Aromaattinen yhdiste
![Bentseenin resonanssi](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Benz3.svg/250px-Benz3.svg.png)
Aromaattiset yhdisteet ovat kemiallisia yhdisteitä, joissa on rengasrakenne, jonka elektronit ovat delokalisoituneet koko renkaan alueelle. Usein termiä käytetään synonyyminä bentseenirenkaan sisältäville yhdisteille, mutta muitakin aromaattisia yhdisteitä on olemassa.
Bentseenin lisäksi tyypillisiä yksirenkaisia aromaattisia yhdisteitä, tärkeitä synteesien lähtöaineita ja voimakkaita liuottimia, ovat tolueeni ja ksyleeni. Useamman aromaattisen renkaan sisältävät yhdisteet ovat kiinteitä. Esimerkiksi naftaleeni ja bifenyyli sisältävät kaksi rengasta.
Tavallisimpia esimerkkejä aromaattisista yhdisteistä, joissa ei ole bentseenirengasta, lienevät heteroaromaattinen pyridiini ja negatiivisesti varautunut syklopentadienyylianioni sekä luonnossa yleisesti esiintyvät porfyriinin johdannaiset, kuten hemoglobiinin rautaa kelatoiva osa.
Hückelin sääntö ja sidoksen luonne
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]![Bentseenin pii- ja sigma-orbitaalit](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/Benzene-orbitals3.png)
Kaksoissidos koostuu sigma- ja pii-sidoksesta (
π -elektronien kappalemäärän pitää olla kaksi plus neljän monikerta (2 + 4n). Yksi kaksoissidos tuo kaksi elektronia.
Yksinkertaisin neutraali aromaattinen hiilivety on bentseeni, jolla on 2 + 4 eli 6
Hückelin sääntö kattaa myös poikkeukset sääntöön "joka toinen yksinkertainen, joka toinen kaksoissidos". Kahdeksanrengas syklo-oktatetraeenillä on 8 elektronia, mikä ei ole 2+4n, joten se ei ole aromaattinen vaan anti-aromaattinen, vaikka joka toinen on kaksoissidos. Toisaalta 2+4n-säännön täyttävä syklodekapentaeeni (10
Delokalisaation vuoksi aromaattinen rengas on entrooppisista syistä vakaampi kuin kaksois-, ja yksöissidosten ketju, joten aromaattien rengas on vakaa eikä reagoi helposti. Tämän voi ennustaa suoraan Schrödingerin yhtälöstä, jonka mukaan elektronin energia riippuu sen aaltofunktion kaarevuudesta: delokalisoituneen eli laajemmalla alueella liikkuvan elektronin aaltofunktio on vähemmän kaareva kuin lokalisoituneen elektronin. Entropia edistää myös asiaa: on todennäköisempää, että elektroni on koko renkaan matkalla delokalisoituneena kuin pelkästään kahden atomin välissä lokalisoituneena sidokseen.
Hückelin sääntö ei välttämättä päde sellaisenaan polysyklisiin yhdisteisiin.
Kaksi vaatimusta yhdisteen aromaattisuudelle [1]
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Jotta yhdiste olisi aromaattinen, sillä on oltava yhdisteen ylä- ja alapuolen kattava 1. yhtenäinen
- Yhdisteen on oltava syklinen (rengasmainen), jotta
π -elektronipilvi olisi yhtenäinen (1) - Yhdisteen on oltava planaarinen (tasomainen), jotta kukin p-orbitaali voi yhdistyä viereisten p-orbitaalien kanssa (ilman steeristä, sidoksen hajottavaa venytystä, sillä
π -orbitaali on jäykkä) (1) - Jokaisella renkaan atomilla on oltava p-orbitaali vapaana delokalisoituneille elektroneille (1)
- Elektronipareja on oltava pariton määrä (2)
Esimerkki aminohappo histidiinistä, jonka rengas on heterosyklinen (sisältää typpeä), mutta silti aromaattinen.
![The side chain of histidine is aromatic, because the ring atoms have a total of 3 pairs of p-orbital electrons in addition to being planar (also every atom of the ring is sp2-hybridized); the third pair (in addition to 2 pairs, which are half of the two double bonds' electrons) comes from the RED-depicted sp2-hybridized nitrogen that has its free electron pair in its p-orbital. The BLUE-depicted nitrogen, on the other hand, has its electron pair on its sp2-orbital because its p-orbital is already used for double-bonding, which cannot hybridize with the adjacent p-orbitals to form the ring-encompassing pi-elctron cloud reguired for a compound to be aromatic. Finnish texts: "the electron pair of nitrogen on a sp2-orbital" above and "the electron pair of nitrogen on a p-orbital" below. Red color corresponds to aromaticity-contributing bonds/atoms/electron pair on nitrogen.](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/66/Histidine_and_the_aromaticity_of_its_side_chain.jpg/250px-Histidine_and_the_aromaticity_of_its_side_chain.jpg)
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ Bruice, Paula Yurkanis: Organic Chemistry 7th edition, s. 343–351. Pearson Education, 2014.
Aiheesta muualla
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aromaattinen yhdiste Wikimedia Commonsissa