Метод ВС или резонансный метод
Спор о структуре и характере связей в соединении С6Н6 длился около 30 лет. В 1865 году Кекуле предложил (как оказалось все же не совсем верно), что бензол представляет собой равновесие двух альтернативных структур 1,3,5-циклогексатриена:
и
Явный недостаток такого представления состоит в том, что оно предполагает существование двух различных дизамещенных производных бензола с заместителями у соседних атомов (при одинарной и при двойной связи):
Х Х
Х и Х
Однако такая пара изомеров ни разу не была обнаружена.
Инертность бензола по отношению к брому ясно указывало на то, что бензол совершенно отличается от алкенов, в том числе и от 1,3,5-циклогексатриена. В связи с этим Кекуле допустил, что в бензоле происходит непрерывное перемещение (осцилляция) двойных связей:
и
Формулы Кекуле совершенствовались такими теоретиками, как Ингольд, Коулсон, Полинг и Вейланд. Они пришли к изображению молекулы бензола в виде резонансного гибрида двух структур Кекуле, представляющие собой основные резонансные формы:
Такое изображение резонансных структур требует того, чтобы все связи С – С в молекуле бензола были одинаковой длины, причем эта длина должна быть промежуточной между длинами простой и двойной С – С – связей. И, наконец, согласно такому изображению, для наибольшего перекрывания р-орбиталей атомов углерода в кольце, это кольцо должно быть плоским.
Результаты рентгеноструктурного анализа кристаллического бензола согласуются с этими требованиями. Все С – С-связи равны между собой и численно равны 0,139 нм. Такая длина является средней между чисто простой (0,154 нм) и чисто двойной (0,134 нм) связями.
Все атомы углерода и водорода кольцевой молекулы лежат в одной плоскости. Атомы углерода находятся в углах правильного шестиугольника, углы между С – С-связями равны 1200. Расстояние С – Н равно 0,109 нм.
Молекула бензола обладает осью симметрии
Н 0,139 нм Н шестого порядка, то есть через 600 поворота (1/6
С С 0,109 н часть круга) молекула совпадает. Дипольный
Н С 1200 С Н момент бензола равен нулю, следовательно,
С С 1200 его молекула неполярная, и электронная
Н 1200 Н плотность распределена в молекуле равномерно.
По методу ВС волновая функция бензола рассматривается как линейная комбинация волновых функций двух структур Кекуле (а) и трех структур Дьюара (б):
а а′ б
Резонансные структуры не предполагаются существующими в отдельности, но чем их больше, тем реальнее отображается строение вещества, его сути.
В резонансе участвуют пять структур молекулы бензола, причем вес структур Кекуле (а и а′) больше, чем вес какой-либо из структур Дьюара (б). Их отношение 1 : 0,19 или на 39% веса одной структуры Кекуле приходится 7% веса структуры Дьюара.
Несмотря на отсутствие в молекуле бензола локализованных двойных связей, его молекулу изображают и сейчас структурой Кекуле.
Другие обозначения бензола, например, с циклической π-связью:
или
Структуру Дьюара изображают в виде , а не так, как ее изобразил сам
Дьюар
так как сравнительно недавно в 1963 году был получен валентный изомер бензола – Дьюаровский бензол не плоского строения – бицикло [2.2.0] гексадиен-2,5, у которого имеется всего 4 π-электрона и который не является ароматичным. В этом соединении связь 1-4 является σ-связью, а не π-связью:
1
2 6
3 4 5
Дьюаровский бензол при температуре 900 С изомеризуется в бензол.
Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 1572;