Dessa är cykliska kolväten med tre dubbelkonjugerade bindningar i cykeln.
Bensen C 6 H 6- förfader till aromatiska kolväten. Det isolerades först av Faraday 1825 från tändgas.
Var och en av de sex kolatomerna i dess molekyl är i tillståndet sp 2 hybridiseringar och är kopplad till två intilliggande kolatomer och en väteatom med tre σ-bindningar. Bindningsvinklarna mellan varje par av π-bindningar är 120 0 .
Således är skelettet av σ-bindningar en regelbunden hexagon där alla kolatomer och alla C–C- och C–H σ-bindningar ligger i samma plan.
p-elektroner av alla kolatomer bildar ett enda cykliskt π-elektronmoln, koncentrerat över och under ringens plan.
Alla C–C-bindningar i bensen är ekvivalenta, deras längd är 0,140 nm, vilket motsvarar ett mellanvärde mellan enkel och dubbel.
Detta betyder att det i bensenmolekylen inte finns några rent enkla och dubbelbindningar mellan kolatomer (som i formeln som föreslogs 1865 av den tyske kemisten F. Kekule), och de är alla inriktade (delokaliserade).
Allmän formel för den homologa serien av bensen CnH2n-6(n ≥ 6).
Om det finns två eller flera radikaler indikeras deras position med antalet kolatomer i ringen som de är bundna till. Ringen är numrerad så att antalet radikaler är det minsta.
För disubstituerade bensener
R-C 6 H 4 -R"
Ett annat sätt att konstruera namn används också:
orto- (O-)
substituenter vid intilliggande kolatomer i ringen, 1,2-;
meta- (m-)
substituenter genom en kolatom (1,3-);
par-(P-)
substituenter på motsatta sidor av (1,4-)-ringen.
Isomerism i arenor.
Det bestäms av antalet substituenter, deras placering i bensenringen och möjligheten till isomerism av kolskelettet i substituenter som innehåller mer än tre kolatomer.
För ett aromatiskt kolväte C8H10 det finns 4 isomerer: orto-, meta- och para-xylener och etylbensen.
PRODUKTION AV AROMATISKA KOL
Dehydrering av cykloalkaner
2. Dehydrocyklisering (dehydrering och cyklisering) av alkaner i närvaro av en katalysator
3. Trimerisering av acetylen över aktivt kol Zelinskys reaktion):
4.Alkylering av bensen med haloalkaner i närvaro av vattenfri aluminiumklorid, eller alkener:
FYSIKALISKA EGENSKAPER.
Bensen och dess närmaste homologer är färglösa vätskor med en karakteristisk lukt, med en densitet på mindre än 1 g/ml. Brandfarlig. Olösligt i vatten, men mycket lösligt i opolära lösningsmedel. Bensen och toluen är giftiga (påverkar njurar, lever, benmärg, blod).
De högre arenorna är fasta ämnen.
KEMISKA EGENSKAPER.
På grund av närvaron delokaliserat -system arenor kännetecknas inte av additions- eller oxidationsreaktioner som leder till en kränkning av aromaticiteten. De är mest karakteristiska elektrofila substitutionsreaktioner väteatomer associerade med cykeln -S E.
1. REAKTIONER PÅ TILLÄGG TILL ARENER
Dessutom reaktioner som leder till förstörelsen av den aromatiska strukturen i bensenringen, arener kan komma in med stor svårighet.
A. hydrering. Tillsatsen av väte till bensen och dess homologer sker vid förhöjd temperatur och tryck i närvaro av metallkatalysatorer.
b. Radikal klorering. Med radikal klorering av bensen erhålls hexaklorcyklohexan - "hexachloran" (ett medel för att bekämpa skadliga insekter).
2. REAKTIONER PÅ RADIKAL ERSÄTTNING AV VETEATOMER I SIDOKEDJA:
När det gäller bensenhomologer, under inverkan av klor i ljus eller vid upphettning, sker reaktionen radikal substitution i Sidokedja:
3. Arenoxidationsreaktioner
Bensen oxideras inte ens under inverkan av starka oxidationsmedel (KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , etc.). Därför används det ofta som ett inert lösningsmedel i oxidationsreaktioner av andra organiska föreningar.
