Какие противоречия существуют между структурной формулой кекуле и свойствами бензола
Тема: «Строение, свойства бензола, его применение и получение»
10кл.
Учитель:МашееваЦ.Д.Цели урока:
I. Расширить знания учащихся об углеводородах — познакомить их с ароматическими углеводородами. Знать определение ароматических углеводородов, строение молекулы бензола, способы его получения и применения.
2. Уметь объяснять свойства бензола на основе его строения, записывать уравнения реакций, доказывающие химические свойства бензола. Уметь сравнивать химические свойства бензола со свойствами предельных и непредельных углеводородов. Иметь представление о ядохимикатах, условиях их использовали• в сельском хозяйстве на основе требований охраны природы.
3. Продолжить формирование мировоззренческих понятий: о причинно-следственной связи между составом, строением, свойствами и применением бензола; выявить общее и особенное на примере химических свойств бензола, раскрыть многообразие генетических связей между углеводородами.
По ходу урока демонстрация тех опытов, которые требуются по программе.
Ход урока
I. Повторение и обобщение.
1. Фронтальный опрос.
-Что представляют собой алкины.
— Строение.
— Свойства.
2. Работа у доски (2 ученика).
II. Изучение нового материала
-
Понятие об ароматических углеводородах. -
Вывод молекулярной формулы бензола. Решение задачи.
В 1825 году Майкл Фарадей открыл в светильном газе углеводород состава: С — 92,3%, а Н — 7,7%. Плотность его паров по воздуху составляет 2,69. Найти молекулярную формулу вещества. Что можно сказать о его строении?
Решение задачи у доски.
Вывод: формула вещества С
6Н6 — это бензол. Это вещество должно иметь непредельный характер.
3. Выяснение строения бензола:
а) Доказательством непредельности вещества служит качественная реакция с бромной водой. (Демонстрация опыта взаимодействия бензола с бромной водой.)
С
6Н6 + Вг2 → (бромная вода не обесцвечивается, реакция не идет).
(Демонстрация опыта взаимодействия бензола с раствором КМпО
4.)
С
6Н6 + [О] → (реакция не идет, раствор КМпО4 не обесцвечивается) р-р КМпО4
Тогда возникает противоречие: по составу — непредельный углеводород, а по свойствам — предельный?
4. Вывод формулы бензола. Первую структурную формулу бензола предложил в 1865 г. немецкий химик А. Кекуле. Он представил формулу бензола в виде правильного шестиугольника с чередующимися простыми и двойными связями, в котором каждый атом углерода связан с водородным атомом.
5. Экспериментальные доказательства шестичленности бензола.
а) В 1866 году Бертло синтезировал в электрическом разряде бензол из ацетилена (С
2Н2).
б) В 1922 году Зелинский и Казанский осуществили синтез бензола из ацетилена на активированном угле (тримеризация),
При этом
1 молекула бензола присоединила 3 молекулы водорода.
г) В 1912 году Зелинский осуществил обратный процесс (дегидрирование циклогексана).
6.
Электронное строение бензола. Однако формула Кекуле не могла объяснить, почему бензол не обладает свойствами непредельного углеводорода: не обесцвечивает бромную воду и раствор КМпО4. Вместо этого при действии брома протекает реакция замещения, характерная для предельных углеводородов. И все же в определенных условиях возможны и реакции присоединения. Эти противоречия помогла объяснить электронная теория.
Электронное строение бензола ( по учеб.)
7. Изомерия и номенклатура.
При замещении водородных атомов в молекуле бензола различными радикалами образуются гомологи бензола.
Международное название ароматических углеводородов — арены.
Если в бензольном кольце только один заместитель, то такое соединение не имеет ароматических изомеров, т.к. все атомы в бензольном ядре равноценны. Но если с кольцом связаны два заместителя, то они могут находиться в разных положениях. Поэтому в ряду бензола появляется новый вид структурной изомерии,
обусловленный взаимным расположением заместителей в кольце.Химические свойства бензола.
Все химические свойства (реакции) для бензола можно разделить на три группы:
-
гр. — реакции замещения в бензольном ядре; -
гр. — реакции присоединения к ьензольномЗ^ядру; -
гр. — реакции окисления!
В реакциях замещения при вступлении в молекулу второго заместителя могут образовываться три изомера, отличающиеся взаимным положением заместителей: орто-, мета- или параизомеры.
Это зависит от уже имеющегося в бензольном ядре заместителя. Все заместители (по ориентирующему действию) в реакциях замещения в бензольном ядре можно разделить на две группы.
Заместители 1-й группы (первого рода): углеводородные радикалы, группы — ОН, — NH2, галогены и др. Они направляют последующие заместители в орто-и параположение.Заместители 2-й группы (второго рода). Это группы — NO2, SO2— ОН, — СООН, — CN и др. Они направляют последующие заместители в мета-положение.Вывод по химическим свойствам
_По химическим свойствам бензол занимает как бы промежуточное положение между предельными и непредельными углеводородами, т. к. вступает в реакции замещения и присоединения. Но реакции замещения у бензола идут легче, чем у предельных, а реакции присоединения — труднее, чем у непредельных. Так сказываются на свойствах бензола особенности его электронного строения.
-
Применение бензола (самостоятельно). -
Получение бензола (самостоятельно).
III. Закрепление знаний, умений, навыков
а) Какие экспериментальные данные подтверждают циклическое строение бензола?
б) Какие углеводороды называются ароматическими? Почему?
в) Какое противоречие существует между структурной формулой Кекуле и свойствами бензола? Почему?
г) В чем особенность электронного строения бензола?
IV. Задание на дом:
§ §18 в. 3-7.
Резонанс. Структурные формулы не всегда удачно отражают реальное распределение электронной плотности в молекулах или даже их реальное строение Например, обычная структурная формула бензола (формула Кекуле) [c.74]
В чем недостаток структурной формулы бензола, предложенной Кекуле [c.81]
Хотя эти формулы более точно отражают некоторые особенности строения бензола, формула Кекуле продолжает широко применяться. Одиако, используя ее, нельзя забывать о ее недостатках. [c.68]
Экспериментально установлено, что молекула бензола — плоская, атомы углерода образуют правильный шестичленный цикл ( ССС = 120°). Длина связи С—С в бензоле, промежуточная между длинами ординарной и двойной связей (см. табл. 9), формула Кекуле с чередующимися и разными по длине связями С—С и С=С не отвечает опыту. Гипотетический бензол Кекуле должен был бы так же активно присоединять молекулы галогенов по месту двойных связей, как непредельные углеводороды, что не наблюдается. Для бензола, напротив, характерны реакции замещения водорода на галоген. Но и здесь факты противоречат формуле Кекуле. В соответствии с ней возможно два о-дихлорбензола [c.115]
В свете этих данных формула Кекуле имеет в настоящее время чисто условный характер. Можно пользоваться для обозначения бензола формулой Кекуле, просто шестиугольником или шестиугольником с вписанным кругом , [c.371]
Из всего сказанного выше следует, что наиболее часто используемая формула Кекуле с чередующимися ординарными и кратными связями условна и не полностью отражает истинное строение молекулы бензола. [c.322]
Составьте структурную формулу бензола, предложенную Кекуле. В чем заключаются ее недостатки Какие имеются доказательства равноценности всех шести углерод-углеродных связей [c.142]
В некоторых случаях, без учета резонанса структур, в рамках метода ВС может получаться качественно неправильное описание электронной структуры молекулы. Так, для бензола ни одна из двух классических формул Кекуле не отражает реальной симметрии молекулы, а также ее физических и химических свойств. Другой пример — диоксид углерода СО2. Длина связи углерод — кислород в нем равна 0,115 нм, тогда как длина нормальной двойной связи С=0 (в кетонах) равна 0,122 нм, а расчетная длина тройной связи С = 0 — 0,110 нм. Т. е. связь углерод — кислород в СО2 оказалась промежуточной между двойной и тройной, что можно объяснить в терминах концепции резонанса [c.169]
