2. Арены. Общая характеристика: строение, номенклатура,изомерия

Арены или ароматические углеводороды – это соединения,молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженных связей.

Термин "ароматические соединения" возник давно в связи с тем, что некоторые представители этого ряда веществ имеют приятный запах. Однако в настоящее время в понятие "ароматичность" вкладывается совершенно иной смысл. Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией p-электронов в циклической системе.

Классификацияароматическихсоединений:

1. Одноядерныеарены:

2. Многоядерныеарены:

• сконденсированнымиядрами

• снеконденсированнымиядрами(изолированныеполиароматическиесоединения)

3. Ароматические гетероциклы. Вследствие многообразияароматических гетероциклических соединений и их значимости вприроде, они будут рассматриваться в отдельной лекции.

Строение бензола чаще всего выражают формулой, предложенной в 1865 году немецким химиком Кекуле.

Он высказал предположение, что 6 углеродных атомов в бензоле образуют цикл, соединяясь друг с другом чередующимися простыми и двойными связями, и, кроме того, каждый из них соединён с 1 атомом водорода. Он считал, что двойные связи в бензоле не неподвижны, а непрерывноперемещаются(осцилируют) в кольце:

Обе формулы равнозначны и выражают две взаимно переходящие фазы состояния молекулы бензола. Кекуле пришёл к данному выводу, так как было доказано, что двузамещённое производное бензола с заместителями при соседних углеродах может существовать лишь в виде одного ортоизомера. Формула Кекуле имеет недостатки:

• неможетобъяснить,почемубензолпреимущественновступаетв реакции замещения, а не присоединения;

• неможетобъяснить,почемубензолустойчивкдействию окислителей, то есть, не проявляет свойств непредельных соединений.

Согласно современным представлениям молекула бензола имеет строение плоского шестиугольника, все атомы углерода находятся во втором валентном состоянии (sр²-гибридизация).Негибридизированные 2р-орбитали(поодномуоткаждогоатомауглерода),осикоторых перпендикулярны плоскости бензольного кольца, взаимно перекрываются другсдругом.Врезультатеиз6делокализованных-электронов образуетсяединая устойчивая замкнутая электронная система.

Врезультатетакогоравномерногоперекрывания2р-орбиталейвсех

6углеродныхатомовпроисходит«выравнивание»простыхидвойныхсвязей,тоесть,отсутствуютклассическиепростыеидвойныесвязи,а

длина связи (С-С) в молекуле бензола = 0,14 нм. Равномерное распределение-электронной плотности между всеми углеродными атомами, обусловленное-электронным сопряжением и является причиной высокой устойчивости молекулы бензола.

Главной особенностью ароматических соединений является равномерное распределение-электронной плотности в молекуле. Наличие делокализованной системы-электронов в молекуле – основной признак ароматичности.

В настоящее время нет единого способа графического изображения молекулы бензолас учётом его реальных свойств. Практически это сделать невозможно. Но чтобы подчеркнуть выровненность- электронной плотности в молекуле бензола используют следующиеформулы:

Номенклатура.Общая формула гомологов бензола (С_nН_2n-6). Гомологипредставляютсобойпроизводныебензола,образованныев результате замещенияатомов водорода бензольногоядрапредельными углеводородными радикалами.

1. Тривиальнаяноменклатура.Широкоиспользуютсятривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т.п.):

• винилбензол–стирол;

• метилбензол–толуол;

• диметилбензол–ксилол;

• изопропилбензол–кумол.

2. Международнаяноменклатура.Систематическиеназвания строятиз названия углеводородного радикала (приставка) и словабензол(корень):

Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомовуглеродавкольце,скоторымионисвязаны.Нумерациюкольца проводят так, чтобы номера радикалов были наименьшими. Например:

Для дизамещенных бензоловR-C₆H₄-Rиспользуется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединенияприставками:орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т.е. 1,2-;мета-(м-)заместителичерезодинатомуглерода(1,3-);пара- (п-) заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).

Те же соединения можно назвать и как производные гомологов бензола или соединений, имеющих свои тривиальные названия (толуол, фенол, бензонитрил). Те же соединения в этом случае получат наименования, соответственно: 3,6-диметил-2-хлор-фенол, 2,4- диметилтолуол и 2,4-диметилбензонитрил.

Обратите внимание, как меняется нумерация атомов кольца, если в основу берется тривиальное название производного бензола. В случае фенола гидроксигруппа получает номер 1 и далее кольцо нумеруется от нее в таком направлении, чтобы получилась минимальная сумма номеровзаместителей:

Тожесамоесоединениеможно назвать,какпроизводноефенола:

Обратитевниманиенаизменениепорядканумерациикольцапри наименовании по разным основаниям.

• Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два:

C₆H₅-(фенил)иC₆H₅CH₂-(бензил).

С₆Н₅- фенил;С₆Н₅СН₂- бензил; С₆Н₅СН- бензилиден; С₆Н₄- фениленИзомерия(структурная):

1. положениязаместителейдляди-,три-итетра-замещенных бензолов (например,о-,м- ип-ксилолы);

2. углеродногоскелетавбоковойцепи,содержащейнеменее3-х атомов углерода:

3. изомериязаместителейR,начинаясR–С₂Н₅.

Например,молекулярнойформулеС₈Н₁₀соответствуют4изомера: три ксилолаCH₃-C₆H₄-CH₃(о-, м-, п-) и этилбензолC₆H₅-C₂H₅.

Пространственная изомерия относительно бензольного кольца валкилбензолах отсутствует.