Ароматичность -отнюдь не пахучесть

Итак, бензол - это совсем не циклогексатриен, как его изображает формула Кекуле. Взаимодействие всех шести электронов в пределах одного шестичленного кольца придает молекуле бензола специфические свойства, отличающие его от непредельных соединений.

Оказывается, свободное перемещение электронов по всему кольцу энергетически очень выгодно. Подсчитано, что от этого энергия бензола на 153,4 кДж/моль^* меньше, чем была бы энергия гипотетического циклогексатриена с тремя строго фиксированными двойными связями. Это уменьшение энергии за счет "освобождения" электронов называется энергией резонанса.

^* (1 Дж = 0,2388 кал, или 1 кал = 4,1868 Дж)

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.