Термодинамические свойства

1. Формирование ароматических ядер
2. Термодинамическое подтверждение ароматичности
3. Реакции присоединения
4. Идентификация моноядерних ароматических соединений

Энергетическая выгода с помощью делокализации p-электронов по изолированной цепочке сопряженности считается обязательной и удовлетворительной предпосылкой ароматичности и обязана быть убедительным термодинамическим критерием при численном оценивании ароматичности. Трудность применения энергетических критериев состоит в недостатке непосредственно термодинамических методик установки уровня ароматичности связанного циклического полиена.

Основная сложность заключается в том, что энергетический потенциал подлинного ароматического соединения необходимо сравнивать с энергетическим потенциалом фиктивной предположительной частицы, обладающей локализированными двойными и обычными взаимосвязями. Разница энергетического потенциала ароматического и соответственного ему циклического соединения с локализированными взаимосвязями именуют эмпирическим энергетическим потенциалом резонанса, либо эмпирическим энергетическим потенциалом делокализации.

Стоит осуществить рассмотрение данного подхода на реальном примере оценивания ароматичности фенилового водорода (\(C_6H_6\)).

Формирование ароматических ядер

В разных реакциях формирования ароматических ядер осуществляется достаточно просто, зачастую с отделением тепла. К примеру, экзотермически осуществляется превращение 1,3-циклогексадиена (ненасыщенный углеводород с формулой C6H8) в фениловый водород:

Рисунок 1.

Российский и советский химик-органик Николай Дмитриевич Зелинский в 1911 году обнаружил, что с отделением тепла, в том числе, осуществляется превращение гексанафтилена (\(C_6H_{10}\)) в фениловый водород:

Рисунок 2.

В итоге реакции гексанафтилена с численным выходом формируется смесь фенилового водорода и гексанафтилена в молярном отношении 1 к 2. Данную реакцию именуют реакцией невозвратного катализа. В ходе ее осуществления перераспределяются одинарные и двойные взаимосвязи, а также водородные атомы (диспропорционирование). При этом всеобщее число всех взаимосвязей C – C, C = C, C – H после осуществления реакции оказывается неизменным, как и до начала реакции. Но 3 замкнутых двойных (этеновых) взаимосвязи в ходе реакции осуществляют переход в одну молекулу - в фениловый водород, в цикле которого взаимосвязи являются ароматическими.

Особо любопытно то, что реакция осуществляется в сопровождении с отделением энергетического потенциала, составляющего 150 кДж*моль-1. Это можно считать доказательством того, что молекула фенилового водорода благодаря сопряжению 3 двойных взаимосвязей устойчивее молекулы, которая имела 3 несвязанные двойные взаимосвязи этенового типа. Таким образом, устойчивее молекулы 1,3,5-циклогексатриена (состав молекулы фенилового водорода, представленная немецким химиком-органиком Фридрихом Кекуле).

При гидрогенизации гексанафтилена (\(C_6H_{10}\)) до циклогексилгидрид (\(C_6H_{12}\)) осуществляется выделение 28,6 ккал/моль энергетического потенциала. Тепло гидрогенизация предположительного 1,3,5-циклогексатриена с локализированными двойными взаимосвязями должно присутствовать в трижды больше и выделяться 85,8 ккал/моль:

Рисунок 3.

Действительное тепло гидрогенизации фенилового водорода до циклогексилгидрида составляет 49,8 ккал/моль:

Рисунок 4.

Всеобщий энергетический потенциал делокализации при преобразовании локализированного 1,3,5-циклогексатриена в действительный фениловый водород составляет ориентировочно 63 ккал/моль. Данное значение обрело наименование вертикальной энергии резонанса, либо энергетического потенциала делокализации. Энергетический потенциал делокализации дает характеристику термодинамической стабильности фенилового водорода.

Рисунок 5. Энергетический потенциал делокализации фенилового водорода

Термодинамическое подтверждение ароматичности

Таким образом, фениловый водород является соединением с термодинамической устойчивостью и его формирование осуществляется энергетически практично. Выделяемая энергия в ходе данной реакции является разностью между энергетическим потенциалом фенилового водорода и теоретически рассчитанной молекулярной энергией 1,3,5-циклогексатриена. Данный энергетический потенциал именуется энергией связывания, либо резонансной энергией.

Необходимо заметить, что фениловый водород, как термодинамическая структура с достаточной устойчивостью, в то же время считается структурой с высокой термостойкостью и выносит нагревание до +900°C, не разрывая цикл.

Данное особенное свойство фенилового водорода, его гомологов, а также производных именуют термодинамическим подтверждением ароматичности некоторых химических соединений. Непосредственно фениловый водород является эталоном ароматичности химических соединений. Присутствие аналогичных свойств у иных химических соединений считается критерием их ароматичного характера.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Реакции присоединения

Специфика строения фенилового водорода приводит к крепости и стойкости ядра бензола к присоединительным реакциям. Для осуществления присоединения реагента к ядру бензола, требуется преодоление энергетической преграды сопряженной структуры пи-электронов, равносильной 150 кДж*моль-1. По данной причине ядро бензола осуществляет присоединение исключительно богатые энергетическим потенциалом реагенты. Данными реагентами считаются частицы с раздельными электронами, в частности, атомы либо свободные радикалы.

Вследствие этого присоединения к фениловому водороду осуществляется при атомарно-радикальных явлениях. К данным реакциям принадлежат присоединения водорода, если присутствует катализаторное вещество, присоединения определенных химические элементы 17-й группы периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева на свете и другие.

Таким образом, присоединение водорода к бензолу осуществляется при нагреве и присутствии катализаторного вещества (Pt), в отсутствии которого реакция не происходит. Результатом данной гидрогенизации фенилового водорода считается циклогексилгидрид (\(C_6H_{12}\)):

Рисунок 6.

Идентификация моноядерних ароматических соединений

Для идентификации ароматических соединений, как правило, применяют спектральные методики:

• Ультрафиолетовую (электронную) спектроскопию;
• Спектроскопию ядерного магнитного резонанса;
• Спектроскопию протонного магнитного резонанса;
• Масс-спектрометрический анализ.

Фенилового водород и его гомологам свойственно типичное поглощение в ультрафиолетовой области: усиленное поглощение в пределах 180-210 нанометров, а также неинтенсивное поглощение в пределах 230-270 нанометров.

При большой разграничительной способности аппаратуры неинтенсивная полоса выражается как некоторое количество узких пиковых всплесков. Неинтенсивное поглощение в пределах 230-270 нанометров с тонкой структурой довольно типично для ароматических углеводородов, по данной причине зачастую данное поглощение именуют зоной бензольного поглощения.

Рисунок 7. Ультрафиолетовый спектр фенилового водорода в газовой фазе: 180-210 нанометров – интенсивное; 230-270 нанометров – и неинтенсивное поглощение.

В инфракрасных спектрах фенилового водорода и его гомологов свойственны зоны поглощения на участке 3100-3000 см-1, взаимосвязанные с валентными колебательными перемещениями ароматических взаимосвязей C – H и зоны на участке 1600-1500 см-1, определенные валентными колебаниями взаимосвязей, C – C ядра бензола.

Факт вышеуказанных зон говорит о пребывании в составе химического соединения бензольного кольца. По образу иных зон поглощения, в особенности в пределах 2000-1650 см-1, а также 1225-950 см-1, возможно определить число и общее положение заменителей в ядре бензола.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Сигналы ароматических протонов в спектре протонного магнитного резонанса фенилового водорода и его гомологов находятся в слабейшем поле (δ = 6,5 ... 8,0 млн-1), что взаимосвязано с дезэкранированием протонов с помощью кольцевого тока, формируемого при воздействии внешнего магнитного поля.

В масс-спектрометрическом анализе фенилового водорода и его гомологов обнаруживается сильный всплеск молекулярного иона.