Эта увлекательная химия - страница 8

Н_>6), а заодно переименовал его в бензин. Позже известный немецкий химик Либих дал новое имя соединению — бензол. Это название прижилось и в русской номенклатуре.

Как построена молекула бензола? Как видно из формулы С_>6Н_>6, насыщенным углеводородом бензол быть не может: общая формула предельных углеводородов С_>nН_>2n+2, а бензолу для этого не хватает 14 — 6 = 8 атомов водорода!

Может быть, в бензоле есть двойные или тройные связи? Попробуем представить себе, какие могут быть варианты его формулы. Например:

Можно еще придумать изомеры, отличающиеся положением двойных и тройных связей.

Теперь у нас есть то, что называется рабочей гипотезой. Попробуем проверить ее. Если удастся доказать правильность одной из предложенных нами структур, гипотеза превратится в теорию, если нет — будем думать дальше.

Есть очень простая реакция, которая позволяет быстро и надежно установить наличие двойных или тройных связей в ненасыщенных углеводородах. Это присоединение брома по кратным связям. Достаточно несколько раз встряхнуть непредельный углеводород с бромной водой, как желтый раствор обесцвечивается. Если предположить, что верна последняя формула, то должно получиться такое соединение:

Встряхиваем бензол с бромной водой. Никакого эффекта! Значит, эти наши умозрительные построения неверны.

Попробуем присоединить к молекуле бензола не бром, а водород. Если делать это в специальном приборе над катализатором, то мы получим из бензола углеводород с формулой C_>6H_>12. Что это -ненасыщенный углеводород, гексен, содержащий в цепи двойную связь? Подействуем на него бромной водой — реакция отрицательная. Тогда остается предположить, что углеводород C_>6H_>12 имеет замкнутое, циклическое строение. Это кольцо, состоящее из шести групп СН_>2:

По-видимому, бензол тоже имеет циклическую структуру. И формула для него напрашивается такая:

С двойными связями? Но — бромная вода!? Приходится предположить, что три двойные связи, сведенные вместе в одном шестичленном кольце, ведут себя как-то по-новому.

Формула бензола — шестиугольник с тремя двойными связями — подтверждается синтезом бензола из ацетилена. Из трех молекул ацетилена получается одно бензольное кольцо. При этом одна из трех связей ацетилена как бы идет на образование простой связи с углеродным атомом другой молекулы, а две остаются. В результате получаем чередование двойных и простых связей:

Так или примерно так рассуждал немецкий химик Фридрих Август Кекуле, когда в 1865 году впервые пришел к выводу, что бензол — это шестиугольник с чередующимися двойными и простыми связями.

Формула Кекуле была встречена бурными дебатами, которые не утихали еще в течение многих десятилетий. Действительно, какие-то свойства бензола эта формула хорошо объясняла, а какие-то ей противоречили.

Оказалось, что бензол все-таки может при некоторых условиях присоединять галогены, например, шесть атомов хлора, по всем трем двойным связям. С озоном бензол взаимодействует тоже как циклогексатриен (так можно назвать соединение, изображаемое формулой Кекуле).

Но, с другой стороны, атомы водорода в бензоле очень легко могут быть замещены на другие группы (мы еще поговорим об этом). Эта способность — одна из основных в комплексе свойств бензола, которые называются ароматичностью. Происхождение термина "ароматичность" несколько парадоксально. В свое время было известно очень немного углеводородов, подобных бензолу. Все они обладали специфическим запахом, ароматом, за что и получили название ароматических. Потом оказалось, что многие углеводороды этого класса совсем не обладают запахом, но термин остался. Так вот, ароматичность бензола (т. е., в частности, способность легко замещать атомы водорода) никак не объясняется формулой Кекуле.

Далее. Для каждого двузамещенного бензола, судя по этой формуле, должны существовать два изомера. Например, для орто-ксилола это изомеры

На самом деле никому не удавалось выделить два изомера орто-ксилола.

Обратим внимание на этот гипотетический процесс. Мы еще поговорим о нем в дальнейшем

Пришлось создателю теории строения бензола вносить "уточнения" в свою формулу. Кекуле предположил, что двойные связи не закреплены в бензоле, а все время перемещаются: