Часть II
   На главную I. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть II. УГЛЕВОДОРОДЫ

Гомологи бензола. Номенклатура и изомерия

Гомологический ряд бензола — последовательность бензолсодержащих соединений (гомологов), в которой каждый последующий член ряда отличается от предыдущего на группу -СН2- (гомологическая разность). Соответственно, молекулярная формула гомологов является суммой C6H6 + nСН2. Отсюда:

Cn+6H2n+6, где n = 0, 1, 2 и т.д.
Общая формула гомологического ряда бензола

Представители ряда: C6H6бензол (первый гомолог), C7H8толуол, C8H10 и т.д. Эти соединения относятся к группе алкилбензолов, образованных заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на предельные углеводородные радикалы (R = алкил):
C6H5–R (алкилбензол),     R–C6H4–R (диалкилбензол).

Номенклатура. Для алкилбезолов широко используются тривиальные названия, разрешенные правилами ИЮПАК (толуол, ксилол, кумол и т.п.). Систематические названия строят по названию родоначальной структуры — бензол с добавлением приставки, отражающей название углеводородного радикала (заместителя) R:

Гомологи бензола
Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Для одинаковых радикалов используются умножительные приставки ди, три, тетра и т.д. Нумерацию атомов кольца проводят так, чтобы положение радикалов отмечалось наименьшими цифрами. Например:

Диметилбензолы

Для дизамещенных бензолов R-C6H4-R используется также другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения следующими приставками:

    орто- (о-) — заместители находятся у соседних атомов углерода, то есть в положениях 1,2- бензольного кольца,
    мета- (м-) — заместители через один атом углерода (1,3-),
    пара- (п-) — заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).
Ксилолы
ПримечаниеДля запоминания приставок, отражающих положение заместителей в бензольном кольце, служит мнемоническое правило: орто – "около", пара – "против", мета – "между".

Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название арил и обозначаются символом Ar. Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два:
C6H5– (фенил)  и  C6H5CH2– (бензилБензил относится к арилалкилам, или короче, аралкилам, поскольку свободная валентость находится при алкильной группе.).
Примеры: фенилацетилен С6H5–C≡CH, бензилхлорид С6H5CH2Cl.

Изомерия. Для алкилбензолов характерна структурная изомерия различных видов:
1) изомерия положения заместителей для ди-, три- и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м-, п-ксилолы);
2) изомерия углеродного скелета боковой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода,

Пропилбензолы

3) изомерия заместителей, начиная с R = С2Н5,
   например, молекулярной формуле С8Н10 соответствуют 4 изомера:
   три ксилола CH3–C6H4–CH3 (о-, м-, п-) и этилбензол C6H5–C2H5;

4) межклассовая изомерия с непредельными углеводородами.
   Так, формулу С6Н6, кроме бензола, имеют соединения c двойными и тройными связями:
   CH2=CH–C≡C–CH=CH2,
   CH≡C–CН=CН–CH=CH2,
   CH3–C≡С–С≡С–CH3 и т.п.,
   а также ненасыщенные циклы.

Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в алкилбензолах отсутствует, но может проявляться за счёт алкильной группы в боковой цепи:
•  поворотная (конформационная) изомерия, обусловленная внутримолекулярным вращением по σ-связям С–С в боковой цепи (пример);Вращение по σ-связям в этилбензоле

Объёмная фенильная группа C6H5– ограничивает свободу вращения.

•  оптическая изомерия при наличии в алкильной группе асимметрическогоАсимметрический атом — тетраэдрический sp3-атом, связанный с 4-мя разными заместителями (обозн. *C). атома (пример).Оптические изомеры втор-бутилбензола
C6H5*CH(CH3)–C2H5

В ряду алкенилбензоловПростейший представитель
C6H5–CH=CH2
винилбензол (стирол)
возможна также цис,транс-изомерия, если двойная связь в боковой цепи содержит разные заместители, отличающиеся пространственным расположением относительно плоскости этой связи (пример).Изомерия 1-фенилпропена (β-метилстирола)
C6H5–CH=CH–CH3

Интерес представляет оптическая изомерия многоядерных конденсированных аренов, молекулы которых имеют спиральную конфигурацию — гелиценов.

Гелицены — конденсированные полиарены, молекулы которых содержат не менее 5-ти спирально сочленённых бензольных колец. Название по ИЮПАК: [n]гелицены, где n – число бензольных колец.


Гексагелицен или [6]гелицен.
Спиральная форма таких молекул обусловлена электронным отталкиванием сближающихся бензольных колец при их ангулярномОт лат. angulus — угол, угловой сочленении. Поскольку спираль лишена элементов симметрии и может быть левой или правой, соответствующие соединения являются оптическими изомерами (пример). Оптические изомеры гептагелицена ([7]гелицена).