32. Классификация и номенклатура аренов. Природа связей в молекуле бензола. Конденсированные ароматические углеводороды: нафталин, антрацен, фенантрен, бензпирен.

Ответ. Термин «ароматические» первоначально применяли для органических соединений, которые или сами имели приятный запах, или же выделялись из природных веществ, обладающих приятным запахом. В дальнейшем название сохранилось за большой группой органических соединений, проявляющих сходные с бензолом свойства. К ароматическим углеводородам относят соединения, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец. В зависимости от числа бензольных циклов, входящих в состав молекулы, различают одноядерные (моноциклические) и многоядерные (полициклические) арены. Многоядерные арены подразделяются на арены с конденсированными циклами (аннелированные) и изолированными циклами. Простейшим представителем одноядерных ароматических углеводородов является бензол С6Н6. В 1865 году Кекуле предложил формулу в виде цикла из шести атомов углерода с чередующимися простыми и двойными связями. Эта формула известна в органической химии как формула Кекуле и предполагает равноценность всех атомов углерода в молекуле. В соответствии с современными представлениями, основанными на данных квантовой химии и физико-химических исследований, молекула бензола представляет собой правильный плоский шестиугольник. Все углеродные атомы находятся в состоянии sp2-гибридизации. Каждый атом углерода образует три σ-связи (одну С—Н и две С—С), лежащие в одной плоскости под углом 120° друг к другу и предоставляет одну p-орбиталь для образования замкнутой сопряженной системы, электронная плотность которой равномерно распределена (делокализована) между углеродными атомами и сконцентрирована в основном над и под плоскостью σ-скелета молекулы. Образование замкнутой сопряженной системы (ароматического секстета) является для молекулы бензола энергетически выгодным процессом. С позиций теории молекулярных орбиталей при перекрывании шести p-атомных орбиталей образуется шесть π-молекулярных орбиталей, из которых три — связывающие, а три — разрыхляющие π-МО. Каждая МО характеризуется определенной энергией и может быть заполненена двумя электронами с антипараллельными спинами. В основном состоянии шесть π-электронов занимают три связывающие π-МО, которые обладают более низкой энергией. Высокоэнергетичные разрыхляющие π*-МО остаются незаполненными. Повышенная устойчивость молекулы бензола определяется энергией низшей π1-МО, в которой π-электронное облако охватывает все углеродные атомы цикла. В результате сопряжения все углерод-углеродные связи в молекуле бензола выравнены. Таким образом, в бензольном кольце нет простых и двойных связей. На каждую углерод-углеродную связь, помимо двух σ-электронов, приходится электронная плотность одного π-электрона. Такую связь называют ароматической. Если длина простой связи C—C в алканах составляет 0,154 нм, длина двойной связи в алкенах — 0,134 нм, то длина углерод-углеродной связи в молекуле бензола равна 0,139 нм, то есть является промежуточной между длиной одинарной и двойной связи. Делокализация π-электронной плотности и выравненность связей в бензольном кольце графически изображается в виде окружности внутри правильного шестиугольника. По заместительной номенклатуре IUPAC одноядерные арены рассматривают как продукты замещения бензола: метилбензол, этилбензол, винилбензол и т. д. При наличии в бензольном кольце двух и более заместителей их положение указывают цифрами. Нумерацию атомов углерода бензольного кольца осуществляют таким образом, чтобы заместители имели возможно меньшие номера. В дизамещенных бензола положение заместителей наряду с цифровымы локантами отражают также обозначениями: орто- (о-) положение — 1,2; мета- (м-) положение — 1,3 и пара- (п-) положение — 1,4. Кроме систематических названий, в ряду одноядерных аренов сохранились и тривиальные названия: толуол, ксилол, кумол и др. В ряде случаев моноциклические ароматические углеводороды рассматривают как производные другого какого-либо углеводорода, имеющего тривиальное название: толуола, стирола и др. Общее название одновалентных радикалов ароматических углеводородов — арилы (Ar). Двухвалентный радикал бензола называют фениленом. Высшие гомологи бензола чаще всего рассматривают как производные алифатических углеводородов, содержащие в качестве заместителя бензольное ядро. Многоядерные арены с конденсированными циклами содержат в своем составе два или более бензольных ядра, имеющие общие атомы углерода. В зависимости от способа сочленения циклов различают два основных типа конденсированных систем: конденсированные системы с линейным расположением циклов: , конденсированные системы с ангулярным расположением циклов: Наиболее важными представителями конденсированных аренов являются нафталин, антрацен и фенантрен.