Именно такая делокализация электронов и придает бензолу ароматические свойства. Наиболее характерная особенность ароматических соединений способность легко замещать атомы водорода на другие группировки. Широко известна реакция бромирования бензола: на бензол действуют бромом в присутствии катализатора, при этом образуется бром- бензол и выделяется молекула бромистого водорода:
Реакции замещения в бензольном кольце вроде только что написанной называются электрофильными. Они протекают по сложному механизму в несколько стадий. Посмотрите, насколько сложна реакция нитрования бензола:
Условно показано явление ароматичности понижение энергии циклической системы вследствие рассредоточения π-электронов по кольцу
В бензоле на нитрогруппу может заместиться любой атом водорода. А если взять не бензол, а его производное, т. е. бензол, в котором один из водородов уже заменен на какую-то группу? Оказывается, что в этом случае второй заместитель пойдет в одно из трех положений, в зависимости от природы первого заместителя. Так, одни группировки отправляют второй заместитель в орто- или пара-положение, другие в мета-положение.
Группы, направляющие новые заместители в орто- и пара-положения, называются ориентантами I рода, они обычно подают, "накачивают" электронную плотность в бензольное ядро. Ориентанты II рода акцепторы электронной плотности, они, как правило, содержат группы атомов с кратными связями.
Глава 3. Основа основ
Начало
изобретать тихие шалости так, чтобы и развлечься, но и не получить замечания.
Однако сегодня сами воспитатели доставили развлечение пансионерам. Дверь открылась, и на пороге, сопровождаемый служителем, появился мальчик с опаленными волосами и бровями. В зале зашумели, раздался смех на груди мальчика висела черная доска, на которой большими буквами было написано "ВЕЛИКИЙ ХИМИК".
За что же "наградили" скромного пансионера этим титулом?
Давно уже следил за миловидным сероглазым мальчишкой один из воспитателей, много раз отбирал у него какие-то склянки, пробирки, наказывал: ставил в угол, оставлял без обеда. Но мальчик заводил новые банки, колбы, и все повторялось сначала. Кончилось все это в один весенний вечер, когда на кухне раздался оглушительный взрыв. Преступление воспитанника было из ряда вон выходящим, необычным стало и наказание...
Мальчика звали Саша Бутлеров.
Так началась научная биография одного из крупнейших химиков-органиков прошлого века. "Его имя навсегда останется в науке",- сказал об Александре Михайловиче Бутлерове Дмитрий Иванович Менделеев.
Экскурс в глубь веков
Итак, совершим путешествие во времени. Как развивалась наука органическая химия?
Собственно, до XIX века такой науки не существовало. Но с органическими веществами и их превращениями люди имели дело еще в глубокой древности. Самой первой реакцией, видимо, была реакция брожения превращение сахара в спирт. Уже древним народам были известны скипидар, уксусная кислота, они умели варить мыло.
Средние века время расцвета алхимии. Алхимики знали, что из одних веществ можно получать другие и считали при этом, что таким превращениям подвержены также и элементы. Сверхзадачей алхимиков было получить из неблагородных металлов благородные, и прежде всего золото. Алхимики не имели ясного представления об индивидуальном химическом соединении. Они считали, что свойства одного вещества (например, растворимость) можно постепенно передавать другому. Это было связано с тем, что они работали в основном со смесями, сплавами, растворами. Внимание алхимиков привлекали главным образом неорганические вещества.
В XVI веке Парацельс создал медицинскую химию, или ятрохимию, которая занималась изысканием новых лекарств. Тогда еще не делали никакого различия между веществами органическими и неорганическими. Вот, например, классификация соединений на основании знаний того времени: 1) масла купоросное (серная кислота), оливковое, масло винного камня (расплывшееся на воздухе едкое кали); 2) спирты винный, нашатырный, соляная кислота; 3) соли поваренная, сахар и т. д. Конечно, такая "классификация" сейчас может вызвать только улыбку. Но, как видим, названия некоторых веществ пришли к нам из тех далеких времен.
В 1675 г. Николя Лемери издает "Курс химии", в котором определяет химию как "искусство разделять различные вещества, которые находятся в смешанных телах". Под "смешанными" телами он понимал минералы, растения и животных.
XVIII век век господства теории флогистона, век, когда многие свойства веществ, различные их превращения объяснялись присутствием (или отсутствием) в них особого невесомого вещества флогистона. Органическая химия еще не выделилась из химии, но в течение XVIII столетия происходит накопление новых сведений о веществах животного и растительного происхождения.
К началу XIX века стало ясно, что между животными и растительными веществами нет принципиальной разницы, но они сильно отличаются от веществ минеральных. Следующий шаг сделал Берцелиус. Он впервые определил органическую химию как химию веществ, типичных для живой природы; эти вещества получили название органических (к ним, скажем, относились оливковое масло, сахар, муравьиная кислота). Вещества, характерные для неживой природы (подобные, например, соли и воде), Берцелиус назвал неорганическими.