Till skillnad från bensen oxideras dess homologer ganska lätt. Under verkan av en KMnO 4-lösning i en sur miljö och uppvärmning i bensenhomologer oxideras endast sidokedjor, medan karboxylgruppen förblir från sidokedjan, och resten går till koldioxid:
5C 6 H 5 - CH 3+6KMnO4 +9H2SO4 à5C 6H5 - COOH+6MnSO4 +3K2SO4 +14H2O
5C 6 H 5 - CH 2-CH 3+12KMnO4 +18H2SO4 à5C 6H5 - COOH+5CO 2+12MnSO4+
6K2SO4 +28H2O
Om oxidation sker i en neutral lösning vid upphettning, bildas ett salt av bensoesyra och kaliumkarbonat:
C 6 H 5 - CH 2-CH 3+4KMnO 4 àC 6 H 5 – KUTTRA K+K 2 CO3+4MnO2 +KOH+2H2O
4. ERSÄTTNINGSREAKTIONER I BENSENRINGEN
Halogenering
Ersättningen av väteatomen i bensenringen med en halogen sker i närvaro av katalysatorerna AlCl 3 , AlBr 3 , FeCl 3 , etc.:
Nitrering
Bensen reagerar med en nitreringsblandning (en blandning av koncentrerad salpetersyra och svavelsyra):
Alkylering
Substitution av en väteatom i bensenringen med en alkylgrupp ( alkylering) inträffar under åtgärden alkylhalogenider i närvaro av katalysatorer AlCl3, FeBr3 eller alkener i närvaro av fosforsyra:
Föreläsning 16
POLYCYKLISKA AROMATISKA KOLVÄTEN
Föreläsningsöversikt.
1. Polycykliska aromatiska kolväten med isolerade ringar
1.1 Bifenylgrupp
1.2. Polyfenylmetaner
2. Kondenserade bensenoidkolväten
2.1 Naftalen
2.2. Antracen, fenantren
1. Polycykliska aromatiska kolväten med isolerade ringar
Det finns två grupper av polycykliska aromatiska kolväten (arener) med flera bensenringar.
1. Kolväten med isolerade ringar. Dessa inkluderar bifenyl och di- och trifenylmetaner.
2. Kolväten med kondenserade ringar eller bensoidkolväten. Dessa inkluderar naftalen, antracen och fenantren.
1.1. Bifenylgrupp
Definition: Aromatiska föreningar där två (eller flera) ringar (ringar) är förbundna med varandra genom en enkelbindning kallas polycykliska aromatiska kolväten med isolerade ringar.
Den enklaste aromatiska kolväteföreningen med isolerade ringar är bifenyl. Positionerna för substituenterna i bifenylformeln anges med siffror. I en ring är siffrorna inte markerade: 1, 2 ..... I den andra ringen markeras siffrorna med ett streck 1, 2, etc.:
Schema 1.
Bifenyl är ett kristallint ämne med T pl. 70°C, T kp. 254 0 C, har en bred tillämpning på grund av termisk och kemisk beständighet. Det används inom industrin som ett högtemperaturkylmedel. Inom industrin produceras bifenyl genom pyrolys av bensen:
Schema 2.
Laboratoriemetoden för att erhålla är verkan av natrium eller koppar på jodbensen
Schema 3.
Reaktionen fortskrider särskilt smidigt i närvaro av elektronbortdragande substituenter i arylhalogeniderna, vilket ökar rörligheten för halogenen i kärnan:
Det viktigaste derivatet av bifenyl är diaminbensidin. Det erhålls vanligtvis genom att reducera nitrobensen till hydrazobensen och isomerisera den senare under påverkan av syror:
Schema 5.
Bensidin är utgångsmaterialet för framställning av många substantiella (direkta) färgämnen. Närvaron av två aminogrupper som kan diazoteras gör det möjligt att erhålla bis-azofärgämnen med en djup färg. Ett exempel på ett färgämne som härrör från bensidin är Kongos röda indikator:
Schema 6.
I det kristallina tillståndet ligger båda bensenringarna av bifenyl i samma plan. I lösning och i gasform är vinkeln mellan ringarnas plan 45 0 . Bensenringarnas utträde från planet förklaras av den rumsliga interaktionen mellan väteatomer i positionerna 2, 2 och 6, 6:
Schema 7.
Om det finns stora substituenter i ortopositionerna blir det svårt att rotera kring C-C-bindningen. Om substituenterna inte är desamma kan motsvarande derivat separeras i optiska isomerer. Denna form av rumslig isomerism kallas rotationsoptisk isomerism eller atropisomerism.
Schema 8.
Bifenyl deltar mycket mer aktivt än bensen i elektrofila aromatiska substitutionsreaktioner. Bromering av bifenyl med en ekvimolär mängd brom leder till bildningen av 4-brombifenyl. Ett överskott av brom leder till bildningen av 4,4`-dibrombifenyl:
Schema 9.
Bifenylnitreringsreaktioner, Friedel-Crafts-acylering och andra elektrofila aromatiska substitutionsreaktioner fortskrider på liknande sätt.
1.2. Polyfenylmetaner
Definition:
Aromatiska föreningar i vilka från två till fyra bensenringar är anslutna till en kolatom i tillståndet av sp 3 hybridisering.
Grundaren av den homologa serien av polyfenylmetan är toluen, följande förening är difenylmetan:
Schema 10.
Di- och trifenylmetan framställs med hjälp av bensen genom Friedel-Crafts-reaktionen med två metoder:
1. Från metylenklorid och kloroform:
Schema 11.
2. Från bensylklorid och bensylidenklorid:
Schema 12..
Difenylmetan är ett kristallint ämne med T pl. 26-27 0 C, har doft av apelsin.
När difenylmetan oxideras bildas bensofenon:
Schema 13.
Trifenylmetan är ett kristallint ämne med T pl. 92,5 0 C. Med bensen ger en kristallin molekylförening T pl. 78 0 C. Trifenylmetan oxideras lätt till trifenylkarbinol. Väteatomen i sin molekyl ersätts lätt av metaller och halogener. I sin tur trifenylkarbinol under inverkan av väteklorid trifenylklormetan. Trifenylklormetan bildar vid reduktion trifenylmetan och vid hydrolys trifenylkarbinol:
Schema 14..
Strukturen hos trifenylmetan utgör grunden för de så kallade färgämnena i trifenylmetanserien. Aminotrifenylmetaner är färglösa ämnen, de kallas leukoföreningar (från grekiska leukos - vita, färglösa). När de oxideras i ett surt medium bildar de färgade salter. I dessa salter är färgbäraren (kromoforen) en konjugerad jon med en positiv laddning fördelad mellan kol- och kväveatomerna. Den mest framträdande representanten för denna grupp är malakitgrön. Det erhålls genom Friedel-Crafts reaktion:
Schema 15.
Under oxidationen av leukoföreningen bildas ett system av konjugerade bindningar genom bensenringen mellan kväveatomen och kolet i trifenylmetansystemet, som har övergått till sp 2-hybridiseringstillståndet. En sådan struktur kallas quinoid. Närvaron av en quinoid struktur säkerställer utseendet på en djup intensiv färg.
Den mycket använda indikatorn fenolftalein tillhör gruppen trifenylmetanfärgämnen. Erhålls genom reaktion av fenol och ftalsyraanhydrid (ftalsyraanhydrid) i närvaro av svavelsyra:
Schema 16.
2. Kondenserade bensenoidkolväten
Kolväten som innehåller två eller flera bensenringar som delar två kolatomer kallas sammansmälta bensenoidkolväten.
2.1. Naftalen
Det enklaste av de kondenserade bensoiska kolvätena är naftalen:
Schema 17.
Positionerna 1, 4, 5 och 8 betecknas "a", positionerna 2, 3, 6, 7 betecknas "p". Följaktligen, för naftalen, är förekomsten av två monosubstituerade, som kallas 1 (α)- och 2 (β)-derivat, och tio disubstituerade isomerer möjlig, till exempel:
Schema 18.
Sätt att få.
Huvuddelen av naftalen erhålls från stenkolstjära.
Under laboratorieförhållanden kan naftalen erhållas genom att leda bensen och acetylenångor över träkol:
Schema 19.
Dehydrocyklisering över platina av bensenhomologer med en sidokedja av fyra eller fler kolatomer:
Schema 20.
Genom reaktionen av diensyntesen av 1,3-butadien med P-bensokinon:
Schema 21.
En bekväm laboratoriemetod för att erhålla naftalen och dess derivat är en metod baserad på Friedel-Crafts reaktion:
Schema 22.
