерода и пара — (п -) – заместители друг против друга.
Первые члены гомологического ряда бензола – жидкости со специфическим запахом. Они легче воды. Являются хорошими растворителями.

Физические свойства
Бензол и его простейшие гомологи в обычных условиях весьма токсичные жидкости с характерным неприятным запахом. Они плохо растворяются в воде, но хорошо — в органических растворителях.

Основные способы получения ароматических:

1) Из ацетилена (тримеризация).

а) В 1851 г. Французский химик Бертло при нагревании С₂ Н₂ до 600 °С получил бензол.

_600°С

3С₂Н₂ → (С₆Н₆)

б) В 1927 г. Н.Д.Зелинский и Б.А.Казанский получили бензол на активированном угле:

                                                                                      _t,C

3С₂Н₂ → С₆Н₆ (с очень большим выходом).

2) а) Н.Д.Зелинский получил бензол из циклогексана:

                                                                                     _{Pt, t°}

С₆Н₁₂ → (С₆Н₆) (реакция дегидрирования)

                                                                                     ^-3H2

б) соответственно, из метилциклогексана (при этих же условиях) можно получить метилбензол (или толуол):

_{Pt, t°}

С₆Н₁₁ – СН₃ → (С₆Н₅ – СН₃)

^-3H2

3) При этих же условиях н-гексан → в бензол (дегидроциклизация)

                                                                                                                    _Pt,t°

С₆Н₁₄ → С₆Н₆ +4Н₂↑

4) Алкилирование (реакция Фриделя-Крафтса):

                                                                          _{t° кат.}

С₆Н₆  + Cl-СН₃ → С₆Н₅ – СН₃ + НСl

                                                                                                 ^{Хлорметан         толуол (метилбензол)}