Chương 11: Aren - hydrocarbon thơm pps

Ch−¬ng 11

AREN - HYDROCARBON TH¬M

Môc tiªu häc tËp

1. Gi¶i thÝch cÊu t¹o cña nh©n th¬m.

2. Gäi tªn ®−îc c¸c hydrocarbon th¬m.

3. Tr×nh bµy c¸c tÝnh chÊt hãa häc cña benzen: c¬ chÕ SE.

Aren hay lµ hydrocarbon mµ trong ph©n tö cã mÆt cña mét hay nhiÒu nh©n

benzen. Aren cßn gäi lµ hydrocarbon th¬m - hydrocarbon h−¬ng ph−¬ng

1. Benzen vµ nh©n th¬m

1.1. CÊu t¹o benzen

Benzen cã c«ng thøc ph©n tö C6H6. N¨m 1825 lÇn ®Çu tiªn Faraday M. ph¸t

hiÖn benzen trong khÝ ®èt. N¨m 1834 Mitscherlich E. A. ®iÒu chÕ benzen tõ acid

benzoic thu ®−îc tõ c©y Styrax benzoin. N¨m 1845 Hofmann t×m thÊy benzen

trong nhùa than ®¸. Benzen cã mét sè tÝnh chÊt ®Æc tr−ng gäi lµ " tÝnh th¬m ".

§Ó gi¶i thÝch tÝnh chÊt ®Æc tr−ng ®ã c¸c nhµ hãa häc ®· ®−a ra c¸c d¹ng c«ng thøc

cÊu t¹o cña benzen.

1.1.1. C¸c d¹ng c«ng thøc cæ ®iÓn

Kekule Closs Ladenburg Amstrong Dewar Thiele

C¸c c«ng thøc trªn kh«ng gi¶i thÝch ®Çy ®ñ tÝnh chÊt hãa häc ®Æc tr−ng cña

benzen. C«ng thøc benzen theo Kekule cã 3 liªn kÕt ®«i suy ra benzen dÔ tham gia

ph¶n øng céng hîp h¬n ph¶n øng thÕ vµ benzen kh«ng bÒn víi t¸c nh©n oxy hãa.

Trªn thùc tÕ benzen dÔ tham gia ph¶n øng thÕ, khã céng hîp vµ rÊt bÒn víi c¸c

chÊt oxy hãa.

C¸c c«ng thøc Closs, Ladenburg, Amstrong, Dewar vµ Thiele ®Òu ch−a tháa

m·n ®Çy ®ñ c¸c tÝnh chÊt hãa -lý cña benzen nh− ®é dµi liªn kÕt vµ kh¶ n¨ng

ph¶n øng.

129

1.1.2. Kh¸i niÖm hiÖn ®¹i vÒ cÊu t¹o benzen

B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vËt hiÖn ®¹i: ph−¬ng ph¸p R¬nghen, quang phæ vµ

nhiÔu x¹ ®iÖn tö, cÊu t¹o cña ben zen ®· ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

• Benzen cã cÊu t¹o vßng ph¼ng, 6 nguyªn tö carbon vµ 6 nguyªn tö hydro

®Òu n»m trong mét mÆt ph¼ng. Vßng benzen hoµn toµn ®èi xøng.

• Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö carbon trong vßng ®Òu b»ng nhau 1,398 A

lµ ®¹i l−îng trung gian gi÷a ®é dµi liªn kÕt ®¬n thuÇn tóy vµ (1,54) vµ liªn

kÕt ®«i (1,35A ). Gãc gi÷a c¸c liªn kÕt C–C−C vµ C−C−H ®Òu b»ng nhau vµ

cã gi¸ trÞ 120° (h×nh11-1 a )

o

o

c

Caùc orbital p töï do

treân caùc nguyeân töû carbon

Goùc vaø ñoä daøi

lieân keát

Söï xen phuû caùc orbital

taïo lieân keát σ C-C vaø σ C-H

a

Hình 11.1:

b

Xen phuû caùc orbital p töï do

vaø taïo lieân keát π

o 1,398A

120 o

. H

H

H

H

H

H

. . .

. .

d

H1 s

σ

Csp2

σ C sp2

Lieân keát π

H H

H

H H

H

sp

2C

σ σ

• Mçi nguyªn tö carbon t¹o 3 liªn kÕt σ. Trong ®ã cã 2 liªn kÕt σ do sù xen phñ

cña 2 orbital lai hãa sp2

gi÷a carbon−carbon bªn c¹nh nhau. Cßn mét liªn kÕt σ

gi÷a C−H do xen phñ cña orbital lai hãa sp2 cña carbon vµ cña orbital s cña hydro

(h×nh11.1b).

• Trªn mçi nguyªn tö carbo cßn mét orbital p ch−a lai hãa.

• Trôc c¸c orbital nµy th¼ng gãc víi mÆt ph¼ng cña vßng benzen (h×nh 11.1c).

TÊt c¶ c¸c orbital nµy xen phñ lÉn nhau t¹o thµnh mét orbital ph©n tö π

chung duy nhÊt (h×nh 11.1d). Nh− vËy c¸c orbital p trong vßng benzen ®· liªn hîp

víi nhau thµnh mét hÖ thèng liªn hîp hoµn chØnh. Do hÖ thèng liªn hîp nµy mµ

kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö carbon trong vßng benzen hoµn toµn ®ång nhÊt.

Benzen trë nªn bÒn v÷ng, khã tham gia ph¶n øng céng hîp, khã bÞ oxy hãa vµ dÔ

tham gia ph¶n øng thÕ. TÝnh chÊt ®Æc tr−ng nµy cña benzen gäi lµ "tÝnh th¬m".

VËy: "TÝnh th¬m " lµ kh¶ n¨ng cña mét hîp chÊt: DÔ cho ph¶n øng thÕ, khã

cho ph¶n øng céng hîp vµ ph¶n øng oxy hãa

Cã thÓ t−îng tr−ng c«ng thøc cÊu t¹o cña benzen nh− sau:

130