Naftalen är ett kristallint ämne med T pl. 80 0 C, kännetecknad av hög volatilitet.
Naftalen går lättare in i elektrofila substitutionsreaktioner än bensen. I detta fall hamnar den första substituenten nästan alltid i α-positionen, eftersom det i detta fall bildas ett energimässigt gynnsammare σ-komplex än vid substitution i β-positionen. I det första fallet stabiliseras σ-komplexet genom omfördelning av elektrondensitet utan att störa aromaticiteten hos den andra ringen; i det andra fallet är sådan stabilisering inte möjlig:
Schema 23.
Ett antal elektrofila substitutionsreaktioner i naftalen:
Schema 24.
Inträde av ett elektrofilt medel i β-positionen är mindre vanligt. Som regel sker detta under specifika förhållanden. I synnerhet fortskrider sulfoneringen av naftalen vid 60°C som en kinetiskt kontrollerad process, med den övervägande bildningen av 1-naftalensulfonsyra. Sulfonering av naftalen vid 160 °C fortsätter som en termodynamiskt kontrollerad process och leder till bildning av 2-naftalensulfonsyra:
Schema 25.
Platsen för inträde av den andra substituenten i naftalensystemet bestäms av:
1. Orienteringspåverkan av en existerande substituent;
2. Skillnader i reaktiviteten för α- och β-positionerna.
I det här fallet är följande villkor uppfyllda:
1. Om en av naftalenringarna har en substituent av det första slaget, kommer den nya substituenten in i samma ring. En substituent av det första slaget i 1(α)-positionen skickar den andra substituenten, huvudsakligen till 4( par)-placera. Isomer med en andra substituent i 2( orto)-position bildas i små mängder, till exempel:
Schema 26.
De elektronbortdragande substituenterna som finns i naftalenmolekylen styr attacken till en annan ring i 5:e och 8:e positionerna:
Schema 27.
Schema 28.
Oxidation av naftalen med atmosfäriskt syre med vanadinpentoxid som katalysator leder till bildning av ftalsyraanhydrid:
Schema 29.
Naftalen kan reduceras genom inverkan av olika reduktionsmedel med tillsats av 1, 2 eller 5 mol väte:
Schema 30.
2.2. Antracen, fenantren
Genom att bygga upp ytterligare en ring från naftalen kan två isomera kolväten erhållas - antracen och fenantren:
Schema 31..
Positionerna 1, 4, 5 och 8 betecknas "α", positionerna 2, 3, 6 och 7 betecknas "β", positionerna 9 och 10 betecknas "γ" eller "meso" - mittpositionen.
Sätt att få.
Huvuddelen av antracen erhålls från stenkolstjära.
Under laboratorieförhållanden erhålls antracen genom Friedel-Crafts reaktion från bensen eller med tetrabrometan:
Schema 32.
eller genom reaktion med ftalsyraanhydrid:
Schema 33.
Som ett resultat av det första steget av reaktionen erhålls antrakinon, som lätt reduceras till antracen, till exempel med natriumborhydrid.Fittig-reaktionen används också, enligt vilken antracenmolekylen erhålls från två molekyler orto- brombensylbromid:
Schema 34.
Egenskaper:
Antracen är ett kristallint ämne med T pl. 213 0 C. Alla tre bensenringar av antracen ligger i samma plan.
Antracen tillsätter lätt väte, brom och maleinsyraanhydrid till positionerna 9 och 10:
Schema 35.
Bromtillsatsprodukten förlorar lätt vätebromid för att bilda 9-bromantracen.
Under inverkan av oxidationsmedel oxideras antracen lätt till antrakinon:
Schema 36.
Fenantren, liksom antracen, är en beståndsdel i stenkolstjära.
Precis som antracen tillsätter fenantren väte och brom till 9 och 10 positionerna:
Schema 37.
Under inverkan av oxidationsmedel oxideras fenantren lätt till fenantrenkinon, som ytterligare oxideras till 2,2`-bifensyra:
Schema 36.
Demonstrationsmaterial till föreläsningen
Schema 1. Strukturformel för bifenyl och beteckningsordningen för substituenternas position i bifenylmolekylen.
Schema 2.
Schema för syntes av bifenyl genom pyrolys av bensen.
Schema 3. Schema för syntes av bifenyl från jodbensen.
Schema 4.
Schema för syntes av bifenyl enligt Ullmann-reaktionen.
Schema 5. Schema för syntes av bensidin.
Schema 6. Kongo-indikatorn är röd.
Schema 7. Schema för steriska interaktioner av väteatomer i orto- och orto-avsättningar.
Schema 8. Roterande optiska isomerer.
Schema 9. Schema för den elektrofila substitutionsreaktionen.
Följande förening är difenylmetan: 
Schema 10. Polyfenylmetaner.
Schema 11. Schema för syntes av di- och trifenylmetan, metylenklorid och kloroform.
Schema 12. Schema för syntes av di- och trifenylmetan från bensylklorid och bensylidenklorid.
Schema 13. Schema för difenylmetanoxidation.
Schema 14. Reaktioner som involverar derivat av trifenylmetan.
Schema 15. Schema för syntes av malakitgrönt färgämne.
Schema 16. Schema för syntes av indikatorn fenolftalein.
Schema 18. Naftalenderivat.
Sätt att få.
POLYCYKLISKA AROMATISKA KOLVETEN MED ISOLERADE CYKLAR
Aromatiska kolväten med flera bensenringar delas in i:
1. Kolväten med icke-kondenserade kretslopp. Dessa inkluderar bifenyl och di- och trifenylmetaner.
2. Kolväten med kondenserade kretslopp. Dessa inkluderar naftalen, antracen och fenantren.
Bifenylgrupp
Definition: Aromatiska föreningar där två (eller flera) ringar (ringar) är förbundna med varandra genom en enkelbindning kallas polycykliska aromatiska kolväten med isolerade ringar.
Bifenyl betraktas som ett exempel:
Inom industrin produceras bifenyl genom pyrolys av bensen:
Laboratoriemetoden för framställning är verkan av natrium eller koppar på jodbensen, eller i närvaro av elektronbortdragande substituenter i arylhalogeniderna, vilket ökar rörligheten av halogenen i kärnan:
Bifenyl är ett kristallint ämne med T pl. 70°C, T kp. 254 0 C. Termodynamiskt stabil. Det används inom industrin som ett högtemperaturkylmedel.
Bifenyl deltar mycket mer aktivt än bensen i elektrofila aromatiska substitutionsreaktioner. Bromering av bifenyl med en ekvimolär mängd brom leder till bildningen av 4-brombifenyl. Ett överskott av brom leder till bildningen av 4,4`-dibrombifenyl:
Bifenylnitreringsreaktioner, Friedel-Crafts-accelering och andra elektrofila aromatiska substitutionsreaktioner fortskrider på liknande sätt.
Polyfenylmetaner
Definition: Aromatiska föreningar i vilka från två till fyra bensenringar är anslutna till en kolatom i tillståndet av sp 3 hybridisering.
Grundaren av den homologa serien av polyfenylmetan är toluen, följande förening är difenylmetan:
Di- och trifenylmetan framställs med hjälp av bensen genom Friedel-Crafts-reaktionen med två metoder:
1. Från metylenklorid och kloroform:
2. Från bensylklorid och bensylidenklorid:
Difenylmetan är ett kristallint ämne med T pl. 26-27 0 C, har doft av apelsin.
När difenylmetan oxideras bildas bensofenon:
Strukturen av trifenylmetan utgör grunden för de så kallade färgämnena i trifenylmetanserien:
1. Malakitgrönt (briljant grönt) erhålls genom Friedel-Crafts reaktion:
2. Fenolftalein.
Erhålls genom reaktion av fenol och ftalsyraanhydrid (ftalsyraanhydrid) i närvaro av svavelsyra:
KONDENSERADE BENSOIDVÄTEKOL
Kolväten som innehåller två eller flera bensenringar som delar två kolatomer kallas sammansmälta bensenoidkolväten.
Naftalen
Det enklaste av de kondenserade bensoiska kolvätena är naftalen:
Positionerna 1, 4, 5 och 8 betecknas "a", positionerna 2, 3, 6, 7 betecknas "p".
Sätt att få.
Huvuddelen av naftalen erhålls från stenkolstjära.
Under laboratorieförhållanden kan naftalen erhållas genom att leda bensen och acetylenångor över träkol:
Dehydrocyklisering över platina av bensenhomologer med en sidokedja av fyra eller fler kolatomer:
Genom reaktionen av diensyntesen av 1,3-butadien med P-bensokinon:
Naftalen är ett kristallint ämne med T pl. 80 0 C, kännetecknad av hög volatilitet.
