aromatyczne

      Przedstawicielem tej wyjątkowo ważnej grupy węglowodorów jest benzen C₆H₆. Struktura tego węglowodoru, przez wiele dziesięcioleci, sprawiała uczonym wiele kłopotów. Wyznaczony wzór sumaryczny benzenu sugerował jego silnie nienasycony charakter, jednak brak reakcji z wodą bromową i nadmanganianem potasu wskazywał, że cząsteczka tego węglowodoru ma specyficzną budowę, różną od alkanów i węglowodorów nienasyconych. Na podstwaie pomiarów fizykochemicznych ustalono, że szkielet węglowy benzenu ma kształt sześcioczłonowego pierścienia, w którym wszystkie wiązania węgiel - węgiel mają taką samą długość: 139 pm. Nie są to ani wiązania pojedyncze, które mają długość 154 pm, ani podwójne (długość wiązań C=C nie przekracza 134 pm). Analiza struktury elektronowej benzenu doprowadziła do stwierdzenia, że sześć atomów walencyjnych tworzy jedno wiązanie obejmujące wszystkie atomy węgla w pierścieniu. Wiązanie to nazywane jest wiązaniem zdelokalizowanym.

Związkami aromatycznymi nazywa się substancje, których cząsteczki mają budowę pierścieniową (cykliczną) i zawierają wiązanie zdelokalizowane, łączące wszystkie atomy tworzące pierścień.

      Zaproponowany, w 1865 roku przez niemieckiego chemika Augusta Kekule, wzór benzenu zakładał istnienie naprzemiennych wiązań pojedynczych i podwójnych w pierścieniu benzenowym. Ponieważ taki wzór stał w sprzeczności z faktem, że wszystkie wiązania węgiel - węgiel są tej samej długości założono, że wiązania podwójne oscylują pomiędzy dwoma położeniami względem atomów węgla. Koncepcja ta, nazywana metodą rezonansu, zakładała więc istnienie dwóch struktur granicznych.


      Wprowadzenie symbolu opisującego wszystkie elektrony wiązania zdelokalizowanego umożliwiło poprawne zapisywanie budowy cząsteczki benzenu jednym wzorem.


      Struktur granicznych używa się do dziś, pamiętając jednak o ich umownym charakterze.

Model cząsteczki benzenu:


      Brom reaguje z benzenem w obecności katalizatora (np. FeBr₃) dając bromobenzen i bromowodór. Jest to reakcja podstawienia. Reakcja ta może zachodzić w ciemności, ale wymaga użycia katalizatora.


      Drugą ważną reakcją charakterystyczną dla benzenu jest reakcja ze stężonym kwasem azotowym (V) zachodząca w obecności stężonego kwasu siarkowego (VI). Takie podstawienie wodoru grupą -NO₂ nazywamy nitrowaniem.


      W odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury, w obecności katalizatora, benzen ulega reakcji uwodornienia. Produktem tej reakcji jest cykloheksan.


      Benzen jest najprostszym, ale nie jedynym związkiem aromatycznym. Najbliższym homologiem benzenu jest metylobenzen potocznie nazywany toluenem.


      Toluen nie reaguje z wodą bromową i roztworem KMnO₄, natomiast łatwo ulega nitrowaniu. Powstają trzy izomeryczne produkty różniące się położeniem grupy metylowej w stosunku do grupy nitrowej. Izomer z podstawnikami w pozycji 1,2 nosi nazwę orto-, izomer o podstawnikach w pozycji 1,3 to izomer meta- , natomiast izomer podstawiony w pozycjach 1,4 nosi nazwę izomeru para-. Oznaczenia orto-, meta- i para- zwykle skraca się podając tylko pierwszą literę; o-, m- lub p-.


      Głównymi produktami nitrowania toluenu są izomery orto- i para-, izomer meta- powstaje w znikomej ilości. Jest to spowodowane specyficznym wpływem kierującym grupy metylowej.

      Bromowanie toluenu może prowadzić do powstawania dwu rodzajów produktów. Jeżeli reakcję prowadzi się w warunkach typowych dla alkanów (tzn. w świetle i bez katalizatora) wówczas podstawieniu ulega jeden z wodorów grupy metylowej. Użycie katalizatora (np. FeBr₃ lub AlBr₃) prowadzi do powstawania produktów podstawienia wodoru w pierścieniu aromatycznym. Tak więc, zależnie od warunków w jakich prowadzi się reakcję, toluen i inne homologi benzenu zachowują się jak węglowodory aromatyczne lub jak alkany. Przebieg takiej reakcji pokazuje rysunek:


      Pochodne benzenu, w których dwa atomy wodoru pierścienia aromatycznego zostały podstawione grupami metylowymi, nazywa się ksylenami. Występują one w postaci trzech izomerów:


      Znane są także związki o połączonych ze sobą (skondensowanych) pierścieniach aromatycznych. Związkiem tego typu, który zawiera dwa sześcioczłonowe pierścienie z wiązaniami zdelokalizowanymi, jest naftalen o wzorze sumarycznym C₁₀H₈. Pierścienie naftalenu są połączone ze sobą za pomocą dwóch wspólnych atomów węgla. Połączenie trzech pierścieni sześcioczłonowych prowadzi do otrzymania antracenu i fenantrenu. Przykłady związków aromatycznych o pierścieniach skondensowanych (w postaci jednej ze struktur granicznych) przedstawia rysunek: