Compuși aromatici

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Deși adjectivul aromatic provine din faptul că primii compuși din această clasă care au fost descoperiți și identificați în trecut și posedă mirosuri puternice caracteristice astăzi sunt definiți ca fiind compuși aromatici (sau Arena [1] ) toți „compușii organici” care conțin unul sau mai mulți inele aromatice în structura lor [2] . Prezența acestor inele le conferă o reactivitate deosebită, foarte diferită de cele ale compușilor alifatici cu greutate moleculară similară și grupări funcționale .

Descriere

Aromaticitatea poate fi definită ca scăderea energiei stării fundamentale a moleculei datorită delocalizării electronilor π pe întreaga moleculă. [3] Orbitalii π apar din interacțiunea reciprocă a orbitalilor p ai atomilor inelari; delocalizarea electronilor din orbitalii π care se formează astfel duce la apariția a două regiuni de densitate electronică deasupra și sub planul moleculei, de formă toroidală și simetrie.

Model de molecule de benzen

Un inel aromatic este un sistem ciclic cu o structură plană în care toți atomii implicați împart prin orbitalii lor p un total de 4 n +2 electroni, unde n este un număr întreg negativ ( regula lui Hückel ). Această ultimă cerință este echivalentă cu a spune că perechile electronice totale în orbitalele de tip p (legături duble + perechi solitare) trebuie să fie în număr impar (2n + 1).

Această configurație este deosebit de stabilă; până la punctul că, deși formula brută a compușilor aromatici poate sugera o prezență ridicată a legăturilor duble și triple, reactivitatea compușilor aromatici este complet diferită de cea a alchenelor și a alchinelor . În timp ce aceștia din urmă tind să reacționeze adăugând atomi la ei înșiși, inelele aromatice tind să se păstreze, favorizând reacțiile de substituție .

Progenitorul compușilor aromatici este benzenul , având o formulă brută C 6 H 6 . Structura sa este plană și are șase atomi de carbon dispuși la vârfurile unui hexagon regulat; legăturile dintre doi atomi de carbon vecini sunt intermediare - în ceea ce privește lungimea și rezistența - între o legătură simplă și o legătură dublă .

Fiecare atom de carbon este legat la alte două și la un hidrogen prin trei sale sp 2 orbitali hibrizi ; al patrulea electron nepereche se află într-un orbital p , cu axul său perpendicular pe planul moleculei.

În ceea ce privește orbitalii moleculari, interacțiunea reciprocă a orbitalilor de 6 p conduce la formarea a 6 orbitați moleculari π, 3 liganzi și 3 agenți de legare. Toate formează două regiuni toroidale deasupra și sub planul inelului. Deoarece sunt aranjați 6 electroni, aceștia intră în cei 3 orbitali π de legare, adică în cei 3 orbitali moleculari cu energie mai mică decât cea a orbitalilor p (atomici) de pornire, lăsând pe ceilalți 3 anticorpuri goale.

În ceea ce privește teoria legăturii de valență , structura benzenică poate fi considerată ca un hibrid de rezonanță între mai multe structuri similare (cele două structuri principale, numite structuri Kekulé , sunt prezentate în figură).

Compuși de rezonanță aromatică. PNG

Reactivitatea și stabilitatea tipică a compușilor aromatici nu se limitează la hidrocarburi. Chiar și așa-numiții compuși heterociclici , adică compuși ciclici al căror inel este de asemenea format din alți atomi decât carbonul , pot fi aromatici. Acesta este cazul, de exemplu, al pirolului (C 4 H 5 N), al cărui inel este un sistem aromatic cu șase electroni: unul din fiecare atom de carbon și doi din azot . Inelele cu cinci membri cu un atom de O ( furan ) și S ( tiofen ) au, de asemenea, un caracter aromatic discret.

Chimia compușilor aromatici

Compușii chimici care conțin inele benzenice sunt, așa cum s-a menționat deja, relativ mai stabil decât alchenele corespunzătoare și, prin urmare, tind să reacționeze într-un mod diferit, prin reacții care tind să păstreze integritatea inelului aromatic și stabilitatea care urmează. Luați de exemplu adăugarea de clor la benzen :

Benzene chlorination.jpg

Dacă reacția ar avea loc în conformitate cu mecanismul numărul unu (adăugarea la dubla legătură), molecula ar pierde stabilitatea conferită acestuia de sistemul aromatic. Prin mecanismul doi (substituție), se păstrează stabilitatea aromatică. Prin urmare, compușii aromatici nu suferă în mod preferențial, ca și în cazul alchenelor, reacții de adiție electrofilă , ci de substituție electrofilă .

Trebuie remarcat faptul că prezența unui catalizator (AICI3, febr 3) nu a fost luată în considerare în reacție, care este esențială pentru ca reacția să aibă loc și, strict vorbind, ar trebui să fie scris.

Reacțiile compușilor aromatici

Substituție electrofilă

Acestea sunt cele mai caracteristice reacții ale arenelor și apar atunci când reacționează cu agenți electrofili. Astfel de reactanți pot fi atât ioni pozitivi (E + ), cât și specii cu deficit de electroni, cu o sarcină pozitivă parțială.

Unele reacții tipice de substituție electrofilă aromatică pe inelul benzenic sunt:

 FeX 3
C 6 H 6 + X 2 -----> C 6 H 5 -X + HX

unde X reprezintă un halogen .

 H 2 SO 4
C 6 H 6 + HNO 3 ------> C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
 SO 3
C 6 H 6 + H 2 SO 4 ----> C 6 H 5 -SO 3 H + H 2 O
 AICI3
C 6 H 6 + R-Cl ------> C 6 H 5 -R + HCI

unde R reprezintă un radical alchil.

 AICI3
C 6 H 6 + RC = O ------> C 6 H 5 -C = O + HCl
         | |
         Cl R

unde R reprezintă un radical alchil.

Inele aromatice cu 6 electroni

Notă

  1. ^ Chimie organică - volum unic , ediția a șaptea, Zanichelli, p. 32.
  2. ^(EN) „arenes” , în IUPAC Gold Book
  3. ^(EN) „aromat” , în IUPAC Gold Book

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 28920 · LCCN (EN) sh85007397 · GND (DE) 4129374-5 · NDL (EN, JA) 00.563.378
Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei