Frage:
Ist Pyren trotz Verstoßes gegen Hückels Regel aromatisch?
Dissenter
2014-09-22 05:17:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pyren scheint nicht aromatisch zu sein. Quellen behaupten jedoch, dass es aromatisch ist.
Lewis structure of pyrene

Überlegungen:

  1. Pyren ist cyclisch. ✓
  2. Pyren ist flach (planar). ✓
  3. Pyren hat 16 π-Elektronen.
  4. Jedes Atom in der Ringstruktur von Pyren ist $ \ ce {sp ^ 2} $ hybridisiert. ✓
  5. ol>

    Das Problem ist, dass Pyren die $ 4n + 2 $ -Regel nicht erfüllt. $ 4n + 2 \ neq 16 $ wobei $ n $ eine ganze Zahl ist.

    Etwas lässt mich vermuten, dass Hückels Regel hier eine übermäßige Vereinfachung darstellt. Oder ist Pyren tatsächlich nicht aromatisch?

Während Pyren formal aromatisch ist (d. h. einen Ringstrom aufweist), reagiert es meist wie Dien mit isolierten Doppelbindungen.
Ich denke, das besser definierende Merkmal einer aromatischen Verbindung ist ihre Reaktion auf das Magnetfeld, das in der NMR-Spektroskopie verwendet wird. Wenn eine Verbindung aufgrund der Induktion aufgrund des angelegten Magnetfelds einen aromatischen Ringstrom erzeugt, kann sie als aromatisch eingestuft werden.
Fünf antworten:
Geoff Hutchison
2014-09-22 05:50:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Um @ rons Punkt zu verdeutlichen, lautet die allgemeine "Cheminformatik" -Regel zur Ableitung aromatischer Fused-Ring-Systeme, ob es einen -Pfad (normalerweise den peripheren) gibt, der $ 4n + 2 $ erfüllt:

Also für Naphthalin:

naphthalene

Die fetten Bindungen geben Ihnen einen Ringpfad von $ \ mathrm {sp ^ 2 } $ Kohlenstoffe mit 10 π Elektronen, also aromatisch. Es gibt einige Argumente, ob die zentrale Bindung aromatisch ist oder nicht. (Ich sage Quatsch, aber es ist fair zu sagen, dass Aromatizität viele Argumente erzeugt.)

pyrene

Ja, der fette Pfad gibt Ihnen 14 π-Elektronen für einen $ 4n + 2 $ -Pfad. Wieder habe ich Leute sagen hören, dass die beiden zentralen Kohlenstoffe nicht aromatisch sind. (IIRC, das $ \ ce {^ 13C} $ -NMR stimmt nicht überein.)

Ich habe den Code für Open Babel geschrieben und abgesehen von einigen kniffligen stickstoffheteroaromatischen Ringen entspricht diese Regel im Allgemeinen der chemischen Realität. (Abgesehen von der Frage der inneren Kohlenstoffe.)

Ich denke, eine andere ziemlich sichere Regel lautet: "Wenn ein verschmolzenes aromatisches System aus einzelnen aromatischen Ringen besteht, bleibt die Aromatizität erhalten."

Was ist die Debatte über die zentrale Bindung?
@Dissenter liegt außerhalb des Mainstreams der Chemie, aber da das Einbeziehen der zentralen Bindung 16 $ \ pi $ -Elektronen erzeugen würde, ist die Frage einiger Cheminformatiker nach dieser Bindung wirklich "im" aromatischen System. Wie ich oben sagte, denke ich, dass es Quatsch ist - die meisten experimentellen oder rechnerischen Definitionen der Aromatizität würden dort auf aromatische Kohlenstoffe hinweisen. Einige Leute sind einfach zu sehr an Hückel gebunden - aber fragen Sie sie nach $ \ ce {C60} $. Heh.
C60 ist aromatisch? @GeoffHutchinson
Ich würde es sagen, aber das ist eine ganz andere Debatte.
Ich liebe die Aussage, die Sie in dem Kommentar machen, absolut und ermutige Sie hiermit, sie in Ihre Antwort aufzunehmen. Ich glaube, dass es ziemlich häufige Missverständnisse gibt, dass nur Hückel-Aromaten tatsächlich aromatische Systeme sind. Aber Sie haben natürlich Recht, Aromatizität erzeugt viele Argumente.
ron
2014-09-22 05:29:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink
Pyren ist aromatisch. Die Hückel $ 4n + 2 $ -Regel funktioniert am besten mit monocyclischen Ringsystemen. Wenn Sie sich die folgende Resonanzstruktur für Pyren mit einer zentralen Doppelbindung ansehen, hat die monocyclische Peripherie 14 π-Elektronen (ohne Berücksichtigung der ausgegrauten zentralen Doppelbindung), aber das ist eine Rationalisierung.

Periphery of pyrene

Dennoch unterliegt Pyren Reaktionen, die für aromatische Systeme charakteristisch sind, und weist Ringströme auf, die von aromatischen Systemen erwartet werden.

Bedeutet das, dass das konjugierte pi-System nicht die zentrale Doppelbindung beinhaltet? @ron
Richtig, mit anderen Worten, Pyren wird zu 14-Annulen. Aber wie ich oben sagte, ist dies eine nachträgliche Rationalisierung. Die 4n + 2-Regel sollte eigentlich für monocyclische pi-Systeme gelten. Sie stoßen auf Probleme, wenn es über den ursprünglich vorgesehenen Verwendungszweck hinaus erweitert wird.
Was wäre, wenn Sie Resonanzstrukturen zeichnen würden? Die zentrale Bindung verschwindet dann.
LDC3
2014-09-22 05:49:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

enter image description here
Beide sind aromatisch, aber nur einer ist flach.

Hinzugefügt:
Das Molekül auf der rechten Seite ist nicht flach, da sich die beiden Wasserstoffatome überlappen.

Die rechte Verbindung wird häufig als [5] Helicen bezeichnet.
@GeoffHutchison klingt für mich dann nicht flach!
Die inneren H-Atome erzwingen Nichtplanarität. Die [Helicene] (http://en.wikipedia.org/wiki/Helicene) sind coole Verbindungen, da sie normalerweise chiral sind und aufgelöst werden können.
Dies ist keine Antwort, es ist nur ein nicht verwandter Ausschnitt.
Warum postest du ein Quiz als Antwort auf eine sehr lose verwandte Frage? (beide Moleküle erfüllen die Hückel-Regel; leicht gebogenes Benzol ist immer noch aromatisch).
@mykhal Sie können Hückels Regeln nicht erfüllen, dies sind keine Monocyclen.
@mykhal Mein Ziel war es, die Menschen zum Nachdenken zu bewegen. Könnten Sie erklären, warum das zweite Molekül nicht flach war, bevor Sie den Rest gelesen haben?
@LDC3 Ich lehne mich an die Seite, dass dies keine Antwort ist, wie es andere getan haben. Ich möchte den Inhalt jedoch beibehalten. Gibt es eine Möglichkeit, die Sie als Kommentar mit einem Link zum Bild erneut veröffentlichen können?
Jonathon
2015-09-20 07:35:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Während die vorherigen Antworten korrekt darauf hinweisen, dass Pyren aromatisch ist, sind sie häufig aus dem falschen Grund richtig. Der richtige Weg, um die Aromatizität von Pyren abzubauen, besteht darin, möglichst klare Sextette herzustellen. Klare Sextexte sind Sätze von sechs Elektronen, die zyklisch delokalisiert sind. Es gibt zwei einzigartige Möglichkeiten, die Clar-Sextette in Pyren zu zeichnen.

Pyrene Clar sextets Alternative pyrene Clar sextets

Die erste Zeichnung zeigt zwei Clar-Sextette, während das zweite nur eines hat und daher weniger bevorzugt sein sollte. Wenn wir NICS-Berechnungen durchführen, um festzustellen, wo die Delokalisierung stattfindet, sehen wir in den Ringen A und D mehr Delokalisierung als in den Ringen B und C.

Dies kann auf andere Systeme erweitert werden wie Pentacen, das dank des Tripletts mit zwei stabilisierenden Clar-Sextetten eine viel geringere Singulett-Triplett-Lücke aufweist als viele andere organische Moleküle.

Pentacene Clar sextets Triplet pentacene Clar sextets

Für eine vollständigere Beschreibung der Clar-Sextette und der Aromatizität würde ich einen Artikel von Portella et al. 1 sup> empfehlen andere haben erwähnt, dass bei der Umstellung auf 3D Dinge seltsam werden können.

  1. Portella, G.; Poater, J.; Solà, M. Bewertung der aromatischen π-Sextett-Regel von clar anhand von PDI-, NICS- und HOMA-Indikatoren für die lokale Aromatizität. J. Phys. Org. Chem. 2005, 18 (8), 785–791. DOI: 10.1002 / poc.938.
  2. ol>
In meiner Antwort wurde mir klar, dass ich meinen Aktienkommentar zu "vielen Definitionen von Aromatizität" nicht abgegeben habe. Ich mag Clar's Sextette mit aromatischen Kohlenwasserstoffen. Mein einziges Problem ist, dass wenn ich sie im Unterricht angesprochen habe, dies die falsche Verbindung zwischen "Benzol" und Aromatizität verstärkt.
Schön, aber kann Herr Clar seine Sextette in [cyclooctateraenediide] (https://en.wikipedia.org/wiki/Dipotassium_cyclooctatetraenide) machen?
LDC3
2014-09-22 05:27:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Laut Wikipedia:

Die Hückelsche Regel gilt nicht für viele Verbindungen, die zyklisch mehr als drei kondensierte aromatische Kerne enthalten. Zum Beispiel enthält Pyren 16 konjugierte Elektronen (8 Bindungen) und Coronen enthält 24 konjugierte Elektronen (12 Bindungen). Diese beiden polycyclischen Moleküle sind aromatisch, obwohl sie die 4n + 2-Regel nicht erfüllen. Tatsächlich kann die Hückelsche Regel nur für monocyclische Systeme theoretisch gerechtfertigt werden.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...