Naftalen går lättare in i elektrofila substitutionsreaktioner än bensen. I detta fall blir den första substituenten nästan alltid i α-positionen:
Inträde av ett elektrofilt medel i β-positionen är mindre vanligt. Som regel sker detta under specifika förhållanden. I synnerhet fortskrider sulfoneringen av naftalen vid 60°C som en kinetiskt kontrollerad process med den övervägande bildningen av 1-naftalensulfonsyra. Sulfonering av naftalen vid 160 °C fortsätter som en termodynamiskt kontrollerad process och leder till bildning av 2-naftalensulfonsyra:
När en andra substituent införs i naftalenmolekylen, bestäms orienteringen av naturen hos substituenten som redan finns i den. Elektrondonatorsubstituenter lokaliserade i naftalenmolekylen riktar attacken till samma ring i 2:a och 4:e positionerna.
S.Yu. Eliseev
Begreppet aromatiska kolväten, deras användning, fysikalisk-kemiska och brandexplosiva egenskaper.
Modern förståelse av bensenmolekylens struktur. Homolog serie av bensen, nomenklatur, isomerism. Arene toxicitet.
Grundläggande kemiska reaktioner:
substitutioner (halogenering, nitrering, sulfonering, alkylering)
tillsatser (väte och halogener);
oxidation (ofullständig oxidation, egenskaper hos förbränningsprocessen, tendens till spontan förbränning vid kontakt med starka oxidationsmedel);
Regler för substitution i bensenringen. Vice första och andra raden.
Industriella metoder för att erhålla aromatiska kolväten.
Kort beskrivning av de viktigaste aromatiska kolvätena: toluen, bensen, xylen, etylbensen, isopropylbensen, styren, etc.
Aromatiska nitroföreningar, fysikalisk-kemiska och brandfarliga egenskaper hos nitrobensen, toluen. Reaktioner för att ta emot dem.
Aromatiska aminer: nomenklatur, isomerism, produktionsmetoder, individuella representanter (anilin, difenylamin, dimetylanilin).
Aromatiska kolväten (arener)
Aromatiska föreningar kallas vanligtvis karbocykliska föreningar, i vars molekyler det finns en speciell cyklisk grupp med sex kolatomer - bensenringen. Det enklaste ämnet som innehåller en sådan grupp är kolvätet bensen; alla andra aromatiska föreningar av denna typ anses vara derivat av bensen.
På grund av närvaron av en bensenring i aromatiska föreningar skiljer de sig signifikant i vissa egenskaper från mättade och omättade alicykliska föreningar, såväl som från föreningar med en öppen kedja. De särskiljande egenskaperna hos aromatiska ämnen, på grund av närvaron av en bensenkärna i dem, brukar kallas aromatiska egenskaper, och bensenkärnan, respektive den aromatiska kärnan.
Det bör noteras att själva namnet "aromatiska föreningar" inte längre har sin ursprungliga direkta betydelse. Detta var namnet på de första studerade bensenderivaten, eftersom de hade en arom eller var isolerade från naturliga aromatiska ämnen. För närvarande inkluderar aromatiska föreningar många ämnen som har både obehaglig lukt eller ingen lukt alls om deras molekyl innehåller en platt ring med (4n + 2) generaliserade elektroner, där n kan anta värdena 0, 1, 2, 3 , etc. .d., är Hückels regel.
Aromatiska kolväten av bensenserien.
Den första representanten för aromatiska kolväten - bensen - har sammansättningen C6H6. Detta ämne upptäcktes av M. Faraday 1825 i en vätska som bildades under kompression eller kylning av den sk. tändgas, som erhålls vid torrdestillation av kol. Därefter upptäcktes bensen (A. Hoffman, 1845) i en annan produkt från torrdestillation av kol - i stenkolstjära. Det visade sig vara ett mycket värdefullt ämne och fick bred användning. Sedan fann man att väldigt många organiska föreningar är derivat av bensen.
Strukturen av bensen.
