Химические свойства. Электронное строение бензола

Электронное строение бензола.

Способы получения.

1) Переработка угля и нефти:

При коксовании каменного угля получается каменноугольная смола, которую подвергают фракционной перегонке:

До 170⁰С – бензол и его гомологи;

170–230⁰С – фенол и его гомологи;

230–270⁰С – нафталин и его гомологи;

270–360⁰С – антрацен и фенантрен.

2) Ароматизация нефти (включает реакции дегидроциклизации и дегидрогенизации алканов):

420-480⁰С

¾¾¾¾® + 3H₂

Pt, Pd, Ni

Циклогексан

550⁰C

C₇H₁₄ ¾¾¾¾¾® + 4H₂

Cr₂O₃, Al₂O₃, Pt

3) Полимеризация алкинов (метод Зелинского):

3СНºСН ¾¾¾¾® С₆Н₆

3СН₃-СºСН ¾¾¾¾®

4) Реакция Вюрца-Фиттига:

+ 2Na + Br-C₂H₅ ¾¾® + 2NaBr

+ 2Na ¾¾® + 2NaBr

бифенил

5) Восстановление кислородсодержащих ароматических углеводородов:

С₆Н₅ОН + Zn ¾¾® С₆Н₆ + ZnO

6) Реакция алкилирования Фриделя-Крафтса:

AlCl₃

С₆Н₆ + СН₃Cl ¾¾® С₆Н₅СН₃ + HCl

C₆H₆ + C₆H₅CH₂Cl ¾¾® C₆H₅-CH₂-C₆H₅ + HCl

дифенилметан

7) Декарбоксилирование ароматических кислот (реакция Дюма):

С₆Н₅СООNa + NaOH ¾¾® C₆H₆ + Na₂CO₃

Молекула бензола плоская и симметричная. Атомы углерода находятся в углах правильного шестиугольника (угол 120⁰) в состоянии sp²-гибридизации. В этом состоянии каждый атом углерода имеет по одной негибридизованной орбитали, расположенной перпендикулярно плоскости s-связей.

При подобном взаимном расположении каждая р-АО перекрывается в равной степени с двумя соседними. Т.к. система замкнута, то образуется общее p-электронное облако, в котором p-электронная плот-

ность распределяется равномерно.

Рентгеновским методом доказано, что связи в бензоде не являются ни двойными, ни одинарными – есть делокализованные p-связи (p,p-сопряжение).

Эффект сопряжения в молекуле бензола объясняет все особенности его строения и химических свойств.

p-Электроны в составе общего облака получают большую степень свободы, что делает молекулу более устойчивой.

Величина энергии сопряжения бензола составляет 153 кДж/моль, что на порядок выше, чем у 1,3-бутадиена (15,1 кДж/моль).

Однако не любой циклический углеводород с чередующимися двойными и одинарными связями является ароматическим.

В 1931 г. Хюккель сформулировал правило ароматичности, согласно которому система ароматична, если она:

1. циклическая;

2. компланарная (плоское строение – все s-связи атомов углерода располагаются в одной плоскости под углом 120⁰);

3. имеет общее электронное облако, состоящее из (4n + 2)p-электронов, где n – целое число.

В соответствии с этим правилом углеводороды – бензол, нафталин, антрацен – имеют ароматический характер:

6-p-электронов 10-p-электронов 14-p-электронов

(n=1) (n=2) (n=3)