Хімія. 10 клас

Назва «араматычныя злучэнні» ўзнікла таму, што першыя вядомыя прадстаўнікі гэтага класа, атрыманыя яшчэ на пачатку XIX стагоддзя, мелі прыемны пах. Пазней аказалася, што большасць рэчываў, якія па будове і хімічных уласцівасцях належаць да гэтай групы, не маюць прыемнага паху. Аднак агульная назва гэтых злучэнняў захавалася.

Найпрасцейшым прадстаўніком араматычных вуглевадародаў з’яўляецца бензол. Яго малекулярная формула C₆H₆.

Бензол — лёгкакіпячая (t_кіп = 80 °С), бясколерная, нерастваральная ў вадзе вадкасць з характэрным пахам. Пры ахалоджванні ён лёгка застывае ў белую крышталічную масу з тэмпературай плаўлення 5,5 °С.

Адкрыў бензол вялікі англійскі фізік Майкл Фарадэй. У 1825 годзе яму ўдалося вылучыць бензол з каменнавугальнай смалы. Пазней былі ўстаноўлены найпрасцейшая CH і малекулярная C₆H₆ формулы бензолу. Аднак доўгі час не ўдавалася ўстанавіць будову малекулы дадзенага рэчыва. Праз сорак гадоў пасля адкрыцця бензолу нямецкі хімік Аўгуст Кекуле зрабіў правільную здагадку аб цыклічнай будове малекулы бензолу і прапанаваў наступную структурную формулу:

Прадстаўленая формула бензолу называецца формулай Кекуле. Формула Кекуле паказвае, што малекула бензолу мае плоскую будову, валентныя вуглы роўныя 120°. З формулы Кекуле таксама вынікае, што для гідрыравання малекулы бензолу да цыклагексану патрабуюцца тры малекулы вадароду:

Усе гэтыя вывады пацвярджаюцца эксперыментальнымі данымі. Аднак формула Кекуле не тлумачыць рада асаблівых уласцівасцей бензолу. Так, бензол не ўступае ў якасныя рэакцыі на двайную C C сувязь. Ён, у адрозненне ад алкенаў, не абясколервае бромную ваду і раствор перманганату калію. У прысутнасці каталізатара бензол рэагуе з галагенамі, аднак пры гэтым адбываецца не далучэнне галагену, а замяшчэнне атама вадароду ў малекуле бензолу на галаген:

Акрамя таго, эксперыментальна ўстаноўлена, што ўсе сувязі вугляродвуглярод у малекуле бензолу маюць аднолькавую даўжыню. Настолькі незвычайныя ўласцівасці бензолу атрымалася растлумачыць толькі ў ХХ стагоддзі, выкарыстоўваючы сучасную тэорыю будовы рэчыва.

З формулы Кекуле вынікае, што двайныя сувязі ў малекуле бензолу з’яўляюцца спалучанымі. На прыкладзе бутадыену-1,3 мы бачылі, што спалучэнне вядзе да некаторага выраўноўвання даўжынь двайных і адзінарных сувязей. У малекуле бензолу спалучэнне настолькі моцнае, што даўжыні ўсіх сувязей вуглярод-вуглярод становяцца аднолькавымі:

Такім чынам, у малекуле бензолу няма двайных і адзінарных сувязей. Кожны атам вугляроду ў малекуле бензолу, як і ў бутадыене-1,3, знаходзіцца ў стане sp²-гібрыдызацыі. π-Электроны дэлакалізаваны і ўтвараюць не тры асобныя π-сувязі, а адзіную π-сістэму (спалучаную сістэму π-сувязей):

Паколькі π-электроны размяркоўваюцца ў малекуле бензолу раўнамерна паміж усімі атамамі вугляроду, то сувязі паміж усімі атамамі вугляроду аказваюцца цалкам аднолькавымі.

Каб паказаць раўнамернасць размеркавання π-электронаў у малекуле бензолу, яго структурную формулу часта малююць у выглядзе шасцівугольніка з акружнасцю ўсярэдзіне:

У дадзенай формуле шасцівугольнік адлюстроўвае σ-сувязі паміж атамамі вугляроду, а акружнасць — сістэму π-сувязей.

Шарастрыжнёвая мадэль малекулы бензолу:

Нараўне з формулай бензолу, у якой паказана дэлакалізацыя π-электронаў, нярэдка карыстаюцца формулай Кекуле, улічваючы пры гэтым, што яна не зусім дакладна перадае будову бензолу:

Шырока выкарыстоўваюцца таксама больш кампактныя шкілетныя формулы бензолу:

Дэлакалізацыя π-электронаў надае малекуле бензолу дадатковую ўстойлівасць. Таму для бензолу характэрны рэакцыі, у якіх спалучаная сістэма π-сувязей у малекуле захоўваецца. Такімі рэакцыямі з’яўляюцца рэакцыі замяшчэння (гл. ураўненне рэакцыі з бромам).

Як ужо адзначалася, бензол з’яўляецца найпрасцейшым прадстаўніком араматычных вуглевадародаў. Яго гамолагі могуць разглядацца як прадукты замяшчэння аднаго або некалькіх атамаў вадароду ў малекуле бензолу на вуглевадародныя радыкалы. Формулы і назвы некаторых гамолагаў бензолу прыведзены на малюнку 19.3.

Як бачна, для пабудовы назваў рэчываў, у малекулах якіх з бензольным кольцам злучана некалькі вуглевадародных радыкалаў, атамы вугляроду бензольнага кольца нумаруюць такім чынам, каб замяшчальнікі атрымалі найменшыя нумары, і пры дапамозе лічбаў у назве паказваюць становішча замяшчальнікаў.