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Aromaten
Aromaten sind planare, cyclische Moleküle mit konjugierten Doppelbindungen. Sie haben, wenn sie die Aromatizitätskriterien erfüllen, besonders günstige Energieniveaus. Sie unterscheiden sich in chemischen und physikalischen Eigenschaften von den übrigen organischen Verbindungen, den Aliphaten. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
AromatizitätskriterienHistorische Definitionen
Diese Definition ist natürlich zu unpräzise (da subjektiv) und antiquiert (da bei Aromaten mit hoher molarer Masse oder stark polaren Substituenten kein Geruch wahrnehmbar ist).
Diese Namensbestimmung, die eine experimentelle Unterscheidung erlaubt, war beispielsweise im 20. Jahrhundert gültig, schon bevor die Struktur- und Bindungsverhältnisse geklärt waren. Heute wird in der Regel eine allgemeinere Definition über die elektronische Struktur bevorzugt. Die angegebenen Eigenschaften – kurz: Substitution statt Addition – sind natürlich dennoch charakteristische und sehr wichtige Merkmale.
Definition der AromatenNotwendige, aber nicht hinreichende Voraussetzungen für einen Aromaten:
Gleichbedeutend und kürzer lautet diese Bedingung:
Ein Aromat liegt dann vor, wenn auch die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Die von Erich Hückel aufgestellte Hückel-Regel wird meist durch die Formel (4n + 2) π-Elektronen (n = 0,1,2,3...), delokalisiert über alle Ringatome des Systems, wiedergegeben. Cyclisch konjugierte π-Systeme mit 4n π-Elektronen (n = 1,2,3...) heißen Antiaromaten. Die Grundstruktur vieler aromatischer Verbindungen ist das Benzol C6H6. (Die Hückel-Regel ist hier mit n=1 erfüllt: Benzol besitzt 6 π-Elektronen.) Das Benzol wird daher als einer der einfachsten aromatischen Kohlenwasserstoffe angesehen – insbesondere da die besonderen Eigenschaften aromatischer Verbindungen am Benzol und dessen Derivaten entdeckt wurde. Benzol ist gegenüber einem hypothetischen (das heißt nicht herstellbaren) Cyclohexatrien mit lokalisierten Doppelbindungen stabiler und damit weniger reaktiv. Da laut Hückel-Regel auch ein planares, cyclisch konjugiertes System mit 2π-Elektronen als Aromat gilt, sind auch Cyclopropenium-Salze Aromaten: Dieses Molekül ist deutlich kleiner als Benzol, da hier n = 0 ist, während beim Benzol n = 1 ist. Reaktionen von AromatenAdditionsreaktionen am Aromatenkern sind nur schwer zu erreichen. Überwiegend herrschen Substitutionsreaktionen vor, beispielsweise
Für die Zweitsubstitution am Aromaten gelten spezielle Regeln, die von den bereits vorhandenen Substituenden abhängig sind. Einteilung der AromatenKriterien
Es gibt eine gewaltige Zahl (mehrere Millionen sind bekannt) verschiedenster aromatischer Verbindungen. Sie können nach verschiedenen Kriterien in Gruppen eingeteilt werden:
Beispiele aromatischer VerbindungenKohlenwasserstoffeAromatische Kohlenwasserstoffe werden Arene genannt. Beispiele dafür sind:
Kohlenwasserstoffe mit mehreren Ringen werden polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe genannt, das sind zum Beispiel:
Aromatische Ionen
Das freie Elektronenpaar besetzt ein sp2-Hybridorbital des Sauerstoffs, liegt in der Ringebene und trägt damit nicht zum π-System bei (analog zur Elektronenstruktur des Pyridins). Vom Benzol durch Substitution abgeleitete Derivate
Heteroaromaten
Antiaromaten
Als Antiaromaten bezeichnet man Stoffe, die die ersten drei Bedingungen eines Aromaten erfüllen (cyclisch, planar, konjugierte Doppelbindungen), statt 4n+2 π-Elektronen jedoch 4n π-Elektronen besitzen. Antiaromaten besitzen nach der Hückel-Näherung ungünstige Energieniveaus. Der einfachste Antiaromat, Cyclobutadien, kann in freier Form nicht hergestellt werden. Er ist interessanterweise in der Organometallchemie als Ligand stabil. Cyclooctatetraen besitzt 8 π-Elektronen. Es liegt jedoch nicht planar vor, sodass die Doppelbindungen nicht konjugiert sind. Die Hückel-Regel kann also nicht angewandt werden. Damit ist 1,3,5,7-Cyclooctatetraen ein Nichtaromat. Antiaromaten dürfen nicht mit den nicht-aromatischen Verbindungen, den Aliphaten, verwechselt werden. Möbius-AromatenDie 1964 von Edgar Heilbronner (13. Mai.1921, München – 28. August, 2006) vorhergesagte Möbius-Aromatizität[1] setzt voraus, dass in einem cyclisch-konjugierten System die besetzten pπ-Orbitale als Möbiusband angeordnet sind, d. h. mit einer 180°-Drehung. Zusätzlich sind die π –Orbitale mit 4n Elektronen besetzt (wobei n hier eine natürliche Zahl ist). Möbius-Aromaten sind durch die Verdrehung chiral. Ob ein 2003 von Herges et al. synthetisiertes Molekül[2] wirklich einen Möbius-Aromaten darstellt oder nur die nötige Topologie besitzt, wird noch kontrovers diskutiert.[3] Siehe auchQuellen
Kategorien: Stoffgruppe | Aromat | Kohlenwasserstoffe |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Aromaten aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |