Ароматические, антиароматические и неароматические соединения
Три класса
linkОпора
- Урок 171. Правило Хюккеля 4n + 2 — считать π-электроны и применять правило
- Урок 20. Локализованные и делокализованные неподелённые пары — решать, участвует ли пара в резонансе, и определять гибридизацию такого атома
Правило Хюккеля (урок 171) делит сопряжённые циклы на три класса. Их различают, сравнивая цикл с открытоцепным аналогом: если цикл устойчивее, он ароматичен; если менее устойчив — антиароматичен; если устойчивость такая же — цикл неароматичен.
Как отнести соединение к классу
- Не цикл, не плоский или есть \(sp^3\)-атом в цикле → неароматическое.
- Цикл, плоский, сопряжённый, 4n + 2 π → ароматическое.
- То же, но 4n π (4, 8, 12…) → антиароматическое (особо неустойчиво).
- Большие циклы с 4n π обычно изгибаются и становятся неароматическими.
Примеры
1. Циклобутадиен. Плоский сопряжённый цикл с четырьмя π-электронами (\(4n\), \(n = 1\)) — антиароматичен. Он настолько неустойчив, что его удалось наблюдать только при 4 К в твёрдой матрице.
2. Циклооктатетраен. Восемь π-электронов — тоже \(4n\), но молекула не плоская: она изогнута в форме ванны, двойные связи локализованы (133 и 146 пм), и соединение ведёт себя как обычный полиен — неароматично.
3. Дианион циклооктатетраена. После присоединения двух электронов их становится десять (\(4n + 2\)), цикл становится плоским и ароматичным.
errorБольшой цикл спасается от антиароматичности изгибом
Плоскость — одно из условий и ароматичности, и антиароматичности. Если цикл достаточно велик, чтобы изогнуться, он выходит из плоскости и становится просто неароматическим, как циклооктатетраен. Маленький циклобутадиен изогнуться не может и остаётся антиароматическим.
edit_noteПопробуйте сами
К какому классу относится циклопентадиенил-катион?
expand_moreПоказать решение
Антиароматический: 4 π в плоском сопряжённом цикле.
Классификация сложных случаев
Сложные случаи разбирают в том же порядке: цикл, плоскость, сопряжение, число π-электронов. Главное — правильно решить, какие неподелённые пары делокализованы (урок 20) и входят ли в π-систему атомы с зарядом.
Как не ошибиться в классификации
- Найдите все атомы цикла; есть \(sp^3\)-атом — неароматично (если он не входит в π-систему как карбанион или гетероатом с парой).
- Посчитайте π-электроны.
- Для полициклов считайте по периметру или по отдельным кольцам.
- Заряженная частица: катион — пустая \(p\)-орбиталь, анион — пара.
Примеры
1. 5-Метилциклопента-1,3-диен. Атом C5 несёт метил и водород и имеет \(sp^3\)-гибридизацию: сопряжение разорвано, соединение неароматично.
2. Индол. Четыре π-связи дают 8 электронов, пара азота на \(p\)-орбитали — ещё 2; всего 10 (\(n = 2\)) — ароматичен.
3. Коронен. У этого полицикла по периметру 18 π-электронов (\(n = 4\)), и он ароматичен; внутреннее кольцо тоже удовлетворяет правилу Хюккеля.
errorАминогруппа заместителя — не часть кольца
Пара азота аминогруппы не входит в π-систему цикла, если атом кольца, к которому она присоединена, имеет \(sp^3\)-гибридизацию. 5-Аминоциклопента-1,3-диен неароматичен: его C5 насыщен, и никакая пара заместителя этого не изменит.
edit_noteПопробуйте сами
Ароматичен ли циклогепта-1,3,5-триен?
expand_moreПоказать решение
Нет: атом \(\ce{CH2}\) — \(sp^3\).
push_pinГлавное
Ароматические: цикл, плоский, сопряжённый, 4n + 2 π — особо устойчивы. Антиароматические: те же условия, но 4n π — особо неустойчивы (циклобутадиен, циклопентадиенил-катион). Неароматические: нарушено хотя бы одно из первых трёх условий — \(sp^3\)-атом в цикле или неплоская форма (циклооктатетраен — «ванна», [10]аннулен — неплоский из-за внутренних водородов). Молекула с 4n π избегает антиароматичности, изгибаясь.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.