Obraz (1791)

lodzie rezonansu, wzory Kekulego są wzorami nieistniejących struktur granicz-nych a benzen jest hybrydą rezonansową o budowie pośredniej między strukturami granicznymi.

struktury graniczne benzenu

Metoda rezonansu nie precyzuje jak należy sobie wyobrażać wiązania między atomami węgla w cząsteczce benzenu. Można tylko wnioskować, że są to wiązania pośrednie między podwójnymi i pojedynczymi, zgodnie z ich doświadczalnie zmierzoną długością.

Pisanie wzorów struktur granicznych w metodzie rezonansu jest jednym ze sposobów wyrażania delokalizacji elektronów. Skoro w cząsteczce benzenu nie ma podwójnych wiązań i długości wszystkich wiązań C-C są jednakowe, to najwidoczniej elektrony n są rozproszone w całej cząsteczce, czyli zdelokałizo-wane. Graficznym sposobem wyrażania delokalizacji jest kółko w pierścieniu benzenowym. Kółko symbolizuje, że w pierścieniu jest sześć elektronów n, równomiernie rozłożonych w całej cząsteczce. W najnowszych podręcznikach już nie spotyka się wzorów benzenu z kółkiem.

wzór benzenu z kółkiem w pierścieniu

Elektronowa budowa benzenu wg teorii orbitali molekularnych

Atomy węgla w cząsteczce benzenu są w stanie hybrydyzacji sp². Każdy atom węgla wykorzystuje dwa orbitale sp² do utworzenia wiązań a między atomami węgla a trzeci orbital sp² tworzy wiązanie a łączące atom węgla z atomem wodoru. Hybrydyzacja sp² wymusza płaską budowę pierścienia, podobnie jak wymusza płaskość cząsteczki etylenu (rozdz.6.2).

Nie biorące udziału w hybrydyzacji atomowe orbitale p są prostopadłe do płaszczyzny pierścienia, a zatem są równoległe do siebie. Umożliwia to ich boczne nakładanie się, lak jak przy tworzeniu wiązań n. W cząsteczce benzenu nie mogą jednak powstać zlokalizowane wiązania n a przyczyną tego jest pierścieniowa budowa cząsteczki Każdy atom węgla w benzenie ma jeden elektron na nie biorącym udziału w hybrydyzacji orbitalu p i jest otoczony przez dwa takie same atomy, z takimi samymi elektronami p. Dlatego orbita! p każdego atomu węgla może nakładać się równocześnie z dwoma sąsiednimi orbitalami p a wynikiem tego jest powstawanie kołowych, zdelokalizowanych orbitali n. obejmujących wszystkie sześć atomów węgla w cząsteczce benzenu.

Powyższy wywód jest bardziej intuicyjny niż ścisły, ale wypływa z niego poprawny i użyteczny obraz cząsteczki benzenu.

Cząsteczka benzenu jest płaska (wszystkie atomy składające się na tę cząsteczkę leżą w jednej płaszczyźnie). Istnienie zdelokalizowanych orbitali obejmujących wszystkie atomy węgla oznacza, że po obu stronach płaszczyzny znajduje się chmura elektronów n. Dlatego pierścienie aromatyczne łatwo reagują z odczynnikami elektro fiiowymi.

Rys. 7.1. Dwuczęściowa chmura elektronów osłania z dwóch stron atomy węgla w cząsteczce benzenu

Dla utworzenia dokładniejszego obrazu elektronowej budowy benzenu trzeba pamiętać, że liczba orbitali molekularnych jest zawsze równa liczbie nakładających się orbitali atomowych. W cząsteczce benzenu jest zatem sześć zdelo-