§ 19. БАГАТОЯДЕРНІ АРОМАТИЧНІ ВУГЛЕВОДНІ

Існують ароматичні вуглеводні, у молекулах яких два або більше бензенових ядер сполучені між собою так:

Це сполуки з так званими конденсованими бензеновими ядрами.

До сполук із ізольованими бензольними ядрами належить дифеніл:

Нафтален (нафталін) C₁₀H₈ — це безбарвна кристалічна речовина з характерним запахом, відома в побуті як засіб відлякування і знищення молі. Під час нагрівання нафтален легко сублімується. Цим користуються для його очищення на коксохімічних заводах і в лабораторіях.

Про які особливості кристалічної будови свідчить наявність запаху в нафталену?

У молекулі нафталену, як і в молекулі бензену, атоми Карбону перебувають у стані sр²-гібридизації. За рахунок перекривання негібридизованих p-електронних орбіталей утворюється π-електронна система (мал. 57).

Мал. 57. Схема перекривання р-електронних орбіталей (а) та утворення π-електронної системи (б) у молекулі нафталену

Проте в молекулі нафталену на відміну від бензену не всі С—С-зв’язки однакові, а саме: С¹—С² коротші (0,136 нм), а С²—С³ довші (0,142 нм) порівняно з молекулою бензену (0,140 нм):

π-Електронна густина в ядрах розподілена нерівномірно: біля а-атомів Карбону вона вища, ніж біля β-атомів. Така нерівномірність порушує стабільність молекули, тому нафтален активніший у хімічних реакціях порівняно з бензеном. Він легше вступає в реакції окиснення, відновлення, заміщення та приєднання.

Реакції заміщення відбуваються переважно в а-положенні:

Нафтален приєднує водень, перетворюючись на насичений вуглеводень декалін:

Окиснення нафталену супроводжується руйнуванням одного з бензенових ядер:

Промисловим джерелом нафталену є продукти переробки кам’яного вугілля.

Нафтален використовують як сировину для синтезу різноманітних хімічних продуктів, у тому числі барвників, лікарських засобів.

Завдання для самоконтролю

1. Яку ознаку молекулярної будови кристалів нафталену ви можете назвати?

2. У чому полягають подібність і відмінність будови бензену й нафталену?

3. Схарактеризуйте основні реакції нафталену.

4. Поясніть, чому нафтален виявляється активнішим порівняно з бензеном у реакціях заміщення та приєднання.

5. Викресліть у наведеному нижче тексті слова, що не стосуються нафталену. Нафтален, як антрацен, фенантрен і бензен, належить до багатоядерних насичених ароматичних сполук. Вступає в реакції повного й часткового окиснення, заміщення — з хлором та натрієм, приєднання — з воднем, етеном, етином. Використовують у побуті для приваблювання молі, в органічному синтезі. У промисловості нафтален добувають у результаті переробки кам’яного вугілля й перегонки нафти.

6. Яка кількість речовини водню приєднається до нафталену кількістю речовини 1 моль, якщо утворюється сполука складу С₁₀Н₁₀?

Висновки

• Ароматичні вуглеводні (арени) містять бензенове ядро у складі молекул.

• Молекула бензену має форму правильного плоского шестикутника.

• Зв’язки між атомами Карбону є рівноцінними й проміжними між простими та подвійними.

• Основні параметри молекули бензену:

тип гібридизації електронних орбіталей атомів Карбону — sp²;

види зв’язків — σ- і π-, наявність спряженої π-електронної системи;

енергія зв’язків С÷С — 412 кДж/моль;

довжина зв’язків С÷С — 0,140 нм;

валентний кут — 120^о.

• π-Електронна система стабілізує бензенове ядро.

• Гомологам бензену властива структурна ізомерія карбонового скелета, зумовлена будовою та розташуванням замісників у бензеновому ядрі.

• Реакційна здатність бензену вища, ніж насичених вуглеводнів, але нижча, ніж ненасичених.

• Типовими реакціями аренів є реакції електрофільного заміщення.

• У похідних бензену виявляється орієнтувальна дія замісників.

• Замісники І роду (донори електронів) спрямовують заміщення в орто- й пара-положення; замісники ІІ роду (акцептори електронів) — у мета-положення.

• У молекулах багатоядерних вуглеводнів порушується рівномірний розподіл електронної густини, тому вони легше вступають у реакції порівняно з бензеном.

• Промисловим джерелом добування ароматичних вуглеводнів є кам’яне вугілля.

• Ароматичні вуглеводні є сировиною для виробництва барвників, ліків, вибухових речовин, засобів захисту рослин тощо.