Номер 282, страница 68 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.282. Среди предложенных частиц выберите ароматические. Объясните свой выбор.

Ароматичность — это свойство циклических, планарных, полностью сопряженных молекул или ионов, которые содержат $(4n + 2)$ π-электронов в сопряженной системе, где $n$ — целое неотрицательное число (0, 1, 2, ...). Это правило называется правилом Хюккеля. Для определения ароматических частиц проанализируем каждую из них на соответствие этим критериям.

Циклогептатриен
Это семичленный циклический углеводород с тремя двойными связями. В его структуре присутствует атом углерода в $sp^3$-гибридизации (группа $CH_2$), который прерывает систему сопряжения. Из-за наличия этого $sp^3$-гибридизованного атома молекула не является планарной. Хотя число π-электронов равно 6 ($4 \times 1 + 2$), что соответствует правилу Хюккеля, из-за нарушения планарности и сопряжения это соединение не является ароматическим.

Ответ: неароматическое соединение.

Циклопентадиенил-анион
Это пятичленный циклический анион. Он является планарным. Все пять атомов углерода $sp^2$-гибридизованы, образуя непрерывную сопряженную систему. В π-систему входят 4 электрона от двух двойных связей и 2 электрона неподеленной пары с отрицательно заряженного атома углерода. Общее число π-электронов составляет 6. Это число удовлетворяет правилу Хюккеля ($4n + 2$ при $n=1$). Следовательно, циклопентадиенил-анион является ароматическим.

Ответ: ароматическая частица.

Циклооктатетраен
Это восьмичленный циклический углеводород с четырьмя двойными связями, что дает 8 π-электронов. Это число соответствует формуле $4n$ (при $n=2$), что характерно для антиароматических систем. Чтобы избежать крайней нестабильности, связанной с антиароматичностью, молекула принимает неплоскую конформацию "ванны". В этой конформации нарушается сопряжение между π-орбиталями, и соединение становится неароматическим.

Ответ: неароматическое соединение.

Пиррол
Это пятичленный гетероцикл с одним атомом азота. Молекула планарная и имеет непрерывную систему сопряжения. В π-систему входят 4 электрона от двух двойных связей и неподеленная электронная пара атома азота (2 электрона), которая занимает p-орбиталь. Общее число π-электронов равно 6, что соответствует правилу Хюккеля ($4n + 2$ при $n=1$). Пиррол является ароматическим соединением.

Ответ: ароматическое соединение.

Пиримидин
Это шестичленный гетероцикл с двумя атомами азота, аналог бензола. Молекула планарная. В сопряженную π-систему входят по одному электрону от каждого из четырех атомов углерода и каждого из двух атомов азота. Общее число π-электронов равно 6 (три двойные связи). Это соответствует правилу Хюккеля ($4n + 2$ при $n=1$). Неподеленные электронные пары атомов азота находятся на $sp^2$-гибридных орбиталях в плоскости кольца и не участвуют в ароматическом секстете. Пиримидин является ароматическим.

Ответ: ароматическое соединение.

Циклобутадиен
Это четырехчленный циклический углеводород. Он является планарным и полностью сопряженным. Однако он содержит 4 π-электрона (две двойные связи), что соответствует формуле $4n$ (при $n=1$). Такие системы являются антиароматическими и крайне нестабильны.

Ответ: антиароматическое (не ароматическое) соединение.

1,6-Метано[10]аннулен
Эта молекула является мостиковым производным [10]аннулена. Периферический десятичленный цикл содержит 10 π-электронов (5 двойных связей), что удовлетворяет правилу Хюккеля ($4n + 2$ при $n=2$). Метиленовый мостик ($CH_2$) стягивает цикл, обеспечивая его практически плоскую геометрию и эффективное перекрывание p-орбиталей по всему периметру. Таким образом, это соединение является ароматическим.

Ответ: ароматическое соединение.

Циклопропенил-катион
Это трехчленный циклический катион. Он является планарным. Система сопряжена: два $sp^2$-гибридизованных атома углерода образуют двойную связь, а третий $sp^2$-гибридизованный атом несет положительный заряд и имеет вакантную p-орбиталь. В π-системе участвуют 2 электрона двойной связи. Это число удовлетворяет правилу Хюккеля ($4n + 2$ при $n=0$). Циклопропенил-катион является самой маленькой ароматической системой.

Ответ: ароматическая частица.