Бензол: строение и устойчивость
Строение бензола
Бензол не «циклогексатриен»: у него нет чередующихся одинарных и двойных связей.
Как описать строение бензола
- Шесть \(sp^2\)-атомов углерода в плоскости, углы 120°.
- Шесть \(p\)-орбиталей перекрываются по кругу — π-облако над и под кольцом.
- Все связи C–C одинаковы: 139 пм (между 154 и 134).
- Две структуры Кекуле — резонансные структуры одной молекулы.
Примеры
1. Изомеров 1,2-дибромбензола один, а не два (как было бы у циклогексатриена с «одинарной» и «двойной» связью между атомами с бромом).
2. Озонолиз орто-ксилола даёт глиоксаль, метилглиоксаль и диметилглиоксаль 3 : 2 : 1 — вклад обеих структур Кекуле.
errorКекуле — не изомеры
Две структуры Кекуле не переходят друг в друга: их нет по отдельности, есть одна молекула с делокализованными электронами.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько изомеров у 1,2-диметилбензола, если бы связи бензола чередовались?
expand_moreПоказать решение
Два (метилы у «двойной» или «одинарной» связи); на опыте — один.
Энергия ароматической стабилизации
Бензол устойчивее, чем «должен» быть, — это измеряют теплотой гидрирования.
Как оценить энергию стабилизации
- Гидрирование циклогексена: 120 кДж/моль.
- «Циклогексатриен» ожидался бы 3 · 120 = 360 кДж/моль.
- Бензол: 208 кДж/моль. Разница 152 кДж/моль — энергия ароматической стабилизации.
- Следствие: бензол вступает в замещение, а не в присоединение.
Примеры
1. Циклогекса-1,3-диен: 232 вместо 240 — сопряжение даёт лишь 8 кДж/моль.
2. Бензол не обесцвечивает бромную воду и не окисляется холодным перманганатом.
errorСтабилизация — не просто сопряжение
Сопряжение диена даёт единицы кДж/моль, ароматичность — около 150.
edit_noteПопробуйте сами
Обесцвечивает ли бензол бромную воду?
expand_moreПоказать решение
Нет: присоединение разрушило бы ароматичность.
push_pinГлавное
Бензол — плоский правильный шестиугольник: все связи C–C одинаковы (139 пм), шесть π-электронов делокализованы по кольцу; две структуры Кекуле — резонансные, а не изомеры. Теплота гидрирования бензола 208 кДж/моль вместо ожидаемых 3 · 120 = 360 — энергия ароматической стабилизации около 150 кДж/моль. Поэтому бензол вступает в замещение, сохраняющее ароматичность, а не в присоединение.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.