Физические свойства и строение

Свежеперегнанный пиррол – бесцветная жидкость, т.кип. 130⁰С с характерным запахом; на воздухе и на свету быстро окрашивается в красно-коричневый цвет, со временем – осмоляется.

Фуран представляет собой бесцветную жидкость, т.кип. 31⁰С; имеет слабый запах хлороформа; в воде не растворяется, но смешивается со всеми органическими растворителями.

Тиофен – бесцветная жидкость, т. кип. 84,1⁰С; обладает слабым запахом; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями.

Молекулы всех пятичленных гетероароматических соединений имеют плоское строение. Ароматический секстет π-электронов в этих молекулах образуется за счет π-электронов атомов углерода и неподеленных электронов гетероатомов, находящихся на негибридизованных р_z-орбиталях.

• • • • • •

• •• • •• • ••

•N H • O •••S ••

пиррол фуран тиофен

Х (Х = N, O, S)

расположение π-электронного облака

Каждый из атомов углерода и гетероатомов в этих соединениях находится в состоянии sp²- гибридизации и имеет по одной негибридизованной 2 р_z- орбитали, ориентированной перпендикулярно плоскости цикла. Эти орбитали эффективно перекрываются и формируют ароматические секстеты π-электронов в молекулах.

Теория резонанса подтверждает ароматический характер фурана, пиррола и тиофена. Набор пяти резонансных структур, приведенных ниже, описывает делокализацию π-электронов в основном состоянии пиррола:

_– ^–

•• _{– + + – + +}

N N N N N

H H H H H

В результате сопряжения кольцо становится плоским, простые связи укорачиваются.

0,143нм

107,5⁰ 0,137нм

128⁰

108,9⁰ 0,138нм

NH

молекулярная диаграмма пиррола

Образование ароматического секстета, вовлекающего свободную пару электронов гетероатама, имеет с одной стороны сумму ароматических свойств гетероцикла, с другой стороны потерю нуклеофильных свойств гетероатомом (например, азот пиррола лишен основных свойств). Отсюда, гетероатом как бы обезличивается.

Ароматическое состояние π-электронов в указанных соединениях подтверждается и расчетом в рамках теории МО.

Например, в молекуле фурана шесть π-электронов находятся на трех связывающих молекулярных π-орбиталях, имеющих значения собственных энергий ниже уровня энергии α.

Энергия МО