Ароматичность

Ароматичность — особое свойство некоторых химических соединений, благодаря которому сопряженное кольцо ненасыщенных связей проявляет аномально высокую стабильность; большую чем та, которую можно было бы ожидать только при одном сопряжении.

Ароматичность не имеет непосредственного отношения к запаху органических соединений, и является понятием, характеризующим совокупность структурных и энергетических свойств некоторых циклических молекул, содержащих систему сопряженных двойных связей. Термин «ароматичность» был предложен потому, что первые представители этого класса веществ обладали приятным запахом.

К ароматическим соединениям относят обширную группу молекул и ионов разнообразного строения, которые соответствуют критериям ароматичности.

История

Кекуле и его формула бензола на почтовой марке ГДР

Бензол был впервые выделен М.Фарадеем в 1825 году. В 1833 году Э.Мичерлих впервые синтезировал бензол в лаборатории путем сплавления натриевой соли бензойной кислоты с гидроксидом натрия. Им же была установлена точная молекулярная формула бензола — C₆H₆.

В 1865 году Ф.Кекуле предложил первую структурную формулу бензола как гексагонального 1,3,5-циклогексатриена.

В 1931 году Э.Хюккель разработал квантово-механический подход для объяснения ароматичности. Этот подход используется до сих пор и называется «метод молекулярных орбиталей Хюккеля» (МОХ).

Объяснение ароматичности

Ранние представления

Бензол и его гомологи обладали свойствами, которые невозможно было объяснить формулой Кекуле. Предпринимались попытки предложить другие структурные формулы, однако ни одна из них не объясняла всех наблюдаемых свойств ароматических соединений.

Метод молекулярных орбиталей Хюккеля

В 1930-х годах Хюккелем впервые были применены методы квантовой механики для объяснения необычных свойств ароматических соединений. В то время отсутствовали ЭВМ, способные находить решения уравнения Шредингера для сложных систем. В связи с этим важной задачей являлась разработка упрощенных методов решения подобных задач.

В МОХ π-электронная система молекулы рассматривается независимо от σ-каркаса, что существенно упрощает всю задачу в целом.^[1]

Критерии ароматичности

Существуют несколько критериев, по которым молекула может быть отнесена к ароматическим.

Правило Хюккеля

Ароматическими являются молекулы, подчиняющиеся правилу Хюккеля: ароматической является плоская моноциклическая сопряженная система, содержащая (4n + 2)π-электронов (где n = 0,1,2…). Это правило выводится непосредственно из квантово-химических вычислений МОХ.

Современные представления

В современной физической органической химии выработано общая формулировка критерия ароматичности^[2].

Ненасыщенная циклическая или полициклическая диатропная молекула или ион может рассматриваться как ароматическая, если все атомы цикла входят в полностью сопряженную систему таким образом, что в основном состоянии все π-электроны располагаются только на связывающих молекулярных орбиталях аннулярной (замкнутой) оболочки.

Ароматические соединения

Ароматизация

Ароматизация — образование ароматических соединений из соединений других типов.

В промышленности широко применяют процессы ароматизации продуктов переработки нефти для увеличения содержания в них ароматических углеводородов. Наибольшее значение имеет каталитический риформинг бензиновых фракций.

Процессы ароматизации протекают в условиях биохимического синтеза в растениях, животных, грибах и микроорганизмах. Одним из наиболее существенных метаболических путей, неотъемлемой частью которого выступают реакции ароматизации, является шикиматный путь.

Источники

• Реутов О.А. Органическая химия. — М.: Изд-во МГУ, 1999. — Т. 2. — 624 с. — ISBN 5-211-03491-0
• Агрономов А.Е. Избранные главы органической химии. — 2-е. — Москва: Химия, 1990. — 560 с. — ISBN 5-7245-0387-5
• Горелик М.В. Современное состояние проблемы ароматичности // Успехи химии. — 1990. — Т. 59. — № 2. — С. 197-228.

Примечания

1. ↑ Метод Хюккеля — химическая энциклопедия
2. ↑ Реутов О.А. Органическая химия. — М.: Изд-во МГУ, 1999. — Т. 2. — С. 342. — 624 с. — ISBN 5-211-03491-0