Aromatik uglevodorodlar. Benzol. Benzol nima? Benzolning tuzilishi, formulasi, xossalari, qo'llanilishi 3 Benzolning elektron tuzilishi haqida nimasi alohida

Dars maqsadlari:

aromatik bog'lanish, uning xususiyatlari haqida tushuncha berish, benzolning tuzilishi va uning xossalari o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatish;
turli seriyali uglevodorodlarning tarkibi va tuzilishini taqqoslash qobiliyatini mustahkamlash;
benzolning fizik xossalari bilan tanishtirish;
arenlarning inson salomatligiga toksik ta'sirini ko'rsating.

Ma'ruza konspekti

Benzolning molekulyar va tuzilish formulasini olish.
Benzolning kashf etilishi tarixi.
Kekule formulasi.
Benzolning tuzilishi.
"Aromatiklik" tushunchasi.
"Aromatik birikmalar" atamasining paydo bo'lishi.
Benzolning fizik xossalari.
Arenalarning inson organizmiga toksik ta'siri.
Yopilgan materialni mustahkamlash.
Uy vazifasi.

Dars boshida o‘quvchilardan moddaning formulasini olish uchun masala yechishni so‘rayman.

Vazifa. 2,5 g modda yondirilganda 8,46 g karbonat angidrid va 1,73 g suv ajralib chiqdi. 1 litr moddaning massasi 3,5 g.Maddaning molekulyar va mumkin bo`lgan tuzilish formulasini aniqlang.

Muammoni yechishda talabalar moddaning molekulyar formulasini - C 6 H 6 ni chiqaradilar. Muammoli vaziyat yuzaga keladi: "Benzol molekulasi qanday tuzilishga ega bo'lishi mumkin?" To'yinmagan uglevodorodlar haqidagi bilimlarga asoslanib, talabalar ular uchun mumkin bo'lgan struktura formulalarini taklif qiladilar:

NS C-CH 2 -CH 2 - C CH

H 2 C = CH -C C-CH = CH 2 va boshqalar.

Talabalar benzol juda to'yinmagan birikma degan xulosaga keladi va to'yinmaganlikka bo'lgan sifatli reaksiyalarni esga oladi.

Men talabalarni eksperiment davomida benzolning to'yinmaganligi haqidagi gipotezani sinab ko'rishga taklif qilaman. Benzolning bromli suv va kaliy permanganat eritmasi bilan reaksiyalarini amalga oshirib, talabalar benzol to'yinmagan tizim bo'lib, to'yinmaganlikka yuqori sifatli reaktsiyalar bermaydi, shuning uchun uni to'yinmagan uglevodorodlar deb tasniflash mumkin emas degan xulosaga kelishadi. .

Benzol molekulasi qanday tuzilishga ega va uni qanday uglevodorodlar sinfiga ajratish mumkin?

Bu savolga javob berishdan oldin men talabalarni benzolning kashf etilishi tarixi bilan tanishtiraman, bu juda qiziq. Gazli yoritish birinchi marta 1812-1815 yillarda Londonda paydo bo'lgan. Dengiz hayvonlarining yog'idan olinadigan yorug'lik gazi temir ballonlarda keltirildi. Ushbu tsilindrlar odatda uyning podvaliga joylashtirildi, undan gaz xona bo'ylab quvurlar orqali tarqatildi. Ko'p o'tmay, o'ta noxush holat kuzatildi - qattiq sovuqda gaz yonayotganda yorqin nur hosil qilish qobiliyatini yo'qotdi. 1825 yilda gaz zavodining egalari maslahat uchun Faradayga murojaat qilishdi, ular yorqin olov bilan yonishga qodir bo'lgan komponentlar silindrning pastki qismida shaffof suyuqlik qatlami shaklida to'planganligini aniqladilar. Faraday ushbu suyuqlikni o'rganayotganda yangi uglevodorod - benzolni topdi. Ushbu moddaning nomi Liebig tomonidan berilgan - (-ol qo'shimchasi uning moyli xususiyatini bildiradi, lotin oleumidan - moy).

1865 yilda nemis olimi Kekule o'z dumini tishlayotgan ilon kabi orzu qilgan benzol molekulasining tuzilishini taklif qildi:

Ammo bu formula benzolning elementar tarkibiga toʻgʻri kelsa ham, uning koʻpgina xususiyatlariga mos kelmaydi:

benzol to'yinmaganlikka sifatli reaktsiyalar bermaydi;
benzol qo'shilish reaktsiyalari emas, balki almashtirish bilan tavsiflanadi;
Kekule formulasi haqiqiy benzol molekulasida yuzaga keladigan uglerod atomlari orasidagi masofalar tengligini tushuntirib bera olmaydi.

Ushbu qiyinchilikdan chiqish uchun Kekule benzolda qo'sh bog'larning uzluksiz harakati borligini tan oldi.

Zamonaviy fizik va kvant tadqiqot usullaridan foydalanish benzolning tuzilishi haqida har tomonlama tushuncha yaratish imkonini berdi.

Benzol molekulasidagi uglerod atomlari ikkinchi valentlik holatida (sp 2). Har bir uglerod atomi ikkita boshqa uglerod atomi va bitta tekislikda yotgan bitta vodorod atomi bilan bog'lanadi. Uchta bog'lanish orasidagi bog'lanish burchaklari 120 ° dir. Shunday qilib, barcha oltita uglerod atomlari bir tekislikda yotib, muntazam olti burchakni hosil qiladi (1-rasm):

Guruch. 1. -bog'lanishlarning hosil bo'lish sxemasi
benzol molekulasida

Har bir uglerod atomida bitta gibrid bo'lmagan p orbital mavjud. Bunday oltita orbital -bog' tekisligiga perpendikulyar va bir-biriga parallel joylashgan (2-rasm). Oltita p-elektronning barchasi bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi va bitta elektron bulutini hosil qiladi. Shunday qilib, benzol molekulasida dumaloq konjugatsiya sodir bo'ladi. Ushbu konjugatsiyalangan tizimdagi eng yuqori elektron zichligi halqa tekisligidan yuqorida va pastda joylashgan (3-rasm):

Barcha oltita uglerod atomlarining 2p orbitallarining bir xilda bir-biriga mos kelishi natijasida bitta va qo'sh bog'larning "moslashuvi" sodir bo'ladi - bog'lanish uzunligi 0,139 nm. Bu qiymat alkanlardagi bitta bog'ning uzunligi (0,154 nm) va alkenlardagi qo'sh bog'ning uzunligi (0,133 nm) o'rtasidagi oraliq qiymatdir. Ya'ni, benzol molekulasida klassik qo'sh va bitta bog'lanish yo'q.

Dairesel konjugatsiya 150 kJ/mol energiya ortishi beradi. Bu qiymat konjugatsiya energiyasini - benzolning aromatik tizimini buzish uchun sarflanishi kerak bo'lgan energiya miqdorini tashkil qiladi.

Ushbu elektron struktura benzolning barcha xususiyatlarini tushuntiradi. Xususan, nega benzolni qo'shish reaktsiyalariga kirish qiyin - bu konjugatsiyaning buzilishiga olib keladi. Bunday reaktsiyalar og'ir sharoitlarda mumkin.

Hozirgi vaqtda benzol molekulasini uning haqiqiy xususiyatlarini hisobga olgan holda grafik tasvirlashning yagona usuli yo'q. Ammo benzol molekulasidagi elektron zichligining bir xilligini ta'kidlash uchun ular quyidagi formulalarga murojaat qilishadi:

Shuningdek, ular Kekule formulasidan foydalanadilar, uning kamchiliklarini yodda tutadilar.

Benzolning xossalari to'plami odatda aromatiklik deb ataladi. Umuman olganda, aromatiklik fenomeni nemis fizigi Gyukkel tomonidan ishlab chiqilgan: birikma aromatik xususiyatga ega bo'lishi kerak, agar uning molekulasida (4n + 2) elektronli tekis halqa bo'lsa, bu erda n 0, 1, 2 qiymatlarni qabul qilishi mumkin, 3 va hokazo. Ushbu qoidaga ko'ra, 6, 10, 14 elektrondan iborat tizimlar aromatikdir.

Bunday birikmalarga naftalin (n=2) va antrasen (n=3) misol boʻla oladi.

Benzolning tuzilishini ko'rib chiqqandan so'ng, biz talabalar bilan savollarga javoblarni muhokama qilamiz:

Benzolni to'yinmagan uglevodorodlar deb tasniflash mumkinmi? Javobingizni asoslang.
Benzol uglevodorodlarning qaysi sinfiga kiradi?
“Aromatik birikma” atamasi nimani anglatadi?
Qanday uglevodorodlar aromatik deb ataladi?

Keyin talabalarni “aromatik birikmalar” atamasining kelib chiqishi bilan tanishtiraman. Sizga shuni ma'lum qilamanki, bu nom kimyo rivojlanishining dastlabki davrida paydo bo'lgan. Aniqlanishicha, benzol birikmalari ayrim yoqimli hidli (aromatik) moddalar – tabiiy smolalar va balzamlarni distillash jarayonida olinadi. Biroq, aromatik birikmalarning aksariyati hidsiz yoki yoqimsiz hidga ega. Ammo bu atama kimyoda saqlanib qolgan. Aromatik uglevodorodlar (arenlar) - molekulalarida bir yoki bir nechta benzol halqalari - maxsus bog'lanish xususiyatiga ega bo'lgan uglerod atomlarining tsiklik guruhlari bo'lgan moddalar.

Keyinchalik talabalar o'quv adabiyotlari bilan ishlash orqali benzolning fizik xossalari bilan tanishadilar. Ular benzolning suyuqlik ekanligini va bug 'holatida ham bo'lishi mumkinligini bilishadi (hidni tekshirish paytida). Talabalarni qattiq shakldagi benzol bilan tanishtiraman. Benzolning erish nuqtasi 5,5°C. Ushbu ma'lumotlarga asoslanib, men suyuq benzolning oq kristall massaga aylanishini ko'rsataman. Buning uchun qor yoki muz bilan to'ldirilgan idishga probirkaga 4-5 ml benzol solaman. Bir necha daqiqadan so'ng o'quvchilar benzolning agregatsiya holatining o'zgarishini kuzatadilar. Kuzatishlar asosida talabalar bu modda molekulyar kristall panjaraga ega bo'lishi kerakligini ta'kidlaydilar.

O‘quvchilar e’tiborini benzol o‘ta zaharli modda ekanligiga qarataman. Uning bug'larini nafas olish bosh aylanishi va bosh og'rig'iga sabab bo'ladi. Benzolning yuqori konsentratsiyasida ongni yo'qotish holatlari mumkin. Uning bug'lari ko'z va shilliq pardalarni bezovta qiladi.

Suyuq benzol teri orqali tanaga osongina kirib boradi, bu esa zaharlanishga olib kelishi mumkin. Shuning uchun benzol va uning gomologlari bilan ishlash alohida e'tibor talab qiladi.

Chekishning zararini tushuntirish uchun "Benzol" mavzusidagi materialdan foydalanaman. Tamaki tutunidan olingan smolaga o'xshash moddani o'rganish shuni ko'rsatdiki, uning tarkibida nikotindan tashqari, benzopiren kabi aromatik uglevodorodlar mavjud.

kuchli kanserogen xususiyatlarga ega, ya'ni bu moddalar saraton qo'zg'atuvchisi sifatida ishlaydi. Tamaki smolasi teri va o'pka bilan aloqa qilganda saraton o'smalarining paydo bo'lishiga olib keladi. Chekuvchilarda lab, til, halqum va qizilo‘ngach saratoni rivojlanishi ehtimoli ko‘proq. Ular angina pektorisi va miyokard infarktidan ko'proq azoblanadi. Shuni ta'kidlaymanki, chekuvchi zaharli moddalarning taxminan 50 foizini atrofdagi kosmosga chiqaradi va o'z atrofida tezda bosh og'rig'i, ko'ngil aynishi, umumiy buzuqlik paydo bo'ladigan, keyin esa surunkali kasalliklar rivojlanishi mumkin bo'lgan "passiv chekuvchilar" halqasini yaratadi.