Однако формула Кекуле имеет существенные недостатки. Допуская, что в бензоле имеются три двойные связи, она не может объяснить, почему бензол в таком случае с трудом вступает в реакции присоединения, устойчив к действию окислителей, т. е. не проявляет свойств непредельных соединений. [c.327]
Но для бензола можно написать вторую, совершенно равноценную формулу Кекуле, в которой простые и двойные связи поменяются местами по сравнению с первой формулой. Реальная молекула бензола описывается как резонансный гибрид двух структур Кекуле электроны, ответственные за образование двойных связей, делокализованы, размазаны по кольцу, так что все связи между атомами углерода в бензоле равноценны и являются промежуточными между классическими одинарными и двойными связями. Именно в этом состоит причина повышенной стабильности и особенностей химического поведения бензола. [c.162]
Нз сказанного следует, что формула бензола (1) в виде цикла с чередующимися двойными и простыми связями (формула Кекуле) неточно выражает природу связей между атомами углерода [c.476]
Наконец, формула Кекуле, а именно ее вариант с подвижными двойными связями, т. е. так называемая осцилляционная формула, выражает 1у же мысль в несколько иной, но столь же обоснованной форме. Со времени Кекуле этот способ написания формулы бензола получил наибольщее распространение и чаще всего применяется в настоящее время. С этой формулой, так же как с остальными формулами бензола, химик всегда связывает представление об особом характере ненасыщенности, о так называемом ароматическом характере. [c.471]
Бензол QHй — наиболее простое и в то же время важнейшее ароматическое соединение. Он представляет собой циклическое непредельное соединение, которое отличается замечательными свойствами он неактивен в реакциях присоединения для него, напротив, характерны реакции замешения. Эти особенности отмечаются как основные для всех ароматических соединений. Циклическое строение бензола было открыто Кекуле в 1865 г., который предложил для бензола формулу с чередующимися двойными и ординарными связями (формула Кекуле)- [c.226]
Ад. Байер показал, что при восстановлении фталевых кислот в результате присоединения к этим кислотам двух, четырех и, наконец, шести атомов водорода получаются производные циклогексана, образования которых следовало ожидать, если принимать для бензола формулу Кекуле. [c.206]
Метод локализованных пар (простейшее приближение метода ВС) неудобен для описания огромного числа молекул, содержащих цепочки так называемых сопряженных связей —С=С—С=С—С=, и молекул ароматических соединений, в том числе бензола и его производных. Эти соединения не могут быть описаны единственной структурной формулой. Уже молекуле бензола можно приписать по меньшей мере две структурные формулы Кекуле [c.58]
Так как валентный штрих в методе локализованных пар сопоставляется с локализованной парой электронов, то приведенным двум формулам Кекуле соответствуют по меньшей мере два разных распределения электронной плотности. Но для молекулы в стационарном состоянии существует одно-единственное распределение. Поэтому в методе валентных связей реальное распределение электронной плотности молекулы бензола надо представить как наложение по меньшей мере двух распределений локализованных пар, а для более точной картины—пяти распределений. Это значительно усложняет метод, не облегчая восприятия реальности. Для более сложных молекул число используемых при их описании валентных схем стремительно возрастает. Метод полностью утрачивает преимущества наглядности, а в расчете молекулярных свойств становится менее удобным, чем метод молекулярных орбиталей. [c.58]
Однако известен только один орго-изомер. И, наконец, формула Кекуле не в состоянии объяснить равенства расстояний между углеродными атомами, что имеет место в реальной молекуле бензола. [c.275]
Необходимо, однако, помнить, что ни одна из этих формул не отвечает действительному физическому состоянию молекулы, а тем более не может отразить все многообразие ее свойств. Формула Кекуле в настоящее время носит чисто условный характер. Однако ее широко применяют, помня при этом о ее недостатках. Модель молекулы бензола по Бри-глебу имеет вид (рис. 34). [c.277]
Если бы бензол представлял собой обычный цнклогексатрнен, соответствующий формальной формуле Кекуле (1), то теплота его гидрирования (количество теплоты, выделяющейся при гидрировании 1 моль непредельного соединения, / 117 кДж на одну двойную связь) равнялась бы теплоте гидрирования трех молекул циклогексена (119,8 3 = 359,4 кДж). Фактически для бензола эта величина составляет 208,6 кДж/моль. [c.246]
Из сказанного следует, что формула бензола в виде цикла с чередующимися двойными и простыми связями (формула Кекуле) неточно выражает природу связей между атомами углерода в бензольном ядре. В соответствии с этой формулой в бензоле должно быть три локализованных тг-связи, т. е. три пары 7Г-электронов, каждая из которых фиксирована между двумя атомами углерода [c.568]
Однако до настоящего времени все еще применяют формулу Кекуле для обозначения производных бензола, в которых [c.145]
Знаменитая в истории органической химии проб.тема строения бензола получила удовлетворительное разрешение лишь в рамках квантово-механических представлений о системе я-электронов, общей для всех шести атомов углерода бензольного кольца. Допущение о наличии в бензольной молекуле трех двойных связей вело к прямому противоречию с опытом — свойства бензола сильно отличаются от свойств предполагаемой молекулы циклогексатриена, (т. е. бензола, имеющего строение, выражаемое формулой Кекуле). Теплота сгорания теоретического циклогексатриена, вычисленная пз средних энергий связи, составляет 3473 кДж/моль, тогда как эксперимент дает для бензола 3313 кДж/моль. Разность (160 кДж/моль), так называемая энергия резонанса , достаточно убедительно свидетельствует об ошибочности формулы Кекуле. [c.164]
Формула Кекуле получила широкое распространение. Она согласуется с представлениями о четырехвалентности углерода, объясняет равноценность водородных атомов в бензоле. Наличие в последнем шестичленного цикла доказано в частности, оно подтверждено тем, что при гидрировании бензол образует циклогексан, в свою очередь, циклогексан путем дегидрирования превращается в бензол (стр. 336, 338). [c.327]
Структура бензола — типичный пример мезомерии. Формула Кекуле с современной точки зрения — граничная формула, которая должна была бы употребляться в сочетании со второй, в которой простые и двойные связи обменялись местами [c.115]
Энергию сопряжения бензола можно подсчитать следующим образом. По формуле Кекуле в бензоле имеются три простые связи С—С, три двойные связи С=С и шесть простых связей С—Н. На основании энергий связи можно подсчитать теплоту образования такой гипотетической молекулы [c.116]
Наконец, Кольрауш (К. F. W. Kohlraus h, 1931—1936) привлек исследование спектров Рамана к решению вопроса о том, следует ли приписать бензолу формулу Кекуле с тремя двойными и тремя простыми связями или же формулу с шестью полуторными связями, иными словами, имеет ли бензол тригональную или гексагональную симметрию. В первом случае, т. е. при взгляде на бензол как на циклогексатриен, нужно было бы ожидать, на основании симметрии и правил отбора для форм колебания построенного таким образом шестичленного кольца, появления в спектре Рамана в области от О до 1800 см следующих поляризованных линий двух v-частот кольца я одной 8-частоты связи СН, и следующих деполяризованных линий двух v-частот, двух деформационных частот, из них одной 8-частоты [c.128]
Еще до установления для бензола формулы Кекуле было известно, что у однозамещенных производных бензола не суи ествует. изомеров, а двузамещенные производные существуют в трех изомерных формах. [c.199]
Однако формула бензола, предложенная Кекуле, не совсем устраивала хнмнков-органиков. Дело в том, что во многих отношениях молекула бензола вела себя так, как будто в ней вовсе и не было двойных связей. (Ведь двойные связи должны были бы сделать бензол более активным, чем циклогексан, а не менее активным.) В конце концов современные теории строения вещества позволили более или менее удовлетворительно решить эту загадку. Они слишком сложны, чтобы здесь в них углубляться, стоит лишь ска-, зать, что речь в них идет о частичных, или дробных связях. Можно считать, что углеродные атомы бензольного кольца связаны шестью одинаковыми полуторными связями, которые менее активны, чем двойные или даже простые. [c.56]
С точки зреиия метода наложения валентных схем структуру молекулы бензола, представленную формулой (3), следует рассматривать как промежуточную между двумя возможными структурами бензола, выражаемыми формулами Кекуле [c.478]
Следуюн пе два примера могут иллюстрировать роль кинетической и термодинамической стабильности. Как известно, в середине про1нлого века острейшие дискуссии 1 ызывала структура бензола — соедииения, которому долгое время по удавалосьприписатьнепротиворечивую структурную формулу. В частности, Дьюаром была предложена гипотетическая (неверная) формула 2 в противовес истинной формуле Кекуле — общеизвестной структуре 3. Почти [c.47]
Согласно Кекуле, бензол — замкнутая система с тремя сопряженными двойными связями — цаклоге/ссатриен- ,3,5. Но эта формула, соответствуя элементарному составу бензола, не отвечает многим его особенностям. Например, являясь, согласно формуле Кекуле, формально ненасыщенной системой, бензол в то же время вступает не в реакции присоединения, а замещения. Кроме того, эта формула не может объяснить высокой устойчивости бензолЬ ного кольца. Исходя из формулы Кекуле, у бензола должно быть два орго-изомера [c.275]
Однако формула Кекуле с чередующимися и разными по длине связями С—С и С = С не отвечает опыту. Гипотетический бензол Ке-тсуле должен был бы активно присоединять молекулы галогенов по месту двойных связей, как непредельные углеводороды, что не наблюдается. Для бензола, напротив, характерна реакция замещения водорода на галоген. Но и здесь факты противоречат формуле Кекуле. В соответствии с ней возможно два о-дихлорбензола [c.226]
Как уже было указано (стр. 28), простая связь между атомами углерода осуществляется одной парой, а двойная — двумя парами обобщенных электронов. Одна из электронных пар двойной связи находится в таком же состоянии, как пара электронов, осуществляющая простую связь (а-связь). Вторая же электронная Jlapa осуществляет связь особого характера (я- связь, стр. 31). В соответствии с формулой Кекуле в бензоле должно быть три я-связи. Если выделить пары я-электронов этих связей, обозначив их точками, то строение бензола следует представить схемой I [c.328]
Одинаковая длина всех углерод-углеродных связей бензола указывает, что в нем нет чередования простых и двойных связей, как это требует формула Кекуле. Выровненность всех углерод-углеродных связей, их длина, промежуточная между простой и двойной связями, свидетельствуют о том, что в бензоле мы имеем дело с особой системой связей. Это, как известно, полностью подтверждается химическим поведением бензола и других ароматических соединений. [c.66]
Такая структура правильно отразила равноценность всех водородных атомов бензола (свидетельством этого является отсутствие изомеров у монозамещенных производных бензола). Однако формула Кекуле не может объяснить, почему беизол не игнеет свойств ненасыщенного углеводорода, — не обесцвечивает бромной воды, раствора перманганата калия. Вместо этого при действии, например, брома протекает реакция замещения и образуется бромбензол [c.259]
Теоретические основы органической химии (1964) — [
c.11
,
c.94
,
c.454
,
c.455
]
Курс органической химии Издание 4 (1985) — [
c.351
,
c.354
]