Номер 109, страница 155 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.109. Расположите следующие соединения в порядке увеличения ароматичности:

1) пиррол

2) тиофен

3) бензол

4) фуран

Решение

Для того чтобы расположить соединения в порядке увеличения ароматичности, необходимо сравнить их относительную термодинамическую стабильность, обусловленную делокализацией $\pi$-электронов. Все четыре соединения (бензол, пиррол, тиофен, фуран) являются ароматическими, так как они соответствуют критериям Хюккеля: они являются циклическими, плоскими молекулами и содержат $4n+2$ $\pi$-электронов в сопряженной системе (в данном случае 6 $\pi$-электронов, что соответствует $n=1$).

Степень ароматичности количественно выражается энергией резонансной стабилизации (или энергией ароматизации). Чем выше эта энергия, тем более ароматичным является соединение. Сравним данные соединения.

4) фуран

Ароматическая система фурана включает 4 $\pi$-электрона от атомов углерода и неподеленную электронную пару атома кислорода. Кислород — самый электроотрицательный из всех представленных гетероатомов. Он сильно удерживает свои электроны, что затрудняет их включение в общую $\pi$-систему цикла. Вследствие этого делокализация электронов в фуране наименее эффективна, и он обладает самой низкой энергией резонанса в этом ряду (около 67 кДж/моль). Это делает фуран наименее ароматичным соединением.

1) пиррол

Атом азота в пирроле менее электроотрицателен, чем атом кислорода в фуране. Поэтому неподеленная электронная пара азота легче вступает в сопряжение с $\pi$-электронами цикла. Это приводит к более эффективной делокализации и большей энергии резонанса (около 88 кДж/моль) по сравнению с фураном. Следовательно, пиррол является более ароматичным соединением, чем фуран.

2) тиофен

Атом серы в тиофене имеет еще меньшую электроотрицательность, чем азот. Хотя 3p-орбиталь серы хуже перекрывается с 2p-орбиталями углерода из-за разницы в размерах и энергии, низкая электроотрицательность серы и возможное участие ее вакантных d-орбиталей в сопряжении приводят к значительной стабилизации. Энергия резонанса тиофена (около 121 кДж/моль) выше, чем у пиррола и фурана, что делает его более ароматичным.

3) бензол

Бензол является эталоном ароматичности. Его шестичленный цикл состоит только из одинаковых атомов углерода ($sp^2$-гибридизованных), что обеспечивает идеальную, симметричную делокализацию шести $\pi$-электронов по всему кольцу. Это приводит к максимальной энергии резонансной стабилизации среди всех представленных соединений (около 150 кДж/моль). Бензол — самое ароматичное соединение в данном списке.

Таким образом, располагая соединения в порядке увеличения их энергии резонанса, а значит и ароматичности, мы получаем следующий ряд: фуран < пиррол < тиофен < бензол.

Ответ: 4) фуран < 1) пиррол < 2) тиофен < 3) бензол.