Dars oxirida men quyidagi savollar bo'yicha frontal so'rov o'tkazaman:

Uy vazifasi: 55-58-bet, 61-bet No 1, 2 E. E. Nifantiyev, L. A. Tsvetkovaning "Kimyo 10-11" darsligi bo'yicha.

Kimyoviy tuzilishi

Benzol molekulasidagi uglerod atomlari, odatda, cho'zilgan holda chizilgan bo'lsa-da, muntazam tekis olti burchakni hosil qiladi.

Benzol molekulasining tuzilishi nihoyat uning asetilendan hosil bo'lish reaksiyasi bilan tasdiqlandi. Strukturaviy formulada uchta bitta va uchta ikkita o'zgaruvchan uglerod-uglerod aloqalari tasvirlangan. Ammo bunday tasvir molekulaning haqiqiy tuzilishini bildirmaydi. Haqiqatda, benzoldagi uglerod-uglerod aloqalari ekvivalentdir va ular bitta yoki qo'sh bog'lanishlardan farqli xususiyatlarga ega. Bu xususiyatlar benzol molekulasining elektron tuzilishi bilan izohlanadi.

Benzolning elektron tuzilishi

Benzol molekulasidagi har bir uglerod atomi sp 2 gibridlanish holatidadir. U ikkita qo'shni uglerod atomi va vodorod atomi bilan uchta y-bog' bilan bog'langan. Natijada, tekis olti burchak hosil bo'ladi: barcha oltita uglerod atomlari va barcha y-bog'lar C--C va C--H bir tekislikda yotadi. Gibridlanishda ishtirok etmaydigan to'rtinchi elektronning (p-elektron) elektron buluti gantel shakliga ega va benzol halqasi tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan. Qo'shni uglerod atomlarining bunday p-elektron bulutlari halqa tekisligidan yuqorida va pastda bir-biriga yopishadi. Natijada, oltita p-elektron umumiy elektron bulutini va barcha uglerod atomlari uchun yagona kimyoviy bog'lanishni hosil qiladi. Y-bog' tekisligining har ikki tomonida katta elektron tekislikning ikkita hududi joylashgan.

p-elektron buluti uglerod atomlari orasidagi masofaning qisqarishiga olib keladi. Benzol molekulasida ular bir xil va 0,14 nm ga teng. Bir va qo'sh bog'lanish holatida bu masofalar mos ravishda 0,154 va 0,134 nm bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, benzol molekulasida bitta yoki qo'sh bog'lar mavjud emas. Benzol molekulasi bir xil tekislikda yotgan bir xil CH-guruhlarning olti a'zoli barqaror tsiklidir. Benzoldagi uglerod atomlari orasidagi barcha bog'lanishlar ekvivalentdir, bu benzol halqasining xarakterli xususiyatlarini aniqlaydi. Buni ichida aylana (I) bo'lgan muntazam olti burchakli shaklidagi benzolning struktura formulasi eng aniq aks ettiradi. (Doira uglerod atomlari orasidagi bog'larning ekvivalentligini anglatadi.) Biroq, Kekulening qo'sh aloqalarni (II) ko'rsatadigan formulasi ham tez-tez ishlatiladi.

Aromatik uglevodorodlar– uglerod va vodorod birikmalari, ularning molekulasida benzol halqasi mavjud. Aromatik uglevodorodlarning eng muhim vakillari benzol va uning gomologlari - benzol molekulasidagi bir yoki bir nechta vodorod atomlarini uglevodorod qoldiqlari bilan almashtirish mahsulotlari.

Benzol molekulasining tuzilishi

Birinchi aromatik birikma - benzol 1825 yilda M. Faraday tomonidan kashf etilgan. Uning molekulyar formulasi aniqlangan - C 6 H 6. Agar uning tarkibini bir xil miqdordagi uglerod atomlari - geksan (C 6 H 14) bo'lgan to'yingan uglevodorod tarkibi bilan solishtirsak, benzolda sakkizta kam vodorod atomi borligini ko'rishimiz mumkin. . Ma'lumki, bir nechta bog'lanish va tsikllarning paydo bo'lishi uglevodorod molekulasidagi vodorod atomlari sonining kamayishiga olib keladi. 1865 yilda F.Kekule uning struktur formulasini siklogeksantrien - 1, 3, 5 sifatida taklif qildi.

Shunday qilib, mos keladigan molekula Kekule formulasi, er-xotin bog'larni o'z ichiga oladi, shuning uchun benzol to'yinmagan bo'lishi kerak, ya'ni u osonlikcha qo'shilish reaktsiyalariga kirishishi kerak: gidrogenlash, bromlash, hidratsiya va boshqalar.

Biroq, ko'plab tajribalar ma'lumotlari shuni ko'rsatdiki, benzol qo'shimcha reaktsiyalarga faqat og'ir sharoitlarda (yuqori harorat va yorug'lik sharoitida) kiradi va oksidlanishga chidamli. Uning uchun eng xarakterli reaktsiyalar almashtirish reaktsiyalaridir, shuning uchun benzol chegaraviy uglevodorodlarga xarakterga ko'ra yaqinroqdir.

Ushbu nomuvofiqliklarni tushuntirishga harakat qilib, ko'plab olimlar benzolning tuzilishi uchun turli xil variantlarni taklif qilishdi. Benzol molekulasining tuzilishi nihoyat uning asetilendan hosil bo'lish reaksiyasi bilan tasdiqlandi. Haqiqatda, benzoldagi uglerod-uglerod aloqalari ekvivalent bo'lib, ularning xossalari bitta yoki qo'sh bog'lanishlarga o'xshamaydi.

