Ароматичність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Benzene Orbitals.svg

Аромати́чність — хімічна властивість молекули, за якої кільце з ненасиченими зв'язками має високу стабільність (приблизно на рівні насичених сполук).

Одним з простих ароматичних сполук є бензол.

Окрім бензольного кільця та його конденсованих аналогів (нафталін, антрацен тощо) ароматичними є кільця піролу, піридину, фурану, тіофену, індолу та інші.

При цьому в шестичленних циклах в утворенні ароматичного зв'язку беруть участь валентні електрони гетероатому (піридин), а в п'ятичленних — їх неподілені електронні пари (тіофен, пірол).

Ці сполуки грають важливу роль в органічній хімії і мають багато хімічних властивостей, що властиві тільки цьому класу сполук.

Історія[ред.ред. код]

Кекуле та його формула бензола на поштовій марці НДР

Бензол був вперше виділений М. Фарадеем в 1825 році. У 1833 році Е. Мічерліх вперше синтезував бензол в лабораторії шляхом сплавлення натрієвої солі бензойної кислоти з гідроксидом натрію. Їм же була встановлена точна молекулярна формула бензолу — C6H6.

У 1865 році Ф.Кекуле запропонував першу структурну формулу бензолу як гексагонального 1,3,5-циклогексатрієна.

У 1931 році Еріх Хюккель розробив квантово-механічний підхід для пояснення ароматичності. Цей підхід використовується до сьогодні і називається «метод молекулярних орбіталей Хюккеля» (МОХ).

Пояснення ароматичності[ред.ред. код]

Benzene-Kekule-2D-skeletal.png

Ранні уявлення[ред.ред. код]

Бензол та його гомологи володіли властивостями, які неможливо було пояснити формулою Кекуле. Робилися спроби запропонувати інші структурні формули, проте жодна з них не пояснювала всіх спостережуваних властивостей ароматичних сполук.

Метод молекулярних орбіталей Хюккеля[ред.ред. код]

У 1930-х роках вперше були застосовані методи квантової механіки для пояснення незвичайних властивостей ароматичних сполук. У той час були відсутні ЕОМ, здатні знаходити рішення рівняння Шредінгера для складних систем. У зв'язку з цим важливим завданням була розробка спрощених методів вирішення подібних завдань.

У МОХ π-електронна система молекули розглядається незалежно від σ-каркасу, що істотно спрощує всю задачу в цілому.[1]

Критерії ароматичності[ред.ред. код]

Існують кілька критеріїв, за якими молекула може бути віднесена до ароматичних.

Правило Хюккеля[ред.ред. код]

Ароматичними є молекули, що підкоряються правилу Хюккеля: ароматичною є плоска моноциклічно сполучена система, що містить (4n + 2) π-електронів (де n = 0,1,2 ...). Це правило виводиться безпосередньо з квантово-хімічних обчислень МОХ.

Сучасні уявлення[ред.ред. код]

У сучасної фізичної органічної хімії вироблено загальне формулювання критерію ароматичності[2].

« Ненасичена циклічна або поліциклічна діатропна молекула, або іон може розглядатися як ароматична, якщо всі атоми циклу входять в повністю сполучену систему таким чином, що в основному стані всі π-електрони розташовуються тільки на зв'язуючих молекулярних орбіталях анулярної (замкнутої) оболонки.  »

Сукупнiсть властивостей сполуки, якi зумовлюються особливiстю замкненої циклiчної оболонки π-електронiв (4n+2 для моноциклiв, де n = 0,1,2... згiдно з правилом Гюккеля), що надає циклiчнiй сполуцi високої термодинамiчної стабiльностi (як правило, пасивностi до реакцiй приєднання, але схильностi до електрофiльних реакцiй замiщення H в циклах). Такі властивості є наслiдком зниження електронної енергiї молекули або йона при повному заповненнi електронами всiх зв'язуючих молекулярних π-орбiталей i при вакантних незв'язуючих i антизв'язуючих орбiталях. Якщо реалiзується замкнена оболонка валентних електронiв, що заповнюють тiльки зв'язуючi молекулярнi орбiталi в циклiчних гомокон'юґованих системах — матимемо гомоароматичнiсть, у ненасичених циклах — π-ароматичнiсть, в ациклiчних системах — Y-ароматичнiсть. Кількісно ступінь ароматичності може бути оцінений за величиною енергії резонансу, або за оцінками енергій відповідних ізодесмічних та гомодесмічних реакцій. Поруч з енергетичними, важливими критеріями є структурні (вирівнювання довжин зв’язків у кільці) та магнітні (наяність діамагнітного кільцевого струму, що проявляється в анізотропії магнітної сприйнятливості).

Ароматичні сполуки[ред.ред. код]

Однією з найпростіших ароматичних сполук є бензол. Ці сполуки відіграють велику роль в органічній хімії і володіють багатьма хімічними властивостями, властивими тільки цьому класу сполук.

Крім бензольного кільця і його конденсованих аналогів ароматичні властивості проявляють багато гетероциклів: пірол, фуран, тіофен, піридин, індол, оксазол та інші. При цьому в шестичленні цикли гетероатом віддає свої валентні електрони, а в 5-атомних - неподільну електронну пару.

Ароматизація[ред.ред. код]

Ароматизація — утворення ароматичних сполук із сполук інших типів.

У промисловості широко застосовують процеси ароматизації продуктів переробки нафти для збільшення вмісту в них ароматичних вуглеводнів. Найбільше значення має каталітичний риформінг бензинових фракцій.

Процеси ароматизації протікають в умовах біохімічного синтезу в рослинах, тварин, грибів і мікроорганізмів. Одним з найістотніших метаболічних шляхів, невід'ємною частиною якого виступають реакції ароматизації, є шикіматний шлях.

Примітки[ред.ред. код]

  1. Метод Хюккеля — хімічна енциклопедія (рос.)
  2. Реутов (1999). Органическая химия [Органічна хімія] (російська) 2. М.: Вид-во МГУ. с. 342. ISBN 5-211-03491-0. 

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0


Реторта Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.