Современные представления о строении бензола

 

Рентгеноструктурный анализ кристаллов бензола обнаружил, что молекула бензола

• имеет плоское (планарное) строение

• правильный шестичленный цикл

|• углы между всеми связями равны 120

• длина всех связей С-С одинаковая, равна 1,39А и имеет среднее значение

между длиной одинарной связи 1,54А и длиной двойной связи 1,34.

 

Эти научные данные следует объяснить образованием общей электронной системы, состоящей из 6 электронов (ароматический секстет). Электронная плотность равномерно распределена между атомами углерода, которые находятся в sp²-гибридном состоянии. Максимум электронной плотности негибридизованных р-орбиталей находится над и под плоскостью бензольного кольца.

 

s-скелет лежит в плоскости

 

р_Z-АО (Sp²) располагаются перпендикулярно этой плоскости и параллельно друг другу, образуя единое делокализованное электронное облако из 6 электронов, максимум электронной плотности р-электронов располагается над и под плоскость s-скелета.

 

 

Образование общей π-электронной системы в бензоле относится к явлению делокализации.

Устойчивость бензола за счет делокализации электронов повышается на 36,6 ккал\моль(150 кдж\моль). Эта величина носит название - энергия делокализации

(энергия резонанса). Возникает повышенная термодинамическая устойчивость.

Повышенной термодинамической устойчивостью, а следовательно, и ароматическими свойствами обладают только те циклические соединения, которые имеют:

• плоское строение

• сопряженную систему связей

•число π; -электронов в сопряженной системе N(π) = 4n+2, где n-целое число 1,2,3.4 и т.д., получаются значения N= 6, 10, 14, 18 и т. д.

Формула N(π) = 4n+2 носит название «правило Хюккеля».

Ароматические свойства сохраняют гомологи и производные бензола, содержащие один или несколько заместителей в бензольном кольце.

Правило Хюккеля применимо и для полиядерных углеводородов с конденсированными циклами. К ним следует отнести нафталин

(10 π; -электронов, 5 двойных связей), изомеры фенантрен и антрацен (14 π; -электронов, 7 двойных связей). В отличие от бензола в этих циклах нет равномерного распределения электронной плотности.

 

Бензол	Нафталин
Фенантрен	Антрацен