Глава 7. ароматические углеводороды (арены)

В начале второй половины XIX в. ароматическими называли вещества, выделенные из природных душистых веществ – растительных смол, бальзамов, ладана, эфирных масел. Эти соединения противопоставляли алифатическим соединениям, к которым относили жиры и другие вещества. В настоящее время понятие ароматичности в химическом смысле не имеет никакого отношения к запаху. К ароматическим относят вещества, в молекулах которых имеется устойчивая циклическая группировка с особым характером связи. Химия ароматических соединений – это прежде всего химия бензола и его производных, а также производных нафталина, антрацена и др.

Строение бензола

Бензол C₆H₆ – простейший представитель ароматических углеводородов, был открыт Фарадеем в 1825 г. в светильном газе. В 1845 г. Гофман выделил его из каменноугольной смолы.

Ни одно из соединений не вызвало такого интереса исследователей, как бензол – это несложное по своему составу вещество.

Из многочисленных формул строения, предлагавшихся для бензола, наиболее удачной оказалась формула Кекуле (1865 г), согласно которой бензол представляет собой шестичленный циклический углеводород с тремя сопряженными двойными
связями:

Такая структура правильно отразила равноценность всех шести атомов водорода бензола и некоторые другие особенности этого вещества, в отличие от всех других предложенных.

Часто формулу Кекуле несколько упрощают для написания: не обозначая групп СН, изображают лишь шестиугольник с чередующимися одинарными или двойными связями:

В научной литературе теперь применяются новые обозначения бензольного ядра:

Круг в середине последней формулы обозначает выравненность электронных плотностей между углеродными атомами.

Номенклатура

Рациональные названия ароматических углеводородов обычно производят от названия «бензол», прибавляя название одного или несколько радикалов, которые замещают в молекуле бензола атомы водорода. Так, углеводороды:

Наряду с этим способом наименований иногда пользуются и другим: гомолог бензола рассматривают как производное углеводорода жирного ряда, в котором атом водорода замещен остатком бензола С₆Н₅, который называется фенилом. Тогда углеводород
С₆Н₅ – СН₃ по этому способу называется фенилметаном.

Некоторые гомологи бензола, широко применяющиеся в практике, имеют прочно укоренившиеся эмпирические названия. Так, например, метилбензол С₆Н₅–СН₃ называют толуолом; диметилбензол – С₆Н₄(СН₃)₂ – ксилолом.

Остатки ароматических углеводородов, их радикалы, носят общее название арилов по аналогии с названием остатков жирных углеводородов – алкилов.

Изомерия

В ряду ароматических соединений очень часто приходится встречаться с изомерией, зависящей от расположения двух и более заместителей относительно друг друга. Так в молекуле двузамещенного бензола два заместителя могут находиться в различных
положениях, давая три изомера:

1) заместители могут находиться у соседних атомов углерода: изомеры с таким расположением называются орто-изомерами;

2) заместители могут находиться у атомов углерода, разделенных еще одним атомом углерода: мета-изомеры;

3) заместители могут находиться у атомов углерода, разделенных двумя атомами углерода, т. е. расположенные по диагонали: пара-изомеры:

Для трехзамещенных бензола также возможны три различных порядка расположения заместителей:

1) все три заместителя могут быть расположены у трех соседних атомов углерода; изомер с таким расположением заместителей называется рядовым или вицинальным (V);

2) три заместителя могут быть расположены таким образом, что два из них находятся у соседних атомов углерода, а третий – в мета- положении по отношению к одному из них; такой изомер называется несимметричным (несим);

3) все три заместителя могут быть расположены в метаположении один к одному; такое расположение называется симметричным (симм).

Часто для обозначения положения заместителей нумеруют атомы углерода в бензольном кольце. Тогда О-диметилбензол будет называться 1,2-диметилбензолом, М-диметилбензол – 1,3-диметилбензолом, П-диметилбензол – 1,4-диметилбензолом, рядовой (вицинальный) триметилбензол – 1,2,3-триметилбензолом.