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Aromatizität ist in der organische Chemie der Name für das bemerkenswerte Phänomen, das eine Reihe von Verbindungen charakterisiert, die aromatische Verbindungen oder Aromaten. Aromaten bestehen aus konjugieren Ringsysteme von Pi-Anleihen, freie Elektronenpaare und/oder leere Orbitalewodurch diese Verbindungen eine größere Stabilität aufweisen, als aufgrund der Stabilisierung der Konjugation allein zu erwarten wäre. Aromatizität kann als Manifestation beider zyklischer Umzug von Elektronen ab chemisch Resonanz. Um Aromatizität zu besitzen, muss eine chemische Verbindung sowohl eine Konjugation als auch eine Resonanz aufweisen. Eine chemische Verbindung dieser Art wird zu a aromatische Verbindung erwähnt.
Der Begriff „aromatisch“ kommt daher, dass viele Benzolverbindungen als angenehm riechende Stoffe gelten.
Theoretischer Hintergrund
Das Phänomen ist eine direkte Folge der Überlappung der Orbitale, oder die Tatsache, dass sich Elektronen inmitten der kreisförmig angeordneten Atome was durch beides ein paar wenn doppeltFesseln zusammenkleben. Die Bindungsstruktur der Molekül als Ganzes kann dann als Mischform von Einfach- und Doppelbindungen angesehen werden.[1][2][3]
Wie in allen Resonanzdiagrammen zeigt ein Doppelpfeil an, dass die verschiedenen möglichen Strukturen keine separaten Einheiten bilden, sondern nur theoretisch existieren, da die perfekte hexagonale Struktur des Benzolmoleküls alle Bindungen gleicht. Länge die eine Art Durchschnitt von Einfach- und Doppelbindungen bilden. Letzteres lässt sich am besten durch ein Rundschreiben darstellen Pi-Bindung, in dem die Dichte der Elektronen ist gleichmäßig über die pi-Bindungen verteilt, die oberhalb und unterhalb des aromatischen Ringsystems liegen. Man könnte sich das als 2 Ringelektronenwolken vorstellen, die sich oberhalb und unterhalb der eigentlichen Ringstruktur befinden.
Geschichte
Der Begriff aromatisch wurde erstmals in diesem Sinne verwendet in 1855 durch August Wilhelm von Hofmann vor dem Phenylgruppen jetzt sofort Radikale.[4]
Das Modell einer Cyclohexatrienstruktur für Benzol wurde entwickelt in 1865 erarbeitet von Friedrich Kekulea, basierend auf der Idee, dass die molekulare Struktur von Benzol bestehen aus einem Ring von sechs Kohlenstoffatome die durch abwechselnd ein und zwei gemeinsame Elektronenpaare miteinander verbunden sind. Die Tatsache, dass sich diese Bindungen ständig abwechseln, ist ein grundlegendes Merkmal der chemischen Resonanz. In den Jahrzehnten danach wurde diese vorgeschlagene Struktur von den meisten Chemikern akzeptiert. Zwischen 1897 und 1906 wurde Kekulés Modell weiter verfeinert von Joseph John Thomson, der auch der Entdecker des Elektrons ist. Die ultimative Erklärung für die außerordentlich stabile Natur von Benzolmolekülen wird auf Robert Robinson, der 1925 den Begriff "aromatisches Sextett" prägte[5], lässt sich aber wahrscheinlich weiter auf einen Artikel von 1890 von90 zurückverfolgen Henry Edward Armstrong[6].
Eigenschaften
Eine aromatische Verbindung enthält eine Reihe kovalente Bindungen mit folgenden Funktionen:
- Ein delokalisiertes und konjugiertes System von pi-Bindungen, normalerweise ein Wechsel von Einfach- und Doppelbindungen
- EIN koplanar Struktur, bei der alle Atome in der gleichen Ebene liegen
- EIN sp2-Hybridisierung der ringbildenden Atome (meist Kohlenstoff)
- Die Atome sind in einem oder mehreren Ringsystemen angeordnet
- Die Zahl der delokalisierten Pi-Elektronen erfüllt die Hückels Regel, d.h. die Zahl ist durch 2 teilbar, aber nein mehrere ist von 4. Die Standardformel dafür ist 4n 2 Elektronen, wobei n = 0, 1, 2, 3, ... Eine aromatische Verbindung hat also 2, 6, 10, 14, ... Elektronen, die delokalisiert sind.
Chemische Verbindungen, die all diese Bedingungen erfüllen, werden als aromatisch bezeichnet. Wenn die Hückel-Regel nicht erfüllt ist, aber die anderen Bedingungen erfüllt sind, wird die Struktur als antiaromatisch bezeichnet.
Anwendungen der Hückel .-Regel
Cyclooctatetraen
Cyclooctatetraen ist ein zyklisches Tetraen (vierfach Cycloalken), die abgeleitet ist von Cyclooctan. Die Struktur besteht aus einem achtgliedrigen Ring, in den abwechselnd 4 Einfach- und 4 Doppelbindungen eingebaut sind. Die Zahl der Pi-Elektronen im Ring beträgt daher 8. Die Hückelsche Regel gilt nicht für Cyclooctatetraen, da das Molekül keine planare Struktur annimmt. Das Molekül ist daher weder aromatisch noch antiaromatisch und weist die Eigenschaften normaler Alkene auf. Hätte das Molekül eine planare Struktur, wäre es nach Hückels Regel antiaromatisch.
Heterocyclische Verbindungen
Viele heterocyclische Verbindungen einen aromatischen Charakter haben. Die wichtigsten sind furan, pyrrol, Imidazol, Thiophen und Pyridin. Dies sind immer Beispiele für Systeme mit 6 π-Elektronen.
Pyridin ist eine analoge Verbindung von Benzol. Das einsame Elektronenpaar am Stickstoff besetzt eine sp. in der Ringstruktur2Orbital, das senkrecht zur Ringebene steht. Es ist also Teil des konjugierten π-Systems. Die Verbindung ist planar, alle Atome im Ring sind sp2hybridisiert und die Hückel-Regel ist erfüllt. Pyridin ist eine aromatische Verbindung.
Ein ähnliches System liegt für die anderen Verbindungen vor, die einen Fünfring enthalten. Auch hier sind 6 Elektronen vorhanden, die Teil des aromatischen -Systems sind. Folglich muss jedes heterocyclische Atom im Ring (Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel) sp2- hybridisiert. Im Fall von Furan und Thiophen, deren Sauerstoff- und Schwefelatome jeweils 2 freie Elektronenpaare haben, scheint dies den Regeln für die Hybridisierung von Atomen. Ein sp wird erwartet3-Hybridisierung (2 σ-Bindungen und 2 freie Elektronenpaare). Dies ist nicht korrekt, da 1 Elektronenpaar in einem p-Orbital enthalten ist, das mit den anderen 4 p-Orbitalen konjugiert ist. Dadurch haben diese Verbindungen auch einen aromatischen Charakter. Das andere einsame Paar besetzt ein sp2-Hybridorbital, das in der Ringebene liegt und nicht an der Konjugation teilnimmt.
Siehe auch
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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