Under lång tid förblev frågan om bensens kemiska natur och struktur oklar. Det verkar som att det är en starkt omättad förening. När allt kommer omkring motsvarar dess sammansättning C6H6 enligt förhållandet mellan kol- och väteatomer formeln CnH2n-6, medan det mättade kolvätet som motsvarar antalet kolatomer hexan har sammansättningen C6H14 och motsvarar formeln CnH2n+2. Emellertid ger bensen inte reaktioner som är karakteristiska för omättade föreningar; till exempel ger det inte bromvatten och KMnO4-lösning; under normala förhållanden är den inte benägen för additionsreaktioner, den oxiderar inte. Tvärtom går bensen i närvaro av katalysatorer in i substitutionsreaktioner som är karakteristiska för mättade kolväten, till exempel med halogener:
C6H6 + Cl2® C6H5Cl + HCl
Det visade sig dock att bensen under vissa förhållanden även kan ingå i additionsreaktioner. Där, i närvaro av katalysatorer, hydreras den och tillsätter 6 väteatomer:
C6H6 + 3H2® C6H12
Under inverkan av ljus tillför bensen långsamt 6 halogenatomer:
C6H6 + 3Cl2® C6H6Cl6
Vissa andra additionsreaktioner är också möjliga, men de går alla med svårighet, många gånger mindre aktivt än addition till dubbelbindningar i ämnen med öppet mål eller i alicykliska föreningar.
Vidare fann man att monosubstituerade derivat av bensen C6H5X inte har isomerer. Detta visade att allt väte och alla kolatomer i dess molekyl är ekvivalenta i sin position, vilket inte heller hittat en förklaring på länge.
För första gången föreslogs formeln för bensens struktur 1865. Den tyske kemisten August Kekule. Han föreslog att de 6 kolatomerna i bensen bildar en cykel, ansluter till varandra genom alternerande enkel- och dubbelbindningar, och dessutom är var och en av dem kopplad till en väteatom: CH CH CH CH CH CH Kekule föreslog att dubbelbindningarna i bensen inte orörlig; enligt honom rör de sig (oscillerar) kontinuerligt i ringen, vilket kan representeras av schemat: CH (I) CH (II) Formler I och II, enligt Kekule, CH CH CH CH är helt ekvivalenta och bara ½½<=>½½ uttrycker 2 ömsesidigt passerande CH CH CH CH CH faser av föreningen av bensenmolekylen. CH CHKekule kom till denna slutsats på grundval av att om positionen för dubbelbindningar i bensen var fixerad, skulle dess disubstituerade derivat C6H4X2 med substituenter vid närliggande kol existera i form av isomerer i positionen för enkel- och dubbelbindningar:
½ (III) ½ (IV)
C CNS S-X NS S-X
½½½<=>½½½
Kekule-formeln har blivit utbredd. Det överensstämmer med begreppet fyrvärt kol, förklarar ekvivalensen av väteatomer i bensen. Förekomsten av en sexledad cykel i den senare har bevisats; i synnerhet bekräftas det av det faktum att bensen under hydrering bildar cyklohexan, i sin tur förvandlas cyklohexan till bensen genom dehydrering.
Kekule-formeln har dock betydande nackdelar. Om man antar att det finns tre dubbelbindningar i bensen kan hon inte förklara varför bensen i detta fall knappast går in i additionsreaktioner, är motståndskraftig mot inverkan av oxidationsmedel, d.v.s. visar inte egenskaperna hos omättade föreningar.
Studien av bensen med de senaste metoderna indikerar att det i dess molekyl mellan kolatomer varken finns vanliga enkla eller vanliga dubbelbindningar. Till exempel visade studien av aromatiska föreningar med hjälp av röntgenstrålar att 6 kolatomer i bensen, som bildar en cykel, ligger i samma plan vid hörn av en regelbunden hexagon och deras centra är på lika avstånd från varandra, vilket utgör 1,40 A Dessa avstånd är mindre än avstånden mellan centra för kolatomer anslutna med en enkelbindning (1,54 A), och mer än m. anslutna med en dubbelbindning (1,34 A). Således, i bensen, är kolatomer sammankopplade med hjälp av speciella, ekvivalenta bindningar, som kallades aromatiska bindningar. Till sin natur skiljer de sig från dubbel- och enkelbindningar; deras närvaro bestämmer bensens karakteristiska egenskaper. Ur moderna elektroniska koncepts synvinkel förklaras karaktären av aromatiska bindningar enligt följande.
