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:9:38

Транскрипция к видео

Соединение является ароматическим, если содержит непрерывно перекрывающиеся p-орбитали с 4n + 2 π-электронами, где n — целое число. n может быть 0, 1, 2 и так далее. Давайте проанализируем циклопропенил-катион. Я обвел циклопропенил-катион. Сколько у него π-электронов? π-электронов в этом ионе два. Давайте я запишу это. Рассмотрим атомы углерода. Здесь двойная связь и sp2-гибридизация, здесь тоже, верхний атом также в состоянии sp2-гибридизации. У sp2-гибридизированных атомов есть свободная p-орбиталь. Все атомы углерода имеют p-орбиталь. Давайте покажем это на рисунке. Каждый атом углерода в цикле имеет p-орбиталь. Мы можем предположить, что эти орбитали перекрывают друг друга и ион соответствует первому критерию. p-орбитали непрерывно перекрываются по кругу. Эти орбитали — атомные орбитали. У иона три атомные орбитали. Согласно теории молекулярных орбиталей, атомные орбитали стремятся стать тремя молекулярными орбиталями. Проанализируем относительные энергетические уровни молекулярных орбиталей с помощью круга Фроста. Мы уже видели такие круги. Проводим осевую линию по центру круга, отделив связывающие орбитали от антисвязывающих. Рисовать в круге Фроста всегда начинают снизу. Многоугольник должен соответствовать числу атомов в цикле. Здесь цикл трехатомный, поэтому вписываем треугольник в круг Фроста. Итак, впишем треугольник вот в этот круг. Смысл этого рисунка в том, что места пересечения окружности многоугольником соответствуют энергетическим уровням молекулярных орбиталей. У этого иона есть 3 молекулярные орбитали. Что будет в круге? В круге Фроста следующее: одна молекулярная орбиталь расположена здесь, две молекулярные орбитали здесь. Энергия связывающих молекулярных орбиталей всегда ниже, поэтому орбиталь внизу круга является связывающей. Кроме того, есть две антисвязывающие орбитали. Здесь всего два π-электрона, их размещают аналогично электронной конфигурации. Первой заполняют самую нижнюю орбиталь. Это связывающая молекулярная орбиталь. π-электронов два. Эти электроны полностью заполняют связывающую молекулярную орбиталь. Что насчет соответствия правилу Хюккеля? У циклопропенил-катиона есть всего 2 π-электрона, поэтому на антисвязывающих орбиталях пусто. Умножаем 4 на 0, получаем, естественно, 0. 0 + 2 = 2. Правило выполняется, т. к. π-электронов два. Второй критерий также выполняется, поэтому этот катион обладает ароматичностью. Я запишу это рядом с изображением иона. Он очень стабилен. Наличие ароматичности позволяет понять химические свойства, присущие молекуле циклопропенона. Молекула циклопропенона испытывает угловую деформацию, а дипольный момент превышает ожидаемый. Оба этих свойства становятся понятны при рассмотрении резонансной структуры молекулы. Давайте построим резонансную структуру. π-электроны сдвигаются к атому кислорода. В результате получается по-прежнему трехатомный цикл, а у атома кислорода три неподеленные электронные пары и формальный отрицательный заряд. Одна из связей с карбонильным атомом исчезает, и он получает формальный положительный заряд. Как видите, у нас получается чрезвычайно стабильный циклопропенил-катион. Ароматический. У большинства карбонильных соединений влияние резонансной структуры невелико, но не здесь. Ароматические свойства циклопропенил-катиона обеспечивают ему стабильность, и молекула кетона получает часть этой стабильности. Мы можем нарисовать молекулу с положительным зарядом, который делокализован в трехатомном цикле, а атом кислорода несет отрицательный заряд. Теперь давайте проанализируем увеличенный дипольный момент. Так как левая часть молекулы заряжена положительно и стабильна, дипольный момент увеличивается, дополнительно повышая стабильность, несмотря на сильную угловую деформацию в молекуле циклопропенона. Концепцию ароматической стабильности можно использовать и при анализе структуры других молекул. Рассмотрим еще один пример. Эта молекула называется циклобутадиен. Слева его структурная формула. Подсчитаем π-электроны здесь: здесь два и здесь два. Итого 4 π-электрона. В этой молекуле 4 π-электрона. У каждого атома углерода есть двойная связь, все в состоянии sp2-гибридизации, у каждого свободная p-орбиталь. Я добавлю p-орбитали на рисунок молекулы циклобутадиена. Схематически обозначу, что эти p-орбитали могут перекрываться. Первый критерий выполняется: есть кольцо непрерывно перекрывающихся p-орбиталей. Но вспомним про второй критерий — необходимость наличия 4n + 2 π-электронов. Здесь столько нет, тут всего 4 π-электрона. Это 4n, где n равен единице. 4 * 1 = 4. Здесь 4n π-электронов, но не 4n + 2. Из этого следует, что это соединение не обладает ароматичностью. Давайте изобразим его молекулярные орбитали и разместим на этих орбиталях 4 π-электрона. На рисунке видны 4 p-орбитали. В молекуле циклобутадиена 4 атомных орбитали. Эти 4 атомные орбитали должны стать четырьмя молекулярными орбиталями. Теперь можно нарисовать круг Фроста. Рисуем осевую линию через центр окружности, отделяя связывающие молекулярные орбитали от антисвязывающих. Начинаем с нижней части круга Фроста. Четырехатомный цикл означает, что нужно нарисовать четырехугольник. Вписываем квадрат в круг. Места, где четырехугольник пересекает окружность, соответствуют энергетическим уровням молекулярных орбиталей. Молекулярных орбиталей всего 4. Если их нарисовать, одна окажется ниже линии. Это связывающая орбиталь. Одна орбиталь находится выше линии. Это антисвязывающая орбиталь. Еще две молекулярные орбитали находятся прямо на линии. Это несвязывающие молекулярные орбитали. Разместим на орбиталях 4 π-электрона. Первой заполняется орбиталь с минимальной энергией. Сюда уходят 2 π-электрона. Осталось еще два. Тут есть две несвязывающие молекулярные орбитали с одинаковой энергией. По правилу Хунда для электронных конфигураций эти электроны не могут быть спаренными, потому что орбитали имеют одинаковую энергию. Вот, что у нас получается. Как видите, здесь есть два неспаренных электрона. Это подразумевает, что молекула очень химически активна. Да, так и есть. Циклобутадиен реагирует даже сам с собой. Он очень химически активен, следовательно совсем не стабилен. Ароматичности нет. Первый критерий ароматичности выполняется, а вот для соответствия второму критерию не хватает электронов. Это пример антиароматического вещества. В таких циклах выполняется первый критерий, есть непрерывно перекрывающиеся p-орбитали, но не выполняется второй критерий, нет 4n + 2 π-электронов. Антиароматических веществ в мире существует очень немного. Циклобутадиен — антиароматическое соединение. В следующем ролике мы рассмотрим несколько новых примеров ароматичности. Subtitles by the Amara.org community