Hozirgi vaqtda benzol Kekule formulasi yoki aylana tasvirlangan olti burchak bilan belgilanadi.

Xo'sh, benzolning tuzilishining o'ziga xos xususiyati nimada? Tadqiqotchilarning ma'lumotlari va hisob-kitoblariga asoslanib, oltita uglerod atomining hammasi bir holatda bo'lgan degan xulosaga keldi. sp 2 -gibridlanish va bir tekislikda yotish. Gibridlanmagan p-qo'sh bog'larni tashkil etuvchi uglerod atomlarining orbitallari (Kekule formulasi) halqa tekisligiga perpendikulyar va bir-biriga parallel.

Ular bir-birining ustiga chiqib, bitta p-tizimni hosil qiladi. Shunday qilib, Kekule formulasida tasvirlangan o'zgaruvchan qo'sh bog'lanishlar tizimi konjugatsiyalangan, bir-biriga yopishgan bog'lanishlarning tsiklik tizimidir. Bu tizim benzol halqasining har ikki tomonida joylashgan elektron zichlikdagi ikkita toroidal (donutsimon) mintaqadan iborat. Shunday qilib, benzolni siklogeksatrien-1,3,5 ko'rinishidan ko'ra markazida aylana bo'lgan muntazam olti burchakli (p-tizim) sifatida tasvirlash mantiqan to'g'ri keladi.

Amerikalik olim L. Pauling benzolni elektron zichligi taqsimotida farq qiluvchi va doimiy ravishda bir-biriga aylantiradigan ikkita chegara tuzilmasi shaklida ifodalashni taklif qildi, ya'ni uni ikki strukturaning "o'rtacha" oraliq birikmasi deb hisoblaydi.

Bog'lanish uzunligi o'lchovlari bu taxminlarni tasdiqlaydi. Benzoldagi barcha C-C bog'lari bir xil uzunlikka (0,139 nm) ega ekanligi aniqlandi. Ular bitta C-C aloqalaridan (0,154 nm) biroz qisqaroq va qo'sh bog'lardan (0,132 nm) uzunroqdir.

Molekulalarida bir nechta siklik tuzilmalarni o'z ichiga olgan birikmalar ham bor.

Izomeriya va nomenklatura

Benzol gomologlari bilan xarakterlanadi bir nechta o'rinbosarlarning pozitsiyasining izomeriyasi. Benzolning eng oddiy gomologi - toluol (metilbenzol) - bunday izomerlarga ega emas; Quyidagi gomolog to'rtta izomer sifatida taqdim etiladi:

Kichik o'rinbosarlari bo'lgan aromatik uglevodorod nomining asosini so'z tashkil qiladi benzol. Aromatik halqadagi atomlar eng yuqoridan eng past o'rinbosargacha raqamlangan:

Eski nomenklaturaga ko'ra, 2 va 6 pozitsiyalari chaqiriladi ortopozlar, 4 - juft-, va 3 va 5 - meta-qoidalar.

Jismoniy xususiyatlar
Oddiy sharoitlarda benzol va uning eng oddiy gomologlari xarakterli yoqimsiz hidga ega bo'lgan juda zaharli suyuqliklardir. Ular suvda yomon eriydi, lekin organik erituvchilarda yaxshi eriydi.

Benzolning kimyoviy xossalari

Almashtirish reaksiyalari. Aromatik uglevodorodlar almashtirish reaksiyalariga uchraydi.
1. Bromlanish. Brom bilan katalizator, temir bromid (II) ishtirokida reaksiyaga kirishganda, benzol halqasidagi vodorod atomlaridan biri brom atomi bilan almashtirilishi mumkin:

2. Benzol va uning gomologlarini nitrlash. Aromatik uglevodorod sulfat kislota ishtirokida nitrat kislota bilan oʻzaro taʼsirlashganda (sulfat va nitrat kislotalar aralashmasi nitratlovchi aralashma deyiladi), vodorod atomi nitroguruhi -NO2 bilan almashtiriladi:

Ushbu reaksiyada hosil bo'lgan nitrobenzolni kamaytirish orqali anilin bo'yoqlarini olish uchun ishlatiladigan modda - anilin olinadi:

Bu reaksiya rus kimyogari Zinin sharafiga nomlangan.
Qo'shilish reaktsiyalari. Aromatik birikmalar, shuningdek, benzol halqasiga qo'shilish reaktsiyalarini ham boshdan kechirishi mumkin. Bunday holda siklogeksan yoki uning hosilalari hosil bo'ladi.
1. Gidrogenatsiya. Benzolning katalitik gidrogenlanishi alkenlarning gidrogenlanishiga qaraganda yuqori haroratda sodir bo'ladi:

2. Xlorlash. Reaktsiya ultrabinafsha nurlar bilan yoritilganda sodir bo'ladi va erkin radikaldir:

Benzol gomologlari

Ularning molekulalarining tarkibi C n H 2 n-6 formulasiga mos keladi. Benzolning eng yaqin gomologlari:

Benzolning toluoldan keyingi barcha gomologlari izomerlarga ega. Izomeriya o'rinbosarning soni va tuzilishi (1, 2) bilan ham, benzol halqasidagi (2, 3, 4) o'rinbosarning holati bilan ham bog'lanishi mumkin. C 8 H 10 umumiy formulali birikmalar:

Benzol halqasida ikkita bir xil yoki turli o'rinbosarlarning nisbiy joylashishini ko'rsatish uchun ishlatiladigan eski nomenklaturaga ko'ra, prefikslar ishlatiladi. orto- (qisqartirilgan o-) - o'rinbosarlar qo'shni uglerod atomlarida joylashgan, meta-(m-) – bitta uglerod atomi orqali va juft— (P-) – o‘rinbosarlar bir-biriga qarshi.
Benzolning gomologik qatorining birinchi a'zolari o'ziga xos hidli suyuqliklardir. Ular suvdan engilroq. Ular yaxshi erituvchilardir.

Benzol gomologlari reaksiyaga kirishadi almashtirishlar ( bromlanish, nitrlash). Toluol qizdirilganda permanganat bilan oksidlanadi:

Benzol gomologlari bo'yoqlar, o'simliklarni himoya qilish vositalari, plastmassalar va dori-darmonlarni ishlab chiqarish uchun erituvchi sifatida ishlatiladi.

5-ma'ruza uchun tarqatma

5-ma'ruza

AROMATIK uglevodorodlar

ASOSIY SO‘ZLAR: aromatik uglevodorodlar, arenlar, sp2-gibridlanish, yagona p-elektron buluti, doiraviy konjugatsiya, ion almashinish reaksiyasi mexanizmi, elektrofil o‘rnini bosish, nitrlash, galogenlash, Fridel-Krafts alkillash, alkenlar bilan alkillash, gidrogenlash, oksidlanish.

BENZOL MOLEKULASINING TUZILISHI. AROMATLIK

Aromatik uglevodorodlar (arenlar) - molekulalarida bir yoki bir nechta benzol halqalari bo'lgan uglevodorodlar.

Aromatik uglevodorodlarning eng oddiy vakili benzol bo'lib, uning molekulyar formulasi C 6 H 6 dir. Benzol molekulasidagi barcha uglerod atomlari bir tekislikda yotib, muntazam oltiburchak hosil qilishi aniqlangan (1-rasm). Har bir uglerod atomi bitta vodorod atomiga bog'langan. Barcha uglerod-uglerod aloqalarining uzunligi bir xil va 0,139 nm ni tashkil qiladi.

Formulalar a) va b) 1865 yilda nemis kimyogari Avgust Kekule tomonidan taklif qilingan. Ular benzol molekulasining tuzilishini aniq etkaza olmasalar ham, ular bugungi kunda ham qo'llaniladi va Kekule formulalari deb ataladi.

Tarixiy jihatdan "aromatik uglevodorodlar" nomi tabiiy manbalardan birinchi bo'lib ajratilgan ko'plab benzol hosilalari yoqimli hidga ega bo'lganligi sababli paydo bo'lgan.

Hozirgi vaqtda "aromatiklik" tushunchasi, birinchi navbatda, moddalarning reaktivligining o'ziga xos xususiyatini anglatadi, bu esa, o'z navbatida, ushbu birikmalar molekulalarining strukturaviy xususiyatlari bilan belgilanadi.

Bu xususiyatlar qanday?

C 6 H 6 molekulyar formulasiga ko'ra, benzol to'yinmagan birikma bo'lib, u alkenlarga xos bo'lgan qo'shilish reaktsiyalariga duchor bo'lishini kutish mumkin. Biroq, alkenlar tez qo'shilish reaksiyalariga kirishadigan sharoitlarda benzol reaksiyaga kirishmaydi yoki sekin reaksiyaga kirishadi. Benzol to'yinmagan uglevodorodlarga xos xarakterli sifat reaksiyalarini bermaydi: u brom suvi va kaliy permanganatning suvli eritmasini rangsizlantirmaydi.

Reaktivlikning bu tabiati aromatik halqada konjugatsiyalangan tizim mavjudligi bilan izohlanadi - bitta p- elektron bulut.

Benzol molekulasida har bir uglerod atomi holatda bo'ladi sp 2-gibridlanish va uchta bilan bog'liq s-ikki uglerod atomi va bitta vodorod atomi bilan bog'lanish. Uglerod atomining to'rtinchi valent elektroni joylashgan p-molekula tekisligiga perpendikulyar orbital. Benzol molekulasida lateral qoplama sodir bo'ladi R-har bir uglerod atomining orbitallari bilan R-har ikkala qo'shni uglerod atomlarining orbitallari (2-rasm). Ushbu bog'lanish natijasida a yagona p-elektron buluti, benzol halqasining tekisligidan yuqorida va pastda joylashgan - amalga oshiriladi dumaloq do'st.

Olti elektronning umumiy bulutiga ega bo'lgan bunday tsiklik tizim juda barqaror va energetik jihatdan qulaydir; Shuning uchun benzol aromatik halqa saqlanadigan reaktsiyalarga afzallik beriladi.

Guruch. 2. Benzol molekulasining elektron tuzilishi: a) qoplama sxemasi R-orbitallar; b) bitta p-elektron buluti.

Yana bir bor ta'kidlab o'tamizki, benzol molekulasida uchta qo'sh va uchta bitta bog'lanishni ajratib bo'lmaydi. Elektron zichligi molekulada teng taqsimlangan va uglerod atomlari orasidagi barcha bog'lanishlar aynan bir xil bo'ladi. Shuning uchun, biz ko'pincha benzolni tasvirlash uchun ishlatiladigan Kekule formulasi o'zboshimchalik bilan ekanligini va uning molekulasining haqiqiy tuzilishini aks ettirmasligini yodda tutishimiz kerak.

Shunday qilib, aromatik birikmalar molekulalarida maxsus bog'lanish xususiyatiga ega bo'lgan barqaror tsiklik guruh mavjud bo'lganlardir. To'yinmaganlikning yuqori darajasini ko'rsatadigan molekulyar formulaga ega bo'lgan bu moddalar to'yinmagan sifatida reaksiyaga kirishmaydi, lekin aromatik tizimni saqlab, asosan almashtirish reaktsiyalariga kiradi.

Benzol gomologlari,

IZOMERIA, NOMENCLATURA

Aromatik uglevodorodlarning gomologik qatorining umumiy formulasi C n H 2 n -2 dir.

