Aromatické uhľovodíky


Aromatické zlúčeniny – Charakteristika

Istá skupina nenasýtených uhľovodíkov cyklických zlúčenín, ktorá by podľa klasického pohľadu na ich štruktúru mala mať nenasýtený charakter, to znamená ľahko by mala dávať adičné reakcie, svojimi vlastnosťami vybočuje z týchto predstáv. Tieto zlúčeniny sa pomenovali aromatickými.

Teória Aromatickosti sa vypracovala preto, aby sa pomocou nej mohli vystihnúť niektoré špeciálne vlastnosti skupiny cyklických zlúčenín s konjungovaným systémom dvojitých väzieb v cykle ( pí- elektrónového sextetu). Prvé práce študovali základnú aromatickú zlúčeninu – Benzén. Teória aromatickosti mala objasniť aromatický charakter látok najmä ich:

1.Mimoriadnu nasýtenosť v porovnaní s nenasýtenými alifatickými aj niektorými cyklickými zlúčeninami.
2.Vačšiu kyslosť vodíkov hydroxylovej skupiny viazanej na aromatické jadro.
3.Menšiu zásaditosť aromatických amínov
4.Osobité fyzikálne vlastnosti (nízka vnútorná energia , rovinné usporiadanie atómov v cykle, rovnaké vzdialenosti väzieb medzi uhlíkovými atómam , diamagnetizmus ...)

Už prvé práce Ingolda a Robinsona poukázali na to, že príčinou aromatickosti niektorých organických zlúčenín je delokalizácia π-elektrónov v cykle. Podmienkou delokalizácie π-elektrónov je, aby sa atómy celého cyklu nachádzali v jednej rovine. Táto súvislosť medzi delokalizáciou π-elektrónov a aromatickými vlastnosťami (najskôr len teoreticky predpovedaná) viedla k záveru, že aromatické vlastnosti môžeme očakávať všade tam, kde sterické podmienky a počet π-elektrónov v cykle sú výhodné pre delokalizáciu. Na utvorenie aromatického systému nie je rozhodujúci typ atómov ale typ orbitalov. Aromatický charakter majú nielen zlúčeniny, ktorých cykly sa skladajú z uhlíkových atómov, ale napr. aj 1,3,5- triazín alebo Borazol.

Podrobnejším skúmaním vlastností aromatických zlúčenín sa zistilo, že aromatické vlastnosti majú cyklické systémy s konjungovanými dvojitými väzbami, vyhovujúce Huckelovmu pravidlu to znamená, že v cykle majú (4n+2) konjungovaných π-elektrónov, kde n je celé kladné číslo. V takýchto systémoch sa π- elektróny delokalizujú, čím zaniká charakter dvojitej väzby (nenasýtenosť zlúčeniny ) a utvára sa molekula s nižším obsahom vnútornej energie, akoby mala molekula s lokalizovanými π- väzbami. Na označenie sa dnes používajú dva spôsoby písania štruktúrnych vzorcov. Klasický s lokalizovanými dvojitými väzbami alebo s delokalizovanými väzbami.

Huckelovo pravidlo platí predovšetkým pre monocyklické systémy. Pri poly cyklických zlúčeninách ho treba brať s istou rezervou. Podľa tohto pravidla acenaftylén by nemal mať aromatické vlastnosti ( má 12 π- elektrónov ), no jednako ich má ( päťčlennému kruhu nepripisujeme aromatické vlastnosti )

Aromatické systémy sa dnes delia na základné typy:

1.Benzenoidné, ktorých základným uhľovodíkom je benzén, aromatický systém nemá náboj. Medzi tieto zlúčeniny okrem benzénu a jeho derivátov patrí naftalén, antracén a ich deriváty. No patria sem aj heterocyklické zlúčeniny: Pyridín, chinolín a iné.

2.Nebenzoidné, ktoré sa vyznačujú tým, že ich aromatický kruhový systém má zvyčajne náboj. Do skupiny nebenzoidných aromatických zlúčenín zaraďujeme : cyklopropenylkatión (samotný ešte nebol pripravený, ale poznáme jeho deriváty ), cyklopentadienid, cykloheptatrienylkatión a jeho deriváty, azulény, anulény a ďalej zlúčeniny vyznačujúce sa aromatickosťou pri utváraní komplexov ( ferocén a iné metalocény ). Sem zaraďujeme aj niektoré heterocyklické zlúčeniny, napr. pyrýliový katión, sydnóny, ako aj päťčlenné heterocykly: furán, tiofén, selenofén. Tieto látky získavajú aromatický charakter zapojením voľného elektrónového páru hetero atómu do konjungácie s π- elektrónmi dvojitých väzieb medzi uhlíkovými atómami. Za aromatickú zlúčeninu sa pokladá cyklická zlúčenina s konjungovaným systémom π- väzieb, ktorá sa svojimi vlastnosťami podobá benzénu (ľahšie dáva substitučné ako adičné reakcie ).


Benzenoidné aromatické uhľovodíky ( arény )

Štruktúra benzénu:

Základnou aromatickou zlúčeninou je benzén. Poznanie štruktúry benzénu vytvorilo základ na vyjasnenie problematiky aromatických zlúčenín. Prvý štruktúrny vzorec benzénu navrhol v roku 1865 Kekulé. Podľa jeho predstáv molekulu benzénu tvorí 6 uhlíkových atómov viazaných do kruhu striedavo jednoduchými a dvojitými väzbami.