Стабильность циклических ароматических соединений

Вопрос о строении ароматических соединений и близких к ним соединений гетероциклического ряда в течение почти ста лет является одним из наиболее важных вопросов органической химии. Как известно, для этих соединений характерны следующие, так называемые ароматические свойства высокая стабильность их циклических группировок—ароматических ядер и как следствие легкость образования таких ядер при различных процессах затрудненность реакций присоединения, также обусловленная стабильностью ароматических ядер специфическое влияние ароматических ядер на химические свойства связанных с ними заместителей способность атомов водорода ароматического ядра к замещению при реакциях нитрования, сульфирования и галогенирования. [c.119]

Комплексы с макроциклическими лигандами. Эта группа комплексов составляет обширный и наиболее своеобразный класс комплексных соединений с органическими лигандами. Эти органические макро-циклические лиганды подразделяются на ароматические (порфирины, фталоцианины) и неароматические. Ароматические лиганды имеют плоскую структуру и обладают высокой жесткостью скелета молекулы по отношению к конформационным превращениям. По существу они имеют только одну плоскую конформацию. Эти комплексы обладают предельно высокой устойчивостью к распаду на составные части (ион металла и лиганд) в растворе. Из большого числа факторов, определяющих их высокую стабильность, главное место занимает макроциклический эффект. Этот эффект обусловлен не столько упрочением донорно-акцепторной химической связи металл—макроцикл, сколько пространственным экранированием реакционного центра МК4, в результате которого предельно сильно ограничивается доступ к нему реагента (сольватированный протон НзО , Н (8)), вызывающего распад комплекса, например [c.163]

Известен ряд небензоидных ароматических систем, обладающих стабилизацией вследствие циклической делокализации, например производные катиона циклопропенилия (см. гл. V.A), циклопента-диенид-иона (см. гл. V.B), катиона тропилия (гл. У.Д). Синтезированы аннулены с 14 и 18 я-электронами, которые выявляют характерные для ароматических соединений сигналы протонов в спектрах ПЛ1Р, но стабильность их меньше ввиду внутримолекулярного отталкивания атомов водорода внутри цикла, что делает молекулу [c.216]

С эмпирической точки зрения ароматическими соединениями являются соединения, молекулярная формула которых соответствует высокой степени ненасыщенности и которые тем не менее не вступают в реакции при соединения, характерные обычно для ненасыщенных соединений. Вместо реакций присоединения эти ароматические соединения часто наподобие бензола вступают в реакции электрофильного замещения. Наряду с инертностью в реакциях присоединения проявляется также необычная стабильность этих соединений — низкие значения теплот гидрирования и сгорания. Ароматические соединения имеют циклическую структуру — обычно содер жат пяти-, шести- или семичленные циклы — и ири их изучении физическими методами обнаруживается, что их молекулы плоские (или почти плоские). Протоны в этих соединениях имеют примерно такие же величины химических сдвигов в ЯМР-спектрах (разд. 13.18), как протоны в бензоле и его производных. [c.313]

Сопряженные двойные связи (чередующиеся простые и двойные связи) обусловливают особую стабильность органических молекул, особенно в циклических системах. Стабильность этих ароматических соединений лучше всего обсудить па примере наиболее известного их представителя — бензола. [c.538]

Разработан новый стабильный катализатор, отличающийся хорошей селективностью, сохранения моно-циклических ароматических углеводородов. Выход бензина из широкой фракции черемховской смолы 60,53% (68,2% с С5). Октановое число бензина 81,3, ас добавкой 1 мл Р-9 на 1 л — 86,8. Процесс пригоден и для нефтяного сырья, в этом случае выход бензина 62,44% (68,4% с С5), октановое число 85,2, а с добавкой Р-9 — 91,1 При низкотемпературном гидрировании фракций нейтральных кислородсодержащих соединений сланцевой смолы образуется до 30% фенолов (на МоЗг) или до 60% (на N10) [c.35]

Из рассмотренного выше экспериментального материала следует, что для шестичленных циклических систем с тремя двойными связями (бензольная система) характерна выдающаяся стабильность. Трудно протекают реакции присоединения, доминируют своеобразные реакции замещения. Поэтому такие соединения выделили в особый класс, дав им название ароматические углеводороды или ароматические соединения (некоторые соединения такого типа обладают приятным запахом). Структурные особенности (система циклогексатриена) и особые химические свойства (легкое замещение, трудное присоединение) стали называть ароматическими свойствами. Впоследствии к ароматическим соединениям причислили также все полициклические соединения с конденсированными циклами, несмотря на то, что не все они отвечали основному требованию — вступать только в реакции замещения. [c.212]

