i> орто-, пара -нітротолуолів і мета -нітротолуол, хоча і з дуже низьким виходом.
Якби подвійні і одинарні зв'язки в бензолі можна було розрізнити, то ізомерів було б п'ять:
Тому Кекуле запропонував вважати, що кратні зв'язку в молекулі бензолу швидко переміщуються (осцилюють). Це твердження має на увазі вільне переміщення p-електронів у циклі.
Відзначимо, що для пояснення будови бензолу з урахуванням елементного складу помилково пропонувалися й інші формули, наприклад:
Серед цих передбачуваних структур лише Прізман (бензол Ладенбурга) має шість еквівалентних атомів вуглецю, що могло б пояснити хімічну поведінку бензолу. Пізніше, в 20-м столітті, деякі представники зазначених систем (включаючи Прізман) були отримані, однак виявилися досить нестійкими сполуками.
4. Ароматичность (на прикладі бензолу)
Геометрія молекул
Атоми вуглецю в бензолі мають sp2-гібридизацію, чому відповідає валентний кут 120о. Таким чином, геометрія молекули бензолу не приводить до напруги, пов'язаного з перекручуванням валентних кутів. Кожен С-атом утворює три s-зв'язку і (формально) одну p-зв'язок, для утворення якої надає один р-електрон. Відомо, що електронні орбіталі p-зв'язків мають здатність до об'єднання в пару. У молекулі бензолу пару кратних зв'язків максимально, наслідком чого є еквівалентність всіх шести атомів вуглецю. Зв'язують p-електрони в рівній мірі належать всім шести атомам, іншими словами, останні вносять по одному електрону в загальну циклічну p-систему. Це явище називається делокалізація p-електронів. Довжини і порядки всіх шести С-С зв'язків рівні, тобто їх не можна розрізнити на одинарні та подвійні, тому дипольний момент бензолу дорівнює нулю. У молекулі бензолу атоми вуглецю утворюють плоский правильний рівносторонній шестикутник з віссю симетрії шостого порядку. На продовженні радіусів, що проходять через С-атоми, розташовуються атоми водню.
Розподіл спінової щільності в молекулі бензолу можна представити як резонансний гібрид кількох граничних структур:
Термодинамічні параметри
Теплота освіти бензолу з атомів більше сумарної енергії утворення трьох молекул етилену на 160 кДж / моль. Близька величина отримана також з розрахунків теплот гідрування. Так, теплота гідрування бензолу дорівнює 206 кДж / моль, а для циклогексена ця величина становить 119 кДж / моль. Різниця становить 3 * 119-206=151 кДж / моль. Цю різницю називають енергією p-електронної делокалізації або енергією резонансу і вона показує виграш енергії за рахунок делокалізації p-електронів у всій замкнутій системі.
Енергія делокализации (резонансу) ER=151кДж/моль показує, наскільки ароматичні молекули стійкіше аналогічних структур з локалізованими p-зв'язками. Тому енергія резонансу може служити необхідною і достатньою умовою ароматичности і її кількісним термодинамічним критерієм.
У світлі сказаного молекулу бензолу слід зображати у вигляді шестикутника з кільцем всередині, але для зручності користуються формулою Кекуле з подвійними і одинарними зв'язками, маючи на увазі при цьому, що всі зв'язки вирівняні.
5. Правило Хюккеля
Тип ароматичних систем не обмежується сполуками, в молекулах яких міститься бензольні кільце. У ...
