If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание
Текущее время:0:00Общая продолжительность:10:01

Транскрипция к видео

В прошлом ролике выяснилось, что бензол обладает ароматичностью. Когда химики синтезировали циклооктатетраен, который сейчас перед вами, от него ждали ароматичности. Это цикл с чередующимися двойными и одинарными связями. Ожидалось, что он будет вести себя так же, как бензол. Однако циклооктатетраен не похож на бензол. Бензол не вступает в реакции, в которые вступает циклогексен. При бромировании циклогексена в результате получается смесь энантиомеров. Бензол не реагирует. А вот циклооктатетраен вступает в реакцию. Бром присоединяется по двойной связи, в результате получается смесь энантиомеров. Выходит, в циклооктатетраене нет сопряжения. Казалось бы, в молекуле чередуются одинарные и двойные связи, но ведут себя так, будто изолированы — как четыре отдельные двойные связи. Это не ароматическое вещество. Попробуем понять, почему идет эта реакция. И я хочу быстро напомнить критерии определения ароматичности соединения. Вещество или ион является ароматическим, если p-орбитали в цикле непрерывно перекрываются, а число π-электронов в сопряженной системе соответствует правилу Хюккеля. Итак, вот молекула циклооктатетраена. Сосчитаем π-электроны, в этой молекуле их всего 8. 8 π-электронов. Каждый атом углерода находится в состоянии sp2-гибридизации, у каждого есть свободная p-орбиталь. Наличие у циклооктатетраена восьмиатомного цикла означает существование в молекуле деформации скручивания. Одна из возможных конформаций для этой молекулы — так называемая «ванна». Как видите, по два атома углерода с двух сторон лежат не в плоскости цикла. Исходя из состояния sp2-гибридизации всех атомов углерода, нарисуем каждому атому в молекуле свободную p-орбиталь. В результате получается вот такой рисунок. В таком случае p-орбиталям сложно перекрываться. Возможно, они перекрываются в этом месте, но в конформации «ванна» до этих орбиталей не достать. Это и есть ответ на вопрос, почему молекула ведет себя так, будто нет сопряжения. Хоть в ней и есть p-орбитали, они не перекрываются в конформации «ванна». Это нарушает первый критерий ароматичности соединения. Циклооктатетраен не обладает ароматичностью. Он нарушает первый критерий ароматичности — в нем нет непрерывно перекрывающихся p-орбиталей. p-орбитали не перекрываются в конформации «ванна». А что с плоской конформацией циклооктатетраена? Можно представить, как циклооктатетраен принимает плоскую конформацию. Углерод в состоянии sp2-гибридизации, у каждого атома есть свободная p-орбиталь. Всего атомов углерода здесь 8, и орбиталей 8. 8 атомных орбиталей. Пожалуй, я запишу это. У циклооктатетраена 8 атомных орбиталей. Согласно теории молекулярных орбиталей, атомные орбитали превращаются в 8 молекулярных орбиталей. Атомные орбитали исчезают, появляются 8 молекулярных орбиталей. Я не стану рисовать молекулярные орбитали в этом видеоролике. Вместо этого можно проанализировать их энергию с помощью круга Фроста. Я показывал в прошлом ролике, как рисовать круг Фроста. Для начала проведем осевую линию через центр нарисованной окружности. Теперь нарисуем многоугольник. У нас восьмиатомный цикл, значит, рисуем восьмиугольник. Рисовать начинаем из нижней точки. Попробую нарисовать восьмиугольник в круге. Получается что-то подобное. Помните: многоугольник должен быть вписан внутрь круга Фроста, а места пересечения с окружностью имеют большую важность. Каждое место пересечения соответствует энергии молекулярной орбитали. Как видите, всего 8 молекулярных орбиталей, потому и 8 точек пересечения многоугольника и окружности. Круг Фроста показывает относительные энергетические уровни молекулярных орбиталей. Итак, есть три связывающие молекулярные орбитали. Расположенные ниже центра точки пересечения соответствуют энергии связывающих молекулярных орбиталей. Выше уровня центра еще три молекулярные орбитали. Это антисвязывающие молекулярные орбитали с высокой энергией. Две точки пересечения на уровне осевой линии соответствуют двум несвязывающим молекулярным орбиталям. Молекулярные орбитали заполняют аналогично электронной конфигурации. Всего 8 π-электронов у циклооктратетраена в плоской конформации. И их нужно расположить на орбиталях, вот так. Мы разместили 6, осталось 2. Заполняем аналогично электронной конфигурации, следуя правилу Гунда и оставив эти электроны неспаренными. Мы разместили все 8 π-электронов. Наличие на орбиталях двух неспаренных электронов говорит об очень низкой стабильности молекулы в плоской конформации. Рассмотрим их на соответствие правилу Хюккеля. Должно быть 4 целых n плюс 2 электрона. Эти два электрона на нижней орбитали, а 4n не получается. Невозможно подобрать такое целое положительное число. Эти два электрона не вмещаются в уравнение. Следовательно, 8 π-электронов не соответствуют правилу Хюккеля. Из-за неправильного числа электронов молекула не принимает плоскую конформацию. Циклооктатетраен существует в конформации «ванна». Он не обладает ароматическими свойствами из-за нарушения первого критерия. Допустим, циклооктатетраен вступает в реакцию. Его можно окислить. Посмотрим, что получится в итоге. Подвергаем циклооктатетраен окислению. Он теряет свои электроны. Допустим, эти π-электроны остаются, молекула потеряла электроны слева, поэтому с левой стороны исчезла двойная связь, соединявшая атомы углерода, и появился положительный заряд. Давайте нарисуем резонансную структуру. Эти электроны могут смещаться сюда. В результате получаем резонансную структуру, где этот атом углерода заряжен положительно, а второй положительный заряд смещается к другому атому углерода. Можно нарисовать еще одну резонансную структуру для этой молекулы, но этого не нужно. Я просто хотел показать, что положительный заряд распределяется по всему иону. Можно сделать вывод о том, что электроны распределены по всему иону, имеющему положительный заряд «плюс 2». Это дикатион, полученный из молекулы циклооктатетраена. Все атомы углерода sp2-гибридизированы. Каждый атом углерода находится в состоянии sp2-гибридизации, потому что при каждом из них есть двойная связь. 8 sp2-гибридизированных атомов, и у каждого из этих восьми атомов углерода есть p-орбиталь. А еще есть 6 π-электронов: 2, 4, 6 π-электронов. Это соответствует правилу Хюккеля, и ион может принять плоскую конформацию. Этот ион принимает такую форму, и p-орбитали получают возможность перекрываться боками. Поэтому ион соответствует первому критерию. Возникает кольцо непрерывно перекрывающихся p-орбиталей. Что касается второго критерия, π-электронов шесть. Они заполняют связывающие молекулярные орбитали. Двух мешающих электронов больше нет. 6 π-электронов соответствуют правилу Хюккеля. У дикатиона всего 6 π-электронов. Следовательно, этот ион обладает ароматическими свойствами. Он соответствует обоим критериям ароматичности вещества и очень стабилен. Поэтому он переходит в плоскую конформацию, превращаясь в плоский цикл. В восьмиатомном цикле возникает определенное напряжение, и он стремится перейти в конформацию «ванна». Но это плоский дикатион, обладающий чрезвычайной стабильностью, поэтому стремится оставаться плоским. Повышенная стабильность обусловлена ароматичностью. И этот ион на самом деле плоский. Как видите, сам циклооктатетраен не обладает ароматичностью, а вот его катион обладает, доказывая концепцию ароматической стабилизации. Subtitles by the Amara.org community