Ароматическое соединение - частица, имеющая плоскую циклическую структуру, обладающая делокализованной системой (4 + 2) я-электронов и более стабильная, нежели любая структура, в которой все электроны локализованы (как, например, в формуле Льюиса). [c.402]

По правилу Хюккеля, стабильными (ароматическими) являются циклически-сопряженные соединения с числом л -электронов 2, 6, 10, 14, 18 и т. д. Бензол (и = 2) со своими шестью д-электронами является лишь одним из возможных прототипов. [c.77]

Такое очень сжатое изложение теории молекулярных орбит в применении к циклическим полиенам иллюстрирует важность для химии ароматических соединений так называемого правила 4 -Ь 2 . Это правило основывается на том обстоятельстве, что для циклических систем с атомными гри-орбитами все молекулярные тс-ор-биты, за исключением орбиты с наинизшей энергией, являются дважды вырожденными, так что для заполнения всех орбит с энергией меньше определенного значения или равной ему требуется 4л -ь 2 электрона. Поэтому ненасыщенные шестичленные циклы являются наиболее стабильными не только из-за отсутствия для них углового напряжения в системе о-связей, но также и вследствие того, что 6 есть число вида 4п -Ь 2. Правило 4л 4- 2 оказывается, однако, применимым не только к [c.22]

Высококинящие ароматические углеводороды нефти также состоят из циклических соединений с длинными боковыми алифатическими цепями, которые под действием тепла расщепляются в первую очередь. Продукты распада с короткими боковыми цепями термически более стабильны, как II вообще ароматические углеводороды, которые являются термически самыми устойчивыми компопентами нефти. [c.228]

Самое простое стабильное органическое соединение — метан (СН4), простейший гидрид углерода. Ввиду практически неограниченных возможностей образования цепей из атомов углерода существует огромное число гидридов углерода. Соединения, состоящие только из углерода и водорода, называются углеводородами. По типу цепей из атомов углерода в молекулах углеводороды подразделяются ка ациклические, или алифатические (с открытой цепью), и циклические (с замкнутой цепью). Циклические углеводороды делятся на ароматические, характеризующиеся особым упорядочением связей в своих молекулах (разд. 3.5 и 3.6), и алициклические, не обладающие таким упорядочением. [c.13]

Большую группу макроциклических соединений, обладающих высокой степенью ненасыщенности, можно получить из ароматических о-аминобензальдегидов Одновременное наличие в молекулах исходных соединений карбонильной и аминогруппы облегчает прохождение с их участием различного рода реакций самоконденсации От алифатических аналогов эти соединения отличаются большей стабильностью, а от своих ароматических мета- и пара-изомеров — большей склонностью к образованию циклических продуктов конденсации [c.101]

Шестиэлектронные электроциклические процессы типа (в) (рис. 4.16) — 1,5-диполярное замыкание цикла — более распространены (обзоры см. [70, 71]). В этом случае также наблюдаются равновесные процессы замыкания и раскрытия цикла. Нестабильные 1,5-диполи обычно получают in situ и при нагревании превращают в пятичленные гетероциклы. Циклический изомер может быть выведен из равновесия при таутомерном превращении в более стабильное (часто ароматическое) соединение. Примеры 1,5-диполярного замыкания цикла приведены в табл. 4.11. Пример 1 демонстрирует замыкание цикла в нестабильном 1,5-диполе. В примерах 2 и 3 первоначально образующийся продукт циклизации таутомеризуется в ароматическое соединение, что смещает равновесие в сторону циклического изомера. Реакции 4 и 5 сразу приводят к образованию ароматических гетероциклов. [c.106]

Однако эти соединения, как правило, неустойчивы. Имины, в которых с атомом азота связан водород, спонтанно полимеризуются [127]. Стабильные полуаминали можно приготовить из полихлорированных и полифторированных альдегидов и кетонов. Помимо этого, стабильные соединения получаются по этой реакции тогда, когда они образуются в результате взаимодействия и конденсации одной или более молекул полуами-налей 12 и (или) 13 друг с другом или с другими молекулами аммиака или карбонильных соединений. Важнейшим примером таких продуктов является гексаметилентетрамин (11) [128], получаемый из аммиака и формальдегида [129]. Аналоги этого соединения синтезированы из ароматических альдегидов и карбоната аммония [130]. Ароматические альдегиды дают гидро-бензамиды АгСН (Ы = СНАг)2, получающиеся из трех молекул альдегида и двух молекул аммиака [131]. Иногда удается выделить циклические тримеры соединений 13 в кристаллическом виде, но они неустойчивы в растворе [132]. [c.340]

