Урок 52

Тема урока: «Бензен (бензол) как представитель ароматических углеводородов. Его состав. Електронная и структурная формулы. Физические свойства.»

АРЕНЫ (ароматические углеводороды) Арены или ароматические углеводороды – это соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с особым характером химических связей.

Простейшие представители (одноядерные арены):

Многоядерные арены: нафталин С 10 Н 8, антрацен С 14 Н 10 и др.

Термин "ароматические соединения" возник давно в связи с тем, что некоторые представители этого ряда веществ имеют приятный запах. Однако в настоящее время в понятие "ароматичность" вкладывается совершенно иной смысл.

Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией электронов в циклической системе.

Критерии ароматичности аренов:

Атомы углерода в sp 2 -гибридизованном состоянии образуют циклическую систему. Атомы углерода располагаются в одной плоскости (цикл имеет плоское строение). Замкнутая система сопряженных связей содержит 4n+2 электронов (n – целое число). Этим критериям полностью соответствует молекула бензола С 6 Н 6.

Бензол С 6 Н 6 – родоначальник ароматических углеводородов.

Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp 2 -гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя связями. Валентные углы между каждой парой связей представляет собой правильный шестиугольник, в котором все атомы углерода и все связи С С Н лежат в одной плоскости:

р-Электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних 2р-атомных орбиталей, расположенных перпендикулярно плоскости скелета бензольного кольца. Они образуют единое цикли- ческое p-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.

Все связи С С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм, что соответствует промежуточному значению между длиной простой связи (0,154 нм) и двойной (0,134 нм). Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф.Кекуле), а все они выровненыФ.Кекуле

КЕКУЛЕ Фридрих Август (7.IX VII.1896) Немецкий химик-органик. Родился в Дармштадте. Окончил Гисенский университет (1852). Слушал в Париже лекции Ж.Б.А. Дюма, Ш.А. Вюрца, Ш.Ф. Жерара.Ж.Б.А. ДюмаШ.А. Вюрца В преподавал в Гейдельбергском университете, в профессор Гентского университета (Бельгия), с профессор Боннского университета ( ректор). Президент немецкого химического общества (1878, 1886, 1891). Один из организаторов I Международного конгресса химиков в Карлсруэ (1860). Иностранный член-корреспондент Петербургской АН (с 1887)..

Основные исследования посвящены теоретической органической химии и органическому синтезу. Высказал (1857) мысль о валентности как о целом числе единиц сродства, которым обладает атом. Разделил (1857) все элементы, кроме углерода, на двух- и трехосновные (двухвалентные и трехвалентные); углерод отнес к четырехвалентным элементам (одновременно с А.В.Г. Кольбе).А.В.Г. Кольбе Выдвинул (1858) положение о том, что строение соединения обусловлено валентностью элементов. Сформулировал первоначальные положения теории валентности. Высказал мысль о постепенном ослаблении исходных связей и привел (1858) схему, явивщуюся первой моделью активированного состояния. Предложил (1865) циклическую структурную формулу бензола, распространив тем самым теорию химического строения А.М. Бутлерова на ароматические соединения. Экспериментальные работы Кекуле связаны с его теоретическими исследованиями

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БЕНЗОЛА

Впервые бензол описал немецкий ученый Иоганн Глаубер в 1649 году, получив вещество перегонкой каменноугольной смолы. Открыт бензол был впервые в 1825 году Майклом Фарадеем. Английский ученый заинтересовался странным явлением, происходившим со светильным газом. Газ этот получали фабричным способом: нагревали китовый и тресковый жир в железных сосудах до красного каления, а затем для транспортировки помещали под давление 30 атм. в железные баллоны. Обнаружилось, однако, что при длительном хранении газ постепенно терял свои осветительные и тепловые свойства, а на дне баллона скапливалась жидкость, легко воспламеняющаяся.

Ее то и исследовал Фарадей, а в результате выделил неизвестный углеводород, элементный состав, а так же физические и химические свойства которого попытался определить. На основании анализа он приписал ему формулу C 2 H, назвал двууглеродистым водородом и доложил об открытии нового вещества Лондонскому Королевскому обществу 16 июня 1825 года

Некоторое время бензол не привлекал особого внимания химиков. В годах немецкий химик Эйльхард Митчерлих обстоятельно исследовал это вещество, определил его формулу - С 6 Н 6 и назвал его бензином (от арабского слова, которое означает благовоние). Юстус Либих, проводивший с Митчерлихом ряд работ, предложил новое имя соединению - бензол, которое прижилось и в русской номенклатуре.

В 1835 году французский химик Огюст Лоран предложил название "бензен» (которое и используется в современной украинской номенклатуре), а затем "фен" (от греческого блистающий, яркий), поскольку бензол горит ярким пламенем. Это название не привилось, однако, именно от него произошли общеизвестные термины "фенол" и "фенил".

Структурная формула бензола была предложена в 1865 году Августом Кекуле. В результате синтеза бензол впервые был получен французским химиком Марселеном Бертло в 1866 году.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ БЕНЗОЛА

Мысль изобразить строение молекулы бензола в форме 6-угольного цикла родилась у Кекуле во время работы над учебником по органической химии, когда он почувствовал необходимость разобраться в теоретических основах строения ароматических соединений. "Теперь мне представляется своевременным опубликовать основные принципы теории строения ароматических соединений, которую я обдумывал уже давно", - писал Кекуле.

Формулу бензола он привел в статье, опубликованной в мае 1865 года. Шесть атомов углерода образовывали замкнутую цепь и были связаны друг с другом попеременно то одной, то двумя связями (единицами сродства). По мнению ученого, такая формула позволяла изобразить строение всех соединений, относящихся к ароматическим.

В последствии Кекуле вспоминал, как у него возникло представление о строении бензола: "Я сидел и писал учебник, но работа не двигалась, мои мысли витали где-то далеко. Я повернул мой стул к огню и задремал. Атомы снова запрыгали перед моими глазами. На этот раз небольшие группы скромно держались на заднем плане. Мой умственный взгляд мог теперь различить длинные ряды, извивающиеся подобно обезьянам. Но смотрите! Одна из обезьян захватила своих хвостом хвост соседки и в таком виде, как бы дразня, завертелась перед моими глазами. Как будто вспышка молнии разбудила меня: и на этот раз я провел остаток ночи, разрабатывая следствие из гипотезы".

Хоровод обезьянок, взявшихся за руки; таким увидел Кекуле во сне бензольное кольцо из шести атомов углерода

Конечно, это образное воспоминание ни в коей мере не свидетельствует о случайности открытия Кекуле - скорее оно относится к области психологии научного творчества. Предложенная Кекуле формула строения бензола не сразу была принята сообществом химиков. Предлагались и другие формулы.

Но они не получали подтверждения. Дальнейшие экспериментальные обсуждения подтвердил правоту Кекуле.

Физические свойства. Бензол – бесцветная жидкость, практически нерастворимая в воде, с ароматным запахом. Температура кипения +80,1 °С, температура плавления +5,5 °С.

БИОЛОГИЯ БЕНЗОЛА

Бензол токсичное и канцерогенное вещество. Вдыхание паров бензола вызывает шум в ушах, слюнотечение, ощущение металлического вкуса, головокружение.

Бензол сильно раздражает кожу. В высоких концентрациях бензол оказывает судорожное действие, при многократных воздействиях низких концентраций наблюдаются изменения в крови и кроветворных органах. Предельно допустимая концентрация (ПДК) для бензола - 5 мг/м 3.

Почему бензол токсичен? Каков механизм его негативного влияния? Следует сказать, что бензол хорошо растворяет жиры, а жиры хорошо всасывают бензол. Попадая в клеточные структуры, бензол нарушает обменные процессы.

Есть еще один момент биологии бензола - ядро бензола входит в состав трех незаменимых аминокислот:

Остатки этих аминокислот входят в состав белков. Если в организме фелилаланин не превращается в тирозин, то развивается болезнь - фенилкетонурия (Характерной особенностью этой болезни является резкое замедление умственного развития ребенка. Развитие этой болезни можно предотвратить, если значительно снизить или исключить прием аланина с пищей с самого рождения ребенка).

Если в организме нарушается обмет триптофана, развивается болезнь Хартнупа (Основные проявления болезни: пеллагроподобные кожные поражения, психические расстройства и атаксия). В ряде случаев имеет место резкое отставание умственного развития.

Тирозин - исходное вещество для синтеза адреналина - продукта надпочечников, известного гормона не белковой природы. Адреналин оказывает мощное сосудосуживающее действие, вызывая повышение кровяного давления. Кроме того, он оказывает влияние на обмен углеводов в организме (вызывает резкое повышение уровня в крови).

Домашнее задание: Буринская Н.М., Величко Л.П. Химия, 10 кл.: Учебник для средней общеобразовательной школы. § 34 Бочерова А.Д., Жикол Е.А.Химия в определениях, таблицах и схемах. Справочно-учебное пособие. Стр. 94