Ароматичность гетероциклических соединений

Также ароматичными являются такие гетероциклические соединения, как фуран, тиофен, имеющие в цикле по шесть тг-электронов, или нафталин, у которого в двух конденсированных циклах имеется 10 тс-электронов. [c.149]

Соединения с такой структурой называются ароматическими. Их молекулы представляют собой плоские циклы, в которых при перекрывании негибридизованных 2р-орбиталей образуются молекулярные л-орбитали, на которых размещено 4п+2 электрона (п = 0 или целому положительному числу).При этом орбиталь с наименьшей энергией расположена симметрично над и под плоскостью кольца. Такие соединения не обязательно должны быть карбоциклическими, ароматический характер имеют и многие гетероциклические соединения. Следует добавить, что условию ароматичности могут удовлетворять не только нейтральные молекулы, но и ионы или радикалы. [c.66]

По мере синтеза и изучения соединений с сопряженными связями понятие ароматичности было перенесено на многочисленные гетероциклические соединения, часть которых схематически изображена на рис. 21.16 (/—7). В этих молекулах, как и в молекуле бензола, образуется сопряженная система из шести л-электронов, хотя в вершинах и располагается только пять атомов. Здесь в образовании делокализованной я-орбитали принимают участие четыре р-электрона атомов углерода и два р-электрона атома кислорода (серы, азота). Энергия сопряжения в этих молекулах также достаточно велика, хотя и несколько меньше, чем в бензоле. Например, в молекуле тиофена эта энергия равна 130 кДж/моль, в молекулах пиррола и фу рана — около 96 кДж/моль. [c.260]

Фуран, пиррол и тиофен вступают в реакции электрофильного замещения с большей легкостью, чем бензол, тогда как пиридин и хинолин вступают в эти реакции труднее бензола. По сравнительной легкости, с которой эти гетероциклические -соединения и бензол вступают в указанный тип реакций (нитрование, сульфирование, галоидирование),, их можно расположить в следующий ряд, в котором слева от бензола располагаются соединения, обладающие большей ароматичностью и легче, чем бензол, вступающие в эти реакции, а справа—соединения, вступающие в них труднее бензола [c.56]

Подводя итог, можно сказать, что при неортодоксальном взгляде на правило Хюккеля понятие ароматичности не ограничивается лишь бензоидными структурами, но распространяется и на многие вещества так называемого небензоидного строения. Более того, ароматическими могут быть и гетероциклические соединения и даже ионы. [c.582]

Среди циклических сопряженных систем наибольший интерес представляет группа соединений, отличительной чертой которых является повышенная термодинамическая устойчивость по сравнению с сопряженными открытыми системами. Эти соединения обладают и другими особыми свойствами, совокупность которых объединяют общим понятием ароматичности. К ним, в первую очередь, относится способность таких формально ненасыщенных соединений вступать в реакции замещения, а не присоединения, устойчивость к действию окислителей и температуры. Циклы этих систем по химическому строению могут быть только углеродными (арены и их производные) или содержать еще гетероатомы (гетероциклические соединения), и в них может осуществляться как л, Л-, так и р, л-сопряжение. [c.45]

Эффективность выделения асфальтенов в значительной степени зависит от природы и вытекающих отсюда сорбционных свойств асфальтенов. Известно, что все асфальтены обладают низкой сорбционной способностью к парафиновым и нафтеновым углеводородам. Чем выше ароматичность асфальтенов, тем выше их адсорбционная способность в отношении высокомолекулярных ароматических и гетероциклических соединений. [c.435]

Правило Хюккеля и его толкование в рамках теории МО успешно объясняют ароматичность и гетероциклических соединений, имеющих плоские молекулы, содержащие сопряженные двойные связи, и число я-электронов, равное (4л +2). Такие соединения называют гетероароматическими. Гетероатомы участвуют в образовании ароматических я-электронных систем в этих соединениях двумя способами. [c.400]

Задача 8.7. Применив правило ароматичности (4и+2), определите, являются ли ароматическими следующие гетероциклические соединения [c.404]

Гетероциклические соединения классифицируют по размеру цикла, характеру гетероатомов, по наличию ароматичности, а также по числу гетероатомов и конденсированных циклов в молекуле. [c.433]

Наибольшую значимость представляют ароматические гетероциклические соединения, которые имеют электронное строение, подобное ароматическим углеводородам, и соответствуют критериям ароматичности. Рассмотрим проявление ароматичности у ряда важнейших представителей гетероциклических соединений [c.353]

Помимо производных бензола существуют также гетероциклические соединення с признаками ароматичности (см. 39.1). [c.517]

Эффективность выделения асфальтенов в значительной степени зависит от их природы, и в частности от адсорбционных свойств асфальтенов. Известно, что все асфальтены обладают низкой адсорбционной способностью к парафиновым и нафтеновым углеводородам. Чем выше ароматичность асфальтенов, тем выше их адсорбционная способность к высокомолекулярным ароматическим и гетероциклическим соединениям. Так, относительный удерживаемый объем нафталина на асфальте-нах, выделенных из асфальта, не превышает 20—42, а на крекинг-остатках он равен 129 [51]. Найдено также, что содержание смол в асфальтеновых остатках, полученных при различных кратностях, и кривые удерживания различных ароматических и гетероциклических соединений (нафталина, хинолина и др.) асфальтенами симбатны. Поэтому существует правило полнее отделяются асфальтены от смол у нефтей парафинонафтенового основания, труднее — у нефтей ароматического основания. Легче и полнее отделяются асфальтены от смол из нефтяных остатков, полученных при первичной переработке нефти [53]. [c.15]

Строение пяти- и шестичленных гетероциклических соединений отвечает требованию ароматичности — они содержат замкнутую шести-я -электронную систему. [c.539]

Ароматичность гетероциклических соединений обусловлена секстетом т -электронов, образованным одной неподеленной парой гетероатома и четырьмя тг-электронами двойных связей. С этой точки зрения более строгая аналогия существует между этероциклами и циклопентадиенид-ионом (III), который содержит на один протон меньше, чем углеводород (I). Действительно, этот ион не только имеет ароматический секстет, но, несомненно, обладает также ароматичностью, которой лишен циклопентадиен. Кроме того, он полностью симметричен формула III является только одной из пяти эквивалентных канонических структур. Поэтому в этой главе формула III будет заменяться более правильным изображением (IV). [c.113]

Асфальтены, в отличие от смол, не растворимы в алканах, имеют высокую степень ароматичности, которая в совокупности с высокой молекулярной массой гетероциклических соединений приводит к значительному межмолекуляриому взаимодействию, способствующему образованию надмолекулярных структур. Наличие надмолекулярной структуры асфальтенов является одной из важнейших особенностей этих компонентов и, в целом, определяет сложности их аналитического исследования. Если смолы можно легко разделить на узкие фракции то для разделения асфальтенов нужны специальные растворители, обладающие различной полярностью, а также специальные приемы, включающие гидрирование, термодеструкцию, озонолиз, а также набор современных методов (ИК- и УФ-спектроскопия, ЯМР-, ЭПР- и масс-спектрометрия, люминисцентный и рентгеноструктурный анализы) [19, 22, 23]. Например, экспериментами по гидрированию смол с М 600-800 и асфальтенов с М 1700 в мягких условиях [23] было показано, что из них могут быть получены углеводороды, по составу и свойствам приближающиеся к соответствующим углеводородам, вьвделенным из высокомолекулярной части нефти. Основное их отличие в более высокой цикличности, повышенном содержании серы и меньшем содержании атомов углерода с алифатическими связями. Это свидетельствует о наличии прямой генетической связи между высокомолекулярными углеводородами, гетероатомными соединениями, смолами, асфальтенами. [c.19]

Впервые понятие о сольватном слое, асфальтеновых частиц ввел Нейман [118]. Образование межфазных слоев в асфальтенсодер-жащих системах определяется природой и адсорбционными свойствами асфальтенов. Все асфальтены обладают низкой адсорбционной активностью по отношению к алканам. С увеличением степени ароматичности асфальтенов повышается их адсорбционная способность к аренам и гетероциклическим соединениям. Путем независимых калориметрических исследований установлено влияние состава дисперсионной среды, природы и концентрации твердых частиц асфальтенов на их склонность к сольватации, определяемой по теплоте сорбции асфальтенов аренами [126]. Так, теплота сорбции аренов асфальтенами вторичного происхождения значительно превышает соответствующую величину для нативных асфальтенов. Поверхность асфальтенов независимо от их природы энергетически неоднородна, мозаична. В отличие от поверхности асфальтенов вторичного происхождения, характеризующейся преобладанием лиофобных участков, поверхность нативных асфальтенов по характеру менее лиофобна, что существенно влияет на структуру образуемых вокруг асфальтеновых частиц сольватных слоев. [c.32]

Все это связано с особенностью структур этих гетероциклических соединений. У них в пятичленных кольцах четыре тг-электрона двух сопряженных двойных связей и неподеленная электронная пара гетеро-атома (О, S, N) образуют секстет тс-электронов, что укладывается в рамки правила ароматичности Хюккеля. (4п-г2) л-электронов в замкнутой системе сопряженных кратных связей (где п - целое нео фицатель-ное число). Таким образом, эти шесть тс-электронов ко,ища образуют делокализованную систему, как в бензоле [c.248]

Проблема элеетронного и пространственного строения молекулы бензола хорошо известна. Особая термическая устойчивость бензола и его производных, стремление молекул этих соединений сохранять в различного рода химических превращениях неизменной свою главную структурную единицу — шестичленное сопряженное кольцо — привели к выделению этих соединений в самостоятельный, широко разветвленный класс ароматических соединений. Сопряженные циклические углеводороды и гетероциклические соединения, характеризующиеся свойствами, подобными бензолу (термодинамической стабильностью и склонностью к реакциям замещения, но не присоединения или расщепления), названы бензоидными, а соединения, не обладающие этими свойствами, — небензоидными. Наконец, еще более общее и концептуально важное понятие органической химии — ароматичность — также выведено из анализа свойств бензола и его аналогов. [c.265]

Гетероциклические системы. Явление ароматичности не ограничивается карбоциклическими соединениями. Замещение какого-либо из углеродных атомов в перечисленных выше соединениях на другие атомы дает новые ароматические системы при условии, что я-электронная система не изменяется. Замещение СН-групп в бензоле на изоэлектронный (т. е. содержащий такое же число электронов) азот приводит к образованию серии гетероциклических ароматических соединений пиридин, пиридазин, пиримидин и пиразин. Возможно и дальнейшее замещение. Во всех этих соединениях циклическая бя-электрон-ная система ( ароматический секстет ) использует по одному электрону от каждого атома кислорода и азота, оставляя по свободной паре электронов на р -орбитали каждого азота на месте бензольной связи С—Н. В результате эти гетероциклические соединения обладают слабоосновными свойствами, основность свободной электронной пары на р -орбитали значительно меньше, чем свободной пары на 5рЗ-орбитали (ср. С—Н-кислотность в алканах и алкинах, разд. 8.2.1). Циклопен-тадиенид-анион можно также рассматривать как родоначальное карбоциклическое соединение серии гетероциклических ароматических соединений. Фуран и тиофен имеют ароматический секстет, в котором по одному электрону дают каждый из четырех углеродных атомов (т. е. две двойные связи), а два электрона являются свободной парой кислорода или серы. В пирроле [c.306]

Фуран представляет собой гетероциклическое соединение низ- -кой ароматичности и высокой реакдионноспособности по отноше-нию к реакции галогенирования. Хлорирование даже при —30 °С С приводит к образованию различных полихлорзамещенных продук- I-тов и некотрых продуктов присоединения [69]. С другой стороны,, 1, наличие в положении 2 фурана электроноакцепторной группы ы (примерами могут служить- фуран карбоновая кислота, а-ацетил- ге-фуран или фурфурол) стабилизует кольцо и оно способно выдержать гь галогенирование в самых жестких условиях (пример 6.6). Замеще-ние происходит преимущественно в положение 5. Галогенирование тиофена (пример 6.5), имидазола и пиразола идет легко, однако пир- о-рол под действием кислых реагентов или кислых побочных продук- -тов полимеризуется. Тем не менее индол, один из бензпирролов, э, удовлетворительно бромируется лод действием бромгидрата пер--р-бромида пиридиния [70] [c.457]

Нитрование гетероциклических соединений охватывает настолько широкую область, что здесь будет дано только краткое обсуждение. Для конкретных примеров следует обращаться к монографиям [37, 38], посвященным химии гетероциклов, и к обзору по нитрованию гетероциклических азотсодержащих соединений [39]. Условий нитрования меняются от очень мягких в случае гетероциклов с низкой степенью ароматичности, например тиофена [40] или пиррола [39], до очень жестких в случае азотсодержащих гетероциклов с высокой степенью ароматичности и дезактивирующихся за счет образования солей. Например, пиридин в дымящей серной кислоте с нитратом калия при 300 °С дает около 20% 3-нитропиридина[41]. Несомненно, этот метод может быть улучшен. С другой стороны, N-окнсь пиридина легко нитруется и образуется N-окись 4-нитропирндина (пример 6.2). [c.483]

Оказывается, кольцевой ток такого направления и силы возникает только в молекулах ароматических соединений поэтому его наличие, на которое указывают необычные значения химических сдвигов, является самым распространенным экспериментальным критерием ароматичности. Спектры ЯМР бензола (ароматического углеводорода), фурана (ароматического гетероциклического соединения) и циклооктатетраена (неароматического анну-лена) иллюстрируют это явление (рис. 15-6). [c.583]

Напротив, для пятичленного гетероциклического соединения пиррола (2.29) характерно плоскостное сопряжшие электронной пары атома азота с тг-электронами бутадиеиовой-1,3 системы в результате такого сопряжения образуется находимый для ароматичности секстет тг-электронов. Спектр пиррола резко отличается от спектра бензола. [c.36]

Ароматический характер гетероциклических соединений проявляется в ультрафиолетовых и инфракрасных спектрах. Спектральные исследования, особенно в УФ и видимой области, а также спектроскопия ядерного магнитного резонанса имеют чрезвычайно важное значение для оценки степени ароматичности соединений, определения положения таутомерного равновесия и изучения невьщеляемых интермедиатов различных превращений. [c.25]

Для всех остальных карбоциклических ароматических соединений и гетероциклических соединений углерод-углеродные связи различаются по длине и могут быть как длиннее, так и короче, чем в бензоле. Так, например, в нафталине связь С(1)—С(2) укорочена до 1,371 А, а связь С(2)—С(3) удлинена до 1,41 А по сравнению с бензолом, так же как и связь С(1)-С(9) — 1,42 А. Та же закономерность наблюдается в антрацене, тетрацене, пентацене и других ценах, пае связь С(1)-С(2) значительно короче, чем связь С(2)-С(3). В фенантрене длина связи С(9)—С(10) составляет всего 1,350 А, тогда как длина связи С(10)—С(10а) равна 1,453 А. В ароматических [18]-, [22]- и других мостиковых аннуленах углерод-углеродные связи также не равны по длине. Таким образом, эквивалентность углерод-углеродных связей не может рассматриваться в качестве серьезного критерия ароматичности циклических сопряженных полиенов. [c.363]

Гетероциклы, подобные пиридину, в которых электронная плотность на атомах углерода понижена, называются л-дефицитны-ми гетероциклическими соединениями. К ним относятся пиридин, пиримидин, пиридазин, пиразин, катионы пирилия и тиопирилия, триазины и др. Пятичленные гетероциклы (пиррол, фуран и тиофен) можно рассматривать как я-избыточные ароматические системы. Индексы ароматичности ЭДОЭ для некоторых гетероциклов приведены в табл. 12.2. Согласно этому критерию, 5-членные гетероциклы менее ароматичны, чем бензол, но пиридин и хинолин по ароматичности сравнимы с бензолом. [c.370]

Учебное издание английского автора посвящено одному из важнейших разделов органической химии — химии гетероциклических соединений. Рассмотрены критерии ароматичности и неароматич-ности гетероциклов с привлечением теории МО и физико-химических характеристик, а также методы синтеза гетероциклических соединений и номенклатура. [c.575]

Правило Хюккеля (4п+2) и его толкование в рамках теории МО успещно объясняет ароматичность также и гетероциклических соединений, имеющих плоские молекулы и системы сопряженных двойных связей в них. Приведем примфы [c.149]

В сильнокислой среде пятичленные гетероциклические соединения утрачивают ароматичность, так как при этом из ароматического секстета уходит пара электронов гетероатома. Это свойство называют ацидо-фобиостью (боязнь кислоты). В результате утраты ароматичности такие гетероциклы по своей ненасыщенности становятся подобны сопряженным диенам и легко полимеризуются (осмоляются) в сильнокислой среде [c.151]

При активации степень ароматичности структурных фрагментов углеродных остатков повышается, так как отношение С Н увеличивается. На формирование пористой структуры существенное влияние оказывает содержание серы в нефтяных связующих и карбониза-тах. В процессе активирования оно, по сравнению с содержанием других гетероатомов, уменьшается не столь значительно или вообще не уменьшается, так как сера, вероятно, входит в состав более термостойких гетероциклических соединений, которые переходят в кокс. Высокая термическая стабильность этих соединений обусловлена наличием периконденсированных ароматических колец. С увеличением содержания гетероатомов увеличивается количество дефектов в кристаллической решетке. Это приводит к повышению микропористости и улучшению адсорбционных характеристик (табл. 10.100). [c.610]

Как показали данные, приведенные в табл. 7.43, примерно одинаковые размеры кристаллитов карбонизатов и их межплоскостных расстояний свидетельствуют о том, что влияние группового состава на структуру карбонизатов незначительно, существенное влияние оказывает степень упорядоченности кристаллитов. Максимальной степенью упорядоченности обладает адсорбенты, полученные из связующих, содержащих максимальное количество алканов и циклоалканов, так как в процессах деструкции — циклоконденсации последние формируют однородныепачки асфальтенов, (а затем и кокс) содержащие незначительное количество гетероатомов. Кроме того, постепенное выделение летучих продуктов из зоны карбонизации способствует формированию более плотной и более упорядоченной структуры. При активации степень ароматичности структурных фрагментов углеродных остатков повышается, так как отношение С Н увеличивается. Па формирование пористой структуры существенное влияние оказывает содержание серы в нефтяных связующих и карбониза-тах. В процессе активирования оно по сравнению с содержанием других гетероатомов уменьшается не столь значительно или вообще не уменьшается, так как сера, вероятно, входит в состав более термостойких гетероциклических соединений, которые переходят в кокс. Высокая термическая стабильность этих соединений обусловлена наличием периконденсированных ароматических колец. [c.615]

Гетероциклы типа 6 могут служить яркими примерами гетероциклических соединений второго типа, но не существует доказательства того, что плоская циклическая структура (которая формально содержала бы 6т-электронов) предпочтительна для этих соединений. Например, молекула озона нециклическая, а циклический триа-зиридин (6, X=Y=N HMe2 Z=N 02Et), хотя и был выделен, но стремится к быстрому раскрытию цикла, так как молекула содержит пирамидальные атомы азота [441. Из четырехчленных циклических систем типа 7 только дитиет (X=Y=S) стабилен, но нет доказательств ароматичности этой циклической системы. [c.39]

Концепцию ароматичности первоначально связывали со стабильностью бензола и отличием его реакционной способности от реакционной способности типичных ациклических полиенов. Существует традиционная точка зрения, что ароматические соединения склонны к сохранению ароматичности, т. е. вступают в реакции замещения, а не присоединения или раскрытия цикла. Эта точка зрения имеет силу, так как склонность к сохранению циклической системы в процессе реакции обусловлена большей стабильностью такого состояния. Реакционную способность, однако, нельзя рассматривать как критерий ароматичности, так как она зависит от разницы энергий основного н п )еходного состояний. Например, на основании критериев, обсуждаемых в разд. 2.2, пиррол можно считать более ароматичным, чем фуран, однако пиррол более реакци-онноспособея по отношению к электрофилам. Это обусловлено тем, что атом азота с неподеленной парой электронов гораздо легче поляризуется, чем атом кислорода, поэтому атом азота легче отдает электрон. Силабензол (рис. 2.5) можно привести в качестве примера гетероциклического соединения, имеющего значительный ароматический характер, однако по многим признакам он обладает высокой реакционной способностью соединение впервые удалось получить на аргоновых матрицах при 10 К. Его можно назвать неактивным только по сравнению с соединениями, содержащими изолированные т-связи углерод — кремний. [c.41]

К пятичленным ароматическим гетероциклическим соединениям с одним гетероатомом относятся пиррол, фуран н тиофен. Ранее было показано соответствие этих соединений критериям ароматичности (см. 2.2). Однако степень их ароматичности ниже, чем у классического ароматического соединения — бензола. Это связано с электроотри-Цательностью гетероатомов в рассматриваемых гетероциклах, в результате Чего не может быть полного выравнивания электронной Плотности по всем атомам цикла, как это характерно для бензола. [c.357]

Указанная выше аналогия спектров соединений I—III и спектров соответствующих ароматических углеводородов не является неожиданной. Причина ее, очевидно, заключается в наличии в циклах с гетероатомами л-электронов, обусловливающих ароматичность соединения. Вместе с тем, сходство электронных спектров рассматриваемых гетероциклических соединений со спектрами ароматических углеводородов непосредственно свидетельствует об образовании в молекулах этих соединений единого я-электронного облака, что дает основание ожидать известную выравнен-ность связей в гетеропикле. В то же время, как видно из сравнения спектров, индивидуальность гетероатомов подавляется нри этом лишь частично. Так, например, смещешие в длинноволновую сторону полос поглощения соединения II по сравнению со смещением полос поглощения соединения [c.62]

Таким образом, асфальтенами являются нерастворимые в алканах, относительно сформированные гетероциклические соединения нефти, имеющие такие значения молекулярной массы, степени ароматичности, которые приводят к значительному межмолекулярному взаимодействию, способствующему образованию надмолекулярных структур, выявляемых рентгенострукг [c.39]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология