覚えるのは大変でしょう。反応の仕組みが理解できていないからです。ここではベンゼンの性質、反応を解説します。苦労することなく覚えることができるでしょう。高校の有機化学はそのほとんどが芳香族ですから、ベンゼンを理解するだけで視界が晴れた気持ちになると思います。最後まだで読んでみてください。まとめベンゼンとは「ベンゼン」とは、C6H6で表される以下のような化合物です。今までの有機化合物と比べても、かなり特徴的な形ですよね。この変な構造があることで、ベンゼンは様々な反応を起こすことができるのです。有機化学が丸暗記になってしまうということ。読み飛ばさずに読んでみてください。高校ではベンゼンが関わる化合物を「芳香族化合物」と呼びます。分子式がC6H6であることだけがわかっていました。化学者「ケクレ」によって正六角形の構造が提案されたのです。ケクレの構造式から確認します。単結合と二重結合が交互に現れる形を提案しました。これによってベンゼンの性質をうまく説明できたのです。研究が進むと、ケクレの構造式にも矛盾点が出てきます。以下を見てみましょう。単結合の結合距離よりも二重結合の結合距離の方が短いはずです。ベンゼンはなんと全て同じ長さだったのです。単結合と二重結合の間の長さになっています。これを受けてさらに研究が進められていきます。「分子軌道」を理解している必要があります。分子軌道も考えれば以下のような構造になっています。このように見てみると、わざわざπ結合が交互にくる必要はないですね。全てのp軌道が左右のp軌道と結合しても良さそうです。その結果最終的には、p軌道が全て繋がって「電子の雲」のような状態になります。6つの炭素原子が全員で電子を持っている、というような構造になっているのです。以下のような「ロビンソン構造式」で書かれることがあります。実はこの書き方の方が本質的だということですね。この電子の雲の存在が、ベンゼンの様々な反応に関わってくるのです。試験ではケクレ式とロビンソン式どっちを使う?記入例があれば従い、なければ好きな方でいいでしょう。ときどき「高校の教科書にないから減点」のような議論がありますが、大学がそんな本質的でないところで減点するとは思えません(そんな大学には行かなくていいでしょう)。書き方の問題なのであまり気にしないでください。ベンゼンのようにある場所に結合が留まらず、全体で電子を共有するような現象を「非局在化」といいます。エネルギーで見るベンゼンの構造ロビンソン構造式の方が本質的であることを、エネルギー的にも確認しておきましょう。このように、シクロヘキセンに水素を付加した時の熱は約120kJ、1,3-シクロヘキサジエンに水素を付加した時の熱は約230kJです。ベンゼンがケクレ構造式であるなら、ベンゼンに水素を付加すると350~360kJ程度になると予想できます。約210kJしか熱を発しません。π結合が非局在化することによって、より安定な構造になっているということになります。ベンゼンの反応それではベンゼンの反応を見ていきましょう。ベンゼンの反応の基本は、ベンゼンの電子の雲を狙う陽イオンによる攻撃です。これによって「置換反応」が起こるのです。実際の反応をいくつか見てみましょう。陽イオンによる攻撃で起こる置換反応には、1ニトロ化2スルホン化3ハロゲン化4アルキル化があります。陽イオンが現れて、どのように反応するのでしょう。反応のストーリーを見ながら覚えると、ただ丸暗記するよりも納得感もあるし定着も早いです。「そうなんだー」という気持ちで読んでみてください。濃硫酸は水素イオンを押し付ける能力がめちゃくちゃ高いです。「ニトロニウムイオン」と水を作ります。電子の雲を持ったベンゼンに攻撃を仕掛けます。これによって「ニトロベンゼン」が作られるのですね。2スルホン化スルホン化もニトロ化と同じ仕組みです。電子の雲に攻撃を仕掛けます。反応が進んでいるのですね。3ハロゲン化ハロゲン化は特殊な触媒によって起こされます。注意して見ていきましょう。ハロゲン化には「ハロゲン化鉄(III)」を触媒として使います。鉄イオンはハロゲンと錯イオンを作りやすいです。塩素に対しては[Fe(Cl)4]–を作りやすいのです。以下のように錯イオンを作りたがります。陽イオンのような状態になってしまうのです。陽イオンによる攻撃が発生します。最後に生じた水素イオンがハロゲンを奪うので、ハロゲン化鉄は反応の前後で変化せず、触媒となります。このように、ハロゲン化には触媒が必要不可欠なのですね。触媒として単にFeを加えても、ハロゲンX2と反応してFeX3となるため結果的に反応が進みます。最後にアルキル化です。アルキル化はハロゲン化にかなり近い仕組みで起こります。際ほどと同じ原理で塩素を引き抜きます。完全に引っこ抜いてしまうのです。電子の雲に攻撃を仕掛けます。結局のところどの反応も陽イオンによる攻撃でしたね。この反応を「フリーデル・クラフツ反応」といいます。塩化鉄のみでなく、塩化アルミニウムも同様の仕組みで触媒に使えます。陽イオンによる置換反応でした。頑張らないといけないことになります。以下のように付加反応を起こすことも可能です。光や触媒の力で分子の結合が切られ、イオンではなく原子になってしまった状態のことです。そんな不安定なラジカルが攻撃することで、ベンゼンのπ結合を食い尽くしてしまうのです。ラジカル反応はアルカンの反応で出てきました。そちらも確認しておいてください。最後にベンゼンの構造異性体を紹介します。入試では絶対に問われない内容なので、そういう内容に興味がなければここは読まなくても大丈夫です。その昔ベンゼンは、鯨油の熱分解によって発見されます。分子式がC6H6だということしかわかっていませんでした。その構造がどうなっているかに対して、いろんな案が提案されます。「デュワー」の構造式。実際の形としてはこのようになるでしょう。2つのエチレンを持ってきて炭素で繋げたような構造ですね。「デュワーベンゼン」と呼ばれています。普通sp3軌道の結合角は109.5°、sp2軌道の結合角は120°ですが、デュワーベンゼンの炭素原子の結合角は90°になっています。この不安定さから、デュワーベンゼンを放置すると徐々にベンゼンに変わってしまいます。そのほかにラーデンブルクも以下のような構造を考えました。結合角が60°であることからもわかるように、デュワーベンゼンよりもはるかに不安定です。炭化水素には珍しく爆発性もあります。ベンゼンとは関係なくなってしまいますが、C8H8の化合物でプリズマンに似ているのが以下の「キュバン」です。合成は不可能だと考えられていましたが、1964年にシカゴ大学のイートン教授によって合成されます。面白いことに一度合成されてしまうと、うまい分解のされ方がなく、なんだかんだ安定に存在します。イメージとしては立方体の中にエネルギーを蓄えている感じですね。「オクタニトロキュバン」です。ニトロ系の化合物には爆発性があるのはご存じでしょう。理論上最強の爆薬と言われています。様々な苦労があったのですね。ロビンソン構造式の方が本質的とは言いましたが、ケクレ構造式がどれだけ奇抜な提案だったかがわかると思います。ベンゼンの構造として提案された中で合成が不可能と考えられているものに「クラウスベンゼン」があります。考えてみると本当にさまざまな構造が考えられるのですね。まとめ今回はベンゼンの解説でした。ここまで読んでくれている人は、オクタニトロキュバンで頭がいっぱいだと思うので、ベンゼンの反応を簡単にまとめておきましょう。ベンゼンは非局在化によって電子の雲を持っています。この雲に陽イオンが飛びつくことで置換反応が起こり、その置換反応には、1ニトロ化2スルホン化3ハロゲン化4アルキル化などがあるのでした。陽イオン化されていましたね。このように通常は置換反応ですが、ラジカル反応であれば無理やり付加反応を起こせます。全ての結合に付加反応を起こすのでした。ここまで理解できればベンゼンの反応で迷うことはもうないでしょう。普段ネットを通した個別指導をしている僕が、60分無料の受験のお悩み相談を始めました。親御さんが抱える不安に関してなどなどどんなことでも相談を受け付けています。気になった方はぜひ下のリンクをチェックしてみてください。覚えることが多くてとっても大変ですよね。2018.11.08今回は原子軌道の形について解説します。混乱している人も多いでしょう。PM「ヘキサクロロシクロヘキサン」となっていますが、塩素が12個ついている図になっています。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。動画、記事を作っていて嬉しいこと。僕が青チャートを解くときに気をつけること。猫検定を受けることになった。努力は大事だけど「キッカケ」も大事。ローレンツ力の動画を投稿しました。WordPress.。