Domanda:
Il pirene è aromatico nonostante il fallimento della regola di Hückel?
Dissenter
2014-09-22 05:17:03 UTC
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Il pirene non sembra essere aromatico. Tuttavia, le fonti sostengono che sia aromatico.
Lewis structure of pyrene

Considerazioni:

  1. Il pirene è ciclico. ✓
  2. Il Pirene è piatto (planare). ✓
  3. Il pirene ha 16 π elettroni.
  4. Ogni atomo nella struttura ad anello del pirene è $ \ ce {sp ^ 2} $ ibridato. ✓

Il problema è che il pirene fallisce la regola $ 4n + 2 $. $ 4n + 2 \ neq 16 $ dove $ n $ è un numero intero.

Qualcosa mi fa sospettare che la regola di Hückel qui sia una semplificazione eccessiva. O il pirene è davvero non aromatico?

mentre il pirene è formalmente aromatico (cioè ha una corrente ad anello), reagisce principalmente come il diene con doppi legami isolati.
Immagino che la caratteristica migliore per definire un composto aromatico sia la sua risposta al campo magnetico che viene utilizzato nella spettroscopia NMR. Se un composto produce una corrente ad anello aromatica come risultato dell'induzione dovuta al campo magnetico applicato, può essere classificato come aromatico.
Cinque risposte:
Geoff Hutchison
2014-09-22 05:50:19 UTC
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Per chiarire il punto di @ ron, la regola generale "cheminformatica" per dedurre i sistemi aromatici ad anello fuso è se esiste un percorso (di solito quello periferico) che soddisfa $ 4n + 2 $:

Quindi per il naftalene:

naphthalene

I legami grassetto ti danno un percorso ad anello di $ \ mathrm {sp ^ 2 } $ carboni con 10 π elettroni, quindi è aromatico. Ci sono alcune discussioni sul fatto che il legame centrale sia aromatico o meno. (Dico sciocchezze, ma è giusto dire che l'aromaticità genera molti argomenti.)

pyrene

Quindi sì, il percorso grassetto ti dà 14 elettroni π per un percorso $ 4n + 2 $. Di nuovo, ho sentito persone dire che i due carboni centrali non sono aromatici. (IIRC, il $ \ ce {^ 13C} $ NMR non è d'accordo.)

Ho scritto il codice per Open Babel e, a parte alcuni complicati anelli azoto-eteroaromatici, questa regola generalmente corrisponde alla realtà chimica. (Tralasciando la questione dei carboni interni.)

Penso che un'altra regola abbastanza sicura sia "se un sistema aromatico fuso è costituito da anelli aromatici individualmente, l'aromaticità viene mantenuta."

Qual è il dibattito sul legame centrale?
@Dissenter è al di fuori della corrente principale della chimica, ma poiché includere il legame centrale farebbe 16 $ \ pi $ elettroni, alcune persone cheminformatiche mettono in dubbio che quel legame sia veramente "nel" sistema aromatico. Come ho detto sopra, penso che sia una sciocchezza: la maggior parte delle definizioni sperimentali o computazionali di aromaticità indicherebbero carboni aromatici lì. Alcune persone sono semplicemente troppo legate a Hückel, ma chiedi loro di $ \ ce {C60} $. Eh.
C60 è aromatico? @GeoffHutchinson
Direi di sì, ma questo è un dibattito completamente diverso.
Adoro l'affermazione che dai nel commento e con la presente ti incoraggio a includerla nella tua risposta. Credo che ci sia un'idea sbagliata piuttosto comune, che solo gli aromi di Hückel siano in realtà sistemi aromatici. Ma ovviamente hai ragione, l'aromaticità genera molti argomenti.
ron
2014-09-22 05:29:20 UTC
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Il pirene è aromatico. La regola Hückel $ 4n + 2 $ funziona meglio con i sistemi ad anello monociclico. Se osservi la seguente struttura di risonanza per il pirene con un doppio legame centrale, la periferia monociclica ha 14 elettroni π (ignorando il doppio legame centrale in grigio), ma questa è una razionalizzazione.

Periphery of pyrene

Ciononostante, il pirene subisce reazioni caratteristiche dei sistemi aromatici e ha correnti anulari attese dai sistemi aromatici.

Ciò significa che il sistema pi coniugato non coinvolge il doppio legame centrale? @ron
Corretto, in altre parole, il pirene diventa 14-annulene. Ma come ho detto sopra, questa è una razionalizzazione a posteriori. La regola 4n + 2 doveva davvero essere applicata ai sistemi pi monociclici. Si verificano problemi quando viene esteso oltre il suo uso originariamente previsto.
E se disegnassi strutture di risonanza? Il legame centrale poi svanisce.
LDC3
2014-09-22 05:49:54 UTC
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enter image description here
Sono entrambi aromatici, ma solo uno è piatto.

Aggiunto:
La molecola a destra non è piatta a causa della sovrapposizione dei 2 idrogeni.

Il composto di destra è spesso chiamato [5] elicene.
@GeoffHutchison non mi suona piatto allora!
Gli atomi H interni forzano la non planarità. Gli [helicenes] (http://en.wikipedia.org/wiki/Helicene) sono composti interessanti, poiché di solito sono chirali e possono essere risolti.
Questