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:9:27

Транскрипция к видео

Правило Хюккеля применимо к моноциклическим веществам. Но есть и полициклические соединения, обладающие ароматическими свойствами. Одно из таких веществ — нафталин. Слева показана структурная формула нафталина. Нафталин традиционно используется для борьбы с молью. У него весьма характерный запах. И это ароматическое вещество, хотя и не такое стабильное, как бензол. Оно напоминает два соединенных вместе бензольных кольца. Давайте проанализируем нафталин, используя критерии ароматичности соединения. Посмотрим на каждый атом углерода. У каждого атома углерода есть двойная связь, каждый sp2-гибридизирован, поэтому у каждого атома углерода есть негибридная p-орбиталь. Всего атомов углерода десять. Давайте перейдем на рисунок справа и добавим атомам по p-орбитали. К каждому атому углерода пририсуем по одной p-орбитали. Они располагаются рядом друг с другом и могут перекрываться. Следовательно, это вещество соответствует первому критерию ароматичности органических веществ. p-орбитали перекрывают друг друга и происходит делокализация электронов в двух циклах. Что касается второго критерия, то есть правила Хюккеля о числе электронов, то к нафталину технически невозможно его применить. Но давайте подсчитаем: 2, 4, 6, 8, 10 π-электронов. У нафталина 10 π-электронов. По правилу должно быть 4n + 2. При n = 2, 4 * 2 + 2 дает 10 π-электронов. Такое число электронов соответствует правилу Хюккеля. Нафталин соответствует сразу двум критериям, хотя технически правило Хюккеля не применимо к полициклическим соединениям. 10 π-электронов полностью делокализованы по обоим циклам. Это можно показать, используя резонансные структуры. Если построить резонансную структуру нафталина, эти электроны смещаются сюда, эти электроны сюда, эти — сюда. Получается другая резонансная структура. Нарисуем, что получится в результате смещения электронов. Теперь π-электроны располагаются здесь. Слева кольцо, похожее на бензол. Справа π-электроны на прежних местах. Давайте выделим π-электроны цветом. Вот эти электроны слева. На самом деле они располагаются по обе стороны от одинарной связи с определенной вероятностью их обнаружения. Поэтому не обязательно рисовать их так, можно и наоборот. Давайте нарисуем другой вариант этой формулы. Это не разные резонансные структуры, а всего лишь разные варианты отображения одной резонансной структуры. Я просто рисую эти электроны по другую сторону связи. Давайте выделим их цветом, вновь используем синий. Эти две формулы одинаковы, это одно вещество. Это всего лишь несовершенный способ отобразить строение молекулы. Я могу нарисовать электроны слева, могу справа, но смысл один. Отталкиваясь от этой картинки, можно нарисовать другую резонансную структуру. Рисуем новую резонансную структуру на основе этой. Эти электроны смещаются сюда, эти сюда, а эти электроны сюда. Продолжим и нарисуем получившуюся структурную формулу. Эти π-электроны по-прежнему здесь. Остальные связи распределяются так. Итак, вот три резонансные структуры для молекулы нафталина. Это говорит о делокализации 10 π-электронов и объясняет наличие у нафталина некоторых ароматических свойств, хоть и слабее, чем у бензола. В молекуле бензола все связи одинаковой длины. Но у нафталина все же есть некоторые ароматические свойства. Нафталин — простейший пример полициклического ароматического углеводорода. Можно привести еще несколько примеров подобных соединений. В качестве примера можно привести антрацен и еще множество других соединений, содержащих конденсированные ароматические циклы. Но вместо этого рассмотрим другой пример — изомер нафталина. Это азулен. Азулен — это замечательный синий краситель. Углеводород синего цвета редкое явление. Он интересен не только этим. У него усиленный дипольный момент, связанный с молекулой, и повышенная электронная плотность в пятиатомном цикле. Итак, слева азулен. Один из его циклов — пятиатомный. В пятиатомном цикле больше электронов, чем положено, этим обусловлен дипольный момент. Рассмотрим резонансные структуры, чтобы выяснить причину. Эти π-электроны отсюда смещаются сюда, электроны отсюда — сюда. Давайте нарисуем получившуюся резонансную структуру. Получается ион следующего вида. Расставим формальные заряды. Эти электроны, выделенные синим, оказываются у верхнего атома углерода. Верхний атом углерода приобретает формальный отрицательный заряд. Вот этот формальный отрицательный заряд. Что касается этого атома углерода, он лишается связи и приобретает положительный заряд. Он превращается в карбокатион. В этой резонансной структуре есть два формальных заряда. Правый цикл в молекуле азулена — это семиатомный цикл. Как видите, в нем 6 π-электронов. И это карбокатион. Мы рассматривали такое в прошлом ролике. Все атомы sp2-гибридизированы, p-орбитали перекрываются, π-электронов 6. Семиатомный цикл — ароматический. А вот слева цикл пятиатомный. В нем есть π-электроны. π-электроны справа, как у нафталина, принадлежат обоим циклам. Поэтому я нарисую их в левом цикле. Кроме того, этот цикл имеет формальный отрицательный заряд. Как и в прошлом ролике, это ароматический ион. У него 6 π-электронов. Давайте обозначим их. Здесь, здесь и здесь. Вот π-электроны из резонансной структуры. Здесь 6 π-электронов. Все атомы углерода sp2-гибридизированы. Посмотрите предыдущий ролик, я подробно объяснял причины ароматичности этих ионов. Вследствие ароматичности они чрезвычайно стабильны. Резонансная структура справа вносит наибольший вклад в понимание структуры молекулы. Отрицательный заряд делокализован по малому, пятиатомному циклу. Положительный заряд делокализован по семиатомному циклу. Из-за этого у азулена большой дипольный момент. Он значительно превышает ожидаемый, именно по причине наличия двух ароматических циклов с высокой стабильностью. Это уже знакомый анион — циклопентадиенил-анион. И знакомый катион — циклогептатриенил-катион из того ролика. Перераспределение электронов позволяет азулену поглощать в оранжевой части спектра, что является редкостью в органике из-за большой длины волны. И это позволяет отражать в синей части спектра, что тоже редкость. Этим обусловлено его название: в слове «азулен» угадывается «лазурь». Это всего лишь два примера полициклических соединений с ароматическими свойствами. Subtitles by the Amara.org community