Benzolning eng yaqin gomologi metilbenzoldir. Ko'pincha ular uning ahamiyatsiz nomi - toluoldan foydalanadilar:

Benzol va toluol aromatik izomerlarga ega emas. Bu moddalar faqat xarakterlanadi sinflararo izomeriya. Shunday qilib, molekulada ikkita uch yoki ikkita qo'sh va bitta uch aloqani o'z ichiga olgan konvertatsiya qilinmaydigan tsiklik bo'lmagan uglevodorodlar C 6 H 6 molekulyar formulasiga mos keladi va shuning uchun benzolga izomerdir, masalan:

Sakkiz uglerod atomiga ega arenlardan boshlab, izomeriya ehtimoli yuzaga keladi. uglevodorod radikallarining tarkibi va nisbiy joylashishi. Agar benzol halqasiga ikkita o'rinbosar ulangan bo'lsa, u holda ular bir-biriga nisbatan uch xil holatda bo'lishi mumkin: yonma-yon (bu pozitsiya prefiks bilan belgilanadi. orto-), bitta uglerod atomi orqali ( meta-) va bir-biriga qarama-qarshi ( juft-). Strukturaviy formulalari quyida izomerlari berilgan dimetilbenzol arzimas nomga ega. ksilen

Shunday qilib, C 8 H 8 molekulyar formulasi to'rtta izomerik aromatik uglevodorodlarga mos keladi:

Dars turi: yangi materialni o'rganish darsi.

Dars turi: muammoli ma'ruza.

Darsning asosiy didaktik maqsadi: o'quv materialining mazmunini barcha talabalar tomonidan tushunishga erishish.

Darsning o'quv maqsadlari:

uglevodorodlar haqidagi bilimlarni chuqurlashtirish;
talabalarni benzoldan misol tariqasida ushbu birikmalar guruhiga xos bo‘lgan yangi turdagi kimyoviy bog‘lanishlar bilan tanishtirish; aromatiklik tushunchasini bering;

Darsning rivojlanish maqsadlari:

o'quvchilarda o'quv materialidagi asosiy, muhim narsalarni ajratib ko'rsatish, taqqoslash, umumlashtirish va tizimlashtirish, sabab-oqibat munosabatlarini o'rnatish qobiliyatini rivojlantirish;
shaxsning kuchli irodali va hissiy fazilatlarini rivojlantirishga ko'maklashish;
Talabalarning mavzuga qiziqishini va nutqini rivojlantirishga alohida e'tibor bering.

Darsning tarbiyaviy maqsadlari: dunyoqarash g'oyalarini shakllantirishga yordam berish:

dunyoning moddiyligi;
bilish jarayonining uzluksizligi.

Dars jihozlari:

reaktivlar: benzol, KMnO 4 eritmasi, bromli suv;
benzol molekulasining shar va tayoq modeli (Kekule bo'yicha);
qo'llab-quvvatlovchi eslatmalar, jadvallar.

Darslar davomida

Dars uchun epigraf:

"Ta'lim bilim miqdori bilan bog'liq emas,
lekin hamma narsani to'liq tushunish va mohirona qo'llashda
nima bilasiz."
A. Disterveg.

Oxirgi darsda men ularga moddaning formulasini topish va o'rganilayotgan sinflarning moddalarini xarakterlash masalalarini echishni takrorlashni so'radim.

Moddaning molekulyar formulasini topishga doir masalalar yechamiz va hosil bo‘lgan tarkibga mos keladigan moddalarni xarakterlaymiz.

Doskaga:

1+2 talabalar (kartalar yordamida masalalar yechish).

1-sonli topshiriq

Tarkibida 82,75% uglerod va 17,25% vodorod bo‘lgan moddaning formulasini tuzing. Ushbu moddaning havodagi nisbiy bug 'zichligi 2 ga teng.

2-sonli topshiriq

Uglerodning massa ulushi 85,7% va vodorod 14,3% bo'lgan uglevodorodning molekulyar formulasini aniqlang. Moddaning vodorodga nisbatan nisbiy zichligi 28 ga teng.

Doskada sinf + talaba:

3-sonli topshiriq

Uglerodning massa ulushi 93,2% bo'lgan moddaning molekulyar formulasi qanday? Vodorodning nisbiy zichligi 39 ga teng.

Javob: C6H6 haqiqiy formula

Uchinchi masalani hal qilishda biz C6H6 kompozitsiyasini oldik. Ushbu moddani uglevodorodlarning ma'lum sinflaridan qaysi biri bilan tasniflash mumkin?

Biz ushbu moddani uglevodorodlarning o'rganilgan sinflarining birortasiga ham kiritishimiz mumkin emas.

Demak, biz birgalikda hal qilishimiz kerak bo'lgan muammo! Bugun biz Aromatiklar deb ataladigan yangi uglevodorodlar guruhi bilan tanishamiz.

DARS MAVZU: Aromatik uglevodorodlar (arenlar). Benzol. Molekula tuzilishi.

Bugungi kundagi asosiy vazifalarimiz:

Uglevodorodlar haqidagi bilimlarni chuqurlashtirish, organik birikmalarning xilma-xilligi haqidagi tushunchalarni kengaytirish.
Ushbu uglevodorodlar guruhiga xos bo'lgan yangi turdagi kimyoviy bog'lanishlar bilan tanishing.

Ma'ruza mazmuni:

Arenalar uglevodorodlar sinflaridan biridir.
Benzolning kashf etilishi tarixi.
Benzol molekulasining tuzilishi.
a) Kekul bo'yicha benzolning tuzilishi;
b) benzolning elektron tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalar;
v) aromatik yadro va bir yarim bog lanish tushunchasi.

D/z s. 51-53, ma'ruza matnlarini to'ldiring.

Bugun darsda biz aromatiklar yoki arenlar deb ataladigan yangi uglevodorodlar guruhi bilan tanishamiz.

Aromatik Bu uglevodorodlar birinchi ma'lum bo'lgan vakillari yoqimli bo'lganligi sababli nomlangan hid. Keyinchalik ma'lum bo'lishicha, moddalarning aksariyati kimyoviy jihatdan xususiyatlari bir xil guruhga tegishli va aromatik hidga ega emas. Biroq, bu birikmalarning tarixan o'rnatilgan umumiy nomi ular bilan bugungi kungacha saqlanib qolgan.

Aromatik uglevodorodlarning eng oddiy vakili benzoldir.

Uglevodorodlarning oldingi sinflari sabab-oqibat munosabatlari asosida o'rganilgan: tarkibi – tuzilishi – xossalari – qo‘llanilishi. Biz hozir ham xuddi shu mantiqiy tamoyilni saqlab qolamiz.

Murakkab moddalar biz o'rnatilgan– C 6 H 6 . Bu benzol. Benzol ham uglevodorod, lekin muhokama qilinganlardan tubdan farq qiladigan uglevodorod. Benzol nima?

Keling, benzolning kashf etilishi tarixini bilib olaylik. (Talabalar xabarlari).

1-talaba.

1825 yilda M. Faraday o'sha paytda Angliyada ko'mirdan ishlab chiqarilgan yorug'lik gazidan uglerod va vodoroddan iborat suyuqlikni ajratib oldi. Bir necha yil o'tgach (1834 yilda)

E.Mitsherlix benzoy kislotasini distillashda Faradaynikiga oʻxshash moddani oldi, benzoy kislotasi bilan genetik bogʻliqligini taʼkidlash maqsadida uni benzin deb atadi va uning elementar tarkibi C 6 H 6 (anglosakson mamlakatlarida bu nom) ekanligini aniqladi. hali ham benzol uchun saqlanadi).

Keyinchalik J.Libig bu birikmaga ildizli nom - benzol berishni tavsiya qildi (oxirgi - ol lotincha oleim - moydan olingan uning moyli xususiyatini bildiradi). 1845 yilda A.V.Xoffman birinchi marta ko'mir smolasidan benzolni ajratib oldi.

2-talaba.

Benzolning aromatik birikma sifatida tuzilishi nazariyasining "tug'ilgan kuni" 1865 yil 27 yanvarda, Parij kimyo jamiyati byulletenida "Aromatik moddalar konstitutsiyasi" to'g'risidagi ma'lumotlar e'lon qilingan kun.

Keling, keyingi bosqichga o'tamiz: Benzol molekulasining tuzilishini aniqlaymiz. Biz allaqachon aniqlaganimizdek, benzolni uglevodorodlarning ma'lum sinflaridan biri sifatida tasniflash mumkin emas. Ammo keling, uning formulasining qanday variantlari bo'lishi mumkinligini tasavvur qilishga harakat qilaylik:

Ikki va uch bog'lanish holatida farq qiluvchi izomerlarni ham topishingiz mumkin.

Endi bizda nima deyiladi ishlaydigan gipoteza. Keling, buni tekshirishga harakat qilaylik. Agar biz taklif qilayotgan tuzilmalardan birining to'g'riligini isbotlay olsak, gipoteza nazariyaga aylanadi, bo'lmasa, biz ko'proq o'ylaymiz.

Juda ham bor oddiy reaktsiya qaysi imkon beradi mavjudligini tez va ishonchli tarzda o'rnatish ikki yoki uch tomonlama aloqalar to'yinmagan uglevodorodlarda. Qaysi?

Bu bir nechta bog'lanishlarda brom qo'shilishi. Agar 3-formulani to'g'ri deb hisoblasak, unda quyidagi birikma olinishi kerak: CH 2 Br-CHBr-CBr 2 -CBr 2 -CH 2 Br-CH 2 Br.

To'yinmagan uglevodorodni bromli suv bilan bir necha marta chayqash kifoya, va sariq eritma rangi o'zgaradi.

Namoyish tajribasi.

Benzolni bromli suv bilan silkiting - ta'siri yo'q!

Shunday qilib, bizning taxminlar noto'g'ri.

Siz benzol molekulasiga brom emas, balki qo'shishga harakat qilishingiz mumkin vodorod. Bizning sharoitimizda buni amalga oshirish mumkin emas. Ammo bu katalizator ustidagi maxsus qurilmada amalga oshirilsa, benzoldan formulaga ega uglevodorodni olish mumkin.

Agar siz unga bromli suv bilan harakat qilsangiz - reaktsiya salbiy. Keyin uglevodorod deb taxmin qilish qoladi BILAN6 N 12 yopiq tsiklik tuzilishga ega. Bu halqa oltita CH 2 guruhidan iborat:

Aftidan benzol Bir xil tsiklga ega tuzilishi. Va uning formulasi o'zini taklif qiladi:

Ikki tomonlama aloqalar bilanmi? Lekin bromli suv!???

Biz .. qilishimiz kerak faraz qilmoq bitta olti a'zoli halqada birlashgan uchta qo'sh bog'lanish qandaydir tarzda harakat qiladi yangi usulda.

Benzolning formulasi - uchta qo'sh bog'li olti burchakli - tasdiqlangan sintez benzol asetilendan. Uchta asetilen molekulasi bitta benzol halqasini hosil qiladi. Bunday holda, uchta asetilen bog'idan biri, xuddi boshqa molekulaning uglerod atomi bilan oddiy bog'lanishga o'tadi va ikkitasi qoladi. Natijada qo'sh va bitta bog'lanish almashinadi.

Bu yoki shunga o'xshash narsa, nemis kimyogari Fidrix Avgust Kekule 1865 yilda birinchi marta shunday xulosaga kelganida, shunday xulosaga kelgan edi. Benzol o'zgaruvchan qo'sh va bitta bog'lanishga ega bo'lgan olti burchakli.

Kekule formulasi bo'ron bilan kutib olindi bahslar, ko'p o'n yillar davomida pasaymagan. Haqiqatan ham, benzolning ba'zi xususiyatlari, bu formula yaxshi tushuntirib berdi, va ba'zilari unga qarama-qarshi.

Ma'lum bo'lishicha, benzol hali ham ma'lum sharoitlarda, halogenlarni qo'shing masalan, uchta qo'sh bog'lanish bo'ylab oltita xlor atomi. Ammo boshqa tomondan, atomlar vodorod benzolda juda oson bo'lishi mumkin almashtirildi boshqa guruhlarga (bu haqda keyinroq gaplashamiz). Bu qobiliyat kompleksdagi benzolning asosiy xususiyatlaridan biri bo'lib, u deyiladi aromatiklik. Xushbo'ylik (ya'ni qobiliyat vodorod atomlarini almashtirish oson) Kekule formulasi bilan hech qanday izohlanmaydi. Keyinchalik. Ushbu formuladan kelib chiqqan holda, har bir o'zaro almashtirilgan benzol uchun mavjud bo'lishi kerak ikkita izomer. Masalan, orto-ksilen uchun bu izomerlar:

Haqiqatan ham hech kim ajrata olmadi orto-ksilenning ikkita izomeri. Benzolning tuzilishi nazariyasini yaratuvchisi o'z formulasiga "aniqliklar" kiritishi kerak edi. Kekule bu dublni taklif qildi ulanishlar himoyalanmagan benzolda va har doim harakatlanuvchi.

Munozara benzol tuzilishi nazariyasi atrofida to'xtadi bir necha o'n yillar oldin. Nima haqidagi zamonaviy g'oyalar elektron tuzilishi benzol?

Nemis kimyogari E. Xyuckel aromatik birikmalarga kvant mexanik nazariyasini qo'lladi va har bir uglerod atomi SP² gibridlangan holatda ekanligini ko'rsatdi. Bu nima degani?

Sinf(doskada o'quvchi).

Har bir uglerodning to'rtta elektronidan bitta S va ikkita P elektron uchta butunlay bir xil SP² - gibrid orbitallarni hosil qiladi, ular bir tekisda bir-biriga 120 ° burchak ostida yotadilar. Ushbu orbitallardan ikkitasi qo'shni ikkita uglerodning bir xil orbitallari bilan bir-biriga yopishish uchun ishlatiladi va bittasi vodorod atomi bilan hosil bo'ladi.

Bu elektronlarning barchasi hosil bo'ladi benzolning elektron yadrosi.

Har bir uglerod atomining tepasida va ostida joylashgan hajmi sakkiz P - elektron.

Endi tasavvur qilaylik, benzol halqasida sakkiz juft P elektron bor "tomonlarni" bir-biriga yopish bular. uchta qo'sh bog' hosil qiladi. Bu Kekule formulasi bilan qog'ozda tasvirlangan benzolning elektron modeli. (to'p va tayoq modelini ko'rsatish).

Agar Kekule formulasi to'g'ri bo'lsa, unda masofa Ikki qo'shni uglerod atomlari orasidagi benzol molekulasida har xil bo'lishi kerak: 0,154 nm p-bulutlari bir-birining ustiga chiqmaydigan atomlar orasidagi va 0,133 nm bog'langan uglerodlar o'rtasida P- aloqa.

Ammo benzolni fizik usullar bilan o'rganish shuni ko'rsatdiki, molekuladagi barcha masofalar mutlaqo bir xil va C - C aloqasining uzunligi tengdir. 0,140 nm, bular. bitta va qo'sh obligatsiyalar uzunligi orasidagi o'rtacha qiymat. Har bir elektron sakkizta orbital deb taxmin qilish mantiqan to'g'ri teng ravishda bir-biriga mos tushadi va bir vaqtning o'zida ikkita qo'shnining bir xil sakkiztasi bilan.

Molekula tekisligiga proyeksiya qilinganda, bu elektron bulutlar paydo bo'ladi bir-biriga yopishgan doiralar(jadvalda ko'rsatilgan). Molekula uchta alohida hosil qilmaydi P- ulanishlar va birlashgan P- elektron tizim barcha uglerod atomlari uchun umumiy oltita elektrondan iborat. Bu molekula uchun umumiy ta'siri ostida P- elektron bulut va masofa qisqaradi uglerod atomlari orasida 0,154 dan 0,140 nm gacha.

Benzol molekulasining masshtabli (hajmli) modeli jadvalda (ko'rsatuv) keltirilgan. Elektron zichligi molekulada teng taqsimlanganligi sababli, C atomlari orasidagi barcha bog'lanishlar aynan bir xil bo'lib chiqadi.

Shunday qilib, kimyoviy kommunikatsiyalar benzolda, bitta yoki ikkita emas, balki ular aytganidek bir yarim, tabiatda oraliq. Bu ulanishlar ham deyiladi aromatik, Ular kuchliroq P- ulanishlar(shuning uchun brom suvi rangsizlanmaydi - brom atomlari qo'shilmaydi).

Elektr taqsimotining bir xilligini ko'rsatish. Benzol molekulasidagi zichlik, uning strukturaviy formulasi ko'pincha shunday tasvirlangan doira bilan olti burchakli ichida:

Ushbu tuzilish deyiladi benzol yoki aromatik yadro. Va aromatik halqani o'z ichiga olgan molekulalar tarkibidagi uglevodorodlar deyiladi aromatik uglevodorodlar.

Aslida, benzol molekulasining bu tuzilishi birinchi va ikkinchi tuzilmalarning strukturaviy xususiyatlarini o'z ichiga oladi va sifat jihatidan yangi tizimni ifodalaydi. Keling, biologik bilimlaringizga asoslanib, o‘xshatishni keltiraylik: ot va eshak duragaylari – xachir. Xachir ham otga, ham eshakka xos xususiyatlarni o'zida mujassam etgan, ammo o'ziga xos xususiyatlarga ega mutlaqo yangi hayvondir. Va shuning uchun, agar biz xachirni ko'rmagan odamga bu hayvonni tasvirlamoqchi bo'lsak, biz ot haqida, eshak haqida gapirib, keyin aytishimiz mumkin: xachir - bu o'rtadagi narsa.

Ammo hozir ham ular Kekule formulasini faqat shartli ravishda molekula tuzilishini etkazishini hisobga olgan holda ishlatadilar.

Keling, xulosa qilaylik:(bilimlarni mustahkamlash)