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]

Делокализация может оказывать эффективное влияние на стабильность ароматических соединений лишь в отсутствие частично заполненных орбиталей с одной и той же энергией. Можно показать, что для полного заполнения рассматриваемых орбиталей в циклических системах, вообще говоря, требуется (2 + 4 п) л-электронов. Для большинства ароматических соединений (производных бензола) п = 1 и число л-электронов, необходимых для заполнения, равно, таким образом, 6. Для заполнения орбиталей в нафталине, содержащем два ароматических кольца (п = 2), необходимо 10 я-электронов (энергия делока-лизацни составляет 61 ккал/моль), а в антрацене и фенантрене, содержащих по три конденсированных кольца ( =3), требуется [c.34]

Эти азолы имеют планарные молекулы, включающие сопряженную циклическую систему из шести л-электронов, как в молекуле оксазола (1). По химическим свойствам они являются ароматическими соединениями, как видно по их реакциям, например, с некоторыми электрофилами и нуклеофилами. Свободная пара электронов атома азота, которая копланарна с гетероциклом и поэтому не участвует в делокализации, обусловливает слабые основные свойства как в случае пиридина. Многие соли, образуемые азолами, гидролизуются водой с ионами тяжелых металлов оксазолы образуют стабильные комплексы, которые часто используют для выделения азолов. Ароматичностью оксазолов объясняется их устойчивость, однако образующиеся при кватернизации оксазолов и бензоксазолов азолиевые катионы значительно активированы к нуклеофильной атаке. [c.442]

Шестичленные гетероциклы с атомом кислорода — а-пиран и у-пиран — не относятся к ароматическим соединениям, так как в каждом из них имеется атом углерода в состоянии л/ -гибридизации и поэтому отсутствует единая сопряженная система р-электронов двойных связей и атома кислорода. Эти соединения представляют собой ненасыщенные циклические эфиры, обладающие высокой реакционной способностью, вследствие чего они неустойчивы, а а-пиран вообще в свободном виде неизвестен. Стабильными являются производные пиранов, в частноеги тетрагидропиран и его гидрокси-производные, относящиеся к классу моносахаридов (см. 15.1). [c.370]

Интенсивность пика молекулярного иона зависит от стабильности самого иона. Наиболее стабильными молекулярными ионами являются ионы чисто ароматических систем. Если имеются заместители, которые дают преимущественное направление распада, то пик молекулярного иона будет менее интенсивным, а пики осколков относительно возрастут. Вообще ароматические соединения, сопряженные олефины, насыщенные циклические соединения, некоторые серусодержащие соединения и короткие неразветвленные углеводороды будут давать заметный пик молекулярного иона. Пик молекулярного иона обычно легко выявляется в неразветвленных кетонах, сложных эфирах, кислотах, альдегидах, амидах, простых эфирах и галогенидах. Пик молекулярного иона часто не идентифицируется в алифатических спиртах, аминах, нитритах, нитратах, нитросоединениях, нитрилах и в сильно разветвленных соединениях. [c.40]

Удобным графическим приемом для определения уровней энергии МО аннулена является круг Фроста. Если правильный Л -угольник, отвечающий молекуле или, иону, вписать в круг с радиусом 2 так, чтобы одна из вершин находилась в нaи низшей точке, то точки, в которых вершины соприкасаются с кругом, соответствуют уровням энергии (а- ), а горизонтальный диаметр —нулевому уровню (рис. 1.1). Как видно из рис. 1.1, трех- и четырехчленные системы (Л —3, 4) имеют по одной связывающей орбитали, а пяти-, шести-, семи- и вось - мичленные (Л/ = 5- 8)—по три связывающие орбитали. Следовательно, первые две циклические системы будут обладать повышенной стабильностью при наличии двух, а Остальные — при наличии шести л -электронов. Таким образом, правило сек -стета электронов, эмпирически найденное для бензола и подоб ных ароматических соединений и носившее первоначально формальный характер, вытекает как частный вывод из правил Хюккеля. Позже к представлению об ароматичности как стабилизаций сопряженной циклической / системы при наличии Ап+2 л-электронов было добавлено, понятие об антиароматичности [15] как дестабилизации системы при наличии 4/г я-электронов и неароматичности как отсутствии стабилизации или дестабилизации. - [c.14]

Молекулы пиррола, фурана и тиофена содержат систему сопряженных связей и атом с неподеленной парой электронов. Формально образуется циклическая сопряженная система с шестью л-элект-г- ронами (четыре я-электрона от двух двойных связей и два—от гетероатома). Поэтому можно считать, что действует правило Хюккеля о стабильности циклических сопряженных систем (гл. VI.Г) и эти соединения имеют ароматический характер. [c.660]

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]

Наиболее полное определение ароматичности сводится к следующему Ароматическими являются такие ненасыщенные циклические соединения, у которых все атомы цикла принимают участие в образовании единой сопряженной системы, а я-электроны этой системы образуют замкнутую электронную оболочку. При этом под замкнутой электронной оболочкой понимается такая система я-электронов, в которой как отнятие, так и присоединение дололнительных электронов повышает общую энергию системы и, следовательно, снижает ее стабильность [1, с. 19]. [c.7]

Строго говоря, хиноны являются не ароматическими соединениями, а сопряженными циклическими дикетонами следовательно, обсуждение свойств хинонов лежит до некоторой степени вне круга вопросов, рассматриваемых в главе, посвященной ароматическим кислородсодержащим соединениям (несмотря на то что хиноны обладают большей стабильностью, чем можно было бы ожидать, основываясь только на энергиях связей). Так, энергия стабилизации п-бензохинона равна 5 ккал, что может быть приписано главным образом существованию резонансных структур, подобных VHa и УПб, где пунктирная линия означает юрмальную связь (1, разд. 9-4). [c.322]

Для химика-синтетика стабильность соединения означает прежде всего возможность подержать его в руках . Опыт показывает, что подавляющее большинство ароматических соединений удовлетворяет этому требованию, т. е. устойчиво при обычных условиях в течение длительного времени. В отличие от них антиароматические системы, как правило, неустойчивы. Многие из них, такие как азирин (36а), азет (40), азоцин (41), не удается выделить в свободном состоянии. Другие, будучи выделенными, склонны к реакциям окисления, разложения, полимеризации или изомеризации. В большинстве случаев суть этих превращений связана со стремлением молекулы любой ценой избежать энергетически невыгодного циклического Апя-электронного сопряжения. Характерным примером могут служить изомеризации производных 1,2-диазепина (77) [54] и 1,4-дигидропиразина (78) [55] схемы (13), (14) . [c.40]

Если в образовании циклической сопряженной системы участвуют 4п л-электронов, такие соединения могут быть антиаромати-ческими и неароматическими. В антиароматических системах энергия делокализации р-электронов меньше, чем в нециклическом сопряженном полиене с тем же числом я-электронов, т. е. они оказываются дестабилизированными, и их энергия выше, чем вычисленная по аддитивной схеме для рассматриваемого соединения. При этом, как и в случае ароматических соединений, для проявления антиароматнчности необходимо, чтобы циклическая система имела плоское строение. Выводы о пониженной стабильности антиароматических соединений могут быть сделаны как на основании квантовохимических расчетов, так и из экспериментальных данных (рассмотрение антиароматичности в рамках метода возмущений молекулярных орбиталей см. в [10]). [c.41]

Была приготовлена циклическая система VIII, содержащая 18 атомов углерода (ге = 4), которая оказалась более стабильной, чем аннулен, содержащий 20 атомов углерода. Она участвует при довольно специфических условиях в характерных для ароматических соединений реакциях замещения. Однако она стабильна не в том смысле, как бензол, а, вероятно, в силу отталкивания между атомами водорода во внутреннем кольце. [c.366]

Состав смеси гомологов, по-видимому, зависит от применяемого катализатора и температуры, однако нередко протекает количествеиное превращение мономера в тример [31]. Высокая стабильность тримера по сравнению с димером обусловлена уменьшением напряженности цикла, а превращение изоцианата в тример — потерей энтальпии л-связи. Как ароматические, так и алифатические изоцианаты образуют линейные высокополимеры в присутствии анионных катализаторов при низких температурах. Циклические тримерпые соединения могут стабилизироваться при образовании структур, имеющих до некоторой степени л-характер, в которых неподеленная пара электронов азота сдвинута к карбонильным группам. [c.110]

Строго говоря, хиноны являются не ароматическими соединениями, а сопряженными циклическими дикетонами следовательно, обсуждение свойств хинонов лежит до некоторой степени вне круга вопросов, рассматриваемых в главе, посвященной ароматическим кислородсодержащим соединениям (несмотря на то что хиноны обладают большей стабильностью, чем можно было бы ожидать, основываясь только на энергиях связей). Так, энергия стабилизации п-бензохинона равна 5 ккал, что может быть припи- [c.244]

В процессе диагенетических преобразований в осадках накапливаются в основном липидные компоненты, удаляются белковые, карбогидрат-ные (углеводы) соединения и т. д. Изучение их и. с. у. показало, что при диагенезе в ОВ разного типа происходит однонаправленное изменение и. с. у. в сторону его облегчения, но в разных масштабах [29]. Судя по имеющимся в литературе данным [4], ОВ пород наследует так называемые биологические маркеры (индивидуальные химические соединения), углеродный скелет которых обладает высокой химической устойчивостью и специфичностью строения. В этом ряду стоят и-алканы и монометил-замещенные длинноцепочечные изоалканы, изопреноиды, циклические дитерпаны, тритерпаны, стераны, петропорфирины, а также высшие УВ, представленные стабильными ароматическими структурами. [c.29]

С точки зрения метода МОХ указанные ранее свойства бензола определяются строением его электронной оболочки. Шесть л-электронов бензола размещены на трех связывающих глубоко расположенных МО (рис. 8.3). Повышенная стабильность соединений с п-электронным (ароматическим) секстетом давно была известна химикам, однако именно Э. Хюккель дал ему ясное теоретическое объяснение высокая устойчивость циклических сопряженных полиенов (аннуленов) объясняется особенностями строения их тс-элект-ронной оболочки и присуща лишь тем из них, которые имеют полностью замкнутую электронную оболочку, содержащую максимальное число электронов на связывающих МО и не содержащую электронов на МО других типов. [c.265]

Понятие о замкнутой л-электронной оболочке в ароматических системах позволило Хюккелю успешно рассмотреть целый ряд кольчатых сопряженных систем и установить какие из них должны быть стабильными, а какие нет. Им предсказан ароматический характер аниона циклопентадиена С5Н5- и циклического катиона тропилия С7Н7+, впервые синтезированного лишь в 1954 г. (см. рис. 5, б и в). Хюккель сформулировал также общее очень важное правило, о том, что моноциклические сопрял енные поли-олефины с симметрией правильного многоугольника обладают замкнутой электронной оболочкой и, следовательно, ароматической стабильностью, если число л-электронов равно 4п + 2, где п — ноль или любое целое число. Таким образом, ароматической стабильностью могут обладать кольчатые соединения, содержащие в кольце 2, 6, 10, 14 и т. д. л-электронов. [c.21]

К ароматическим системам обычно относят ненасыщенные циклические соединения, которые характеризуются высокой термодинамической стабильностью, сравнительной легкостью образования, преимущественным протеканием реакций замещения, а не присоединения по кратным связям, плоским или почти плоским строением молекул Г 130]. Иногда используют следу ющее определение ароматическими называют углеводороды, которые по химическому поведению подобны бензолу [131]. Наличие корректного критерия ароматичности дало бы возможность, с одной стороны, провести детальную классификацию углеводородов, а с другой — использовать этот критерий для прогнозирования химических свойств. [c.57]

Концепция ароматичности бензола хорошо знакома и относительно проста. Различие между бензолом, с одной стороны, и алкенами, с другой, хорошо известно алкены вступают в реакции присоединения электрофилов, таких, как бром, в то время как реакции бензола с такими реагентами требуют гораздо более жестких условий и практически всегда проходят как реакции замещения. Такое различие определяется циклической природой шести я-электронов в бензоле, которые образуют сопряженную молекулярную орбиталь, термодинамически гораздо более стабильную, чем соответствующая нециклическая сопряженная система. Дополнительная стабилизация приводит к уменьшению тенденции к реакциям присоединения и увеличению тенденции вступать в реакции замещения, поскольку в последнем случае происходит сохранение циклической сопряженной системы в продукте реакции. Общее правило, предложенное Хюккелем в 1931 г., заключается в том, что соединение ароматично, если в образовании его циклической сопряженной системы участвует 4я + 2 элекгронов, т. е. 2, 6, 10, 14 и т. д. л-электронов. Наиболее распространены мо-ноциклические ароматические и гетероароматические системы, содержащие шесть л-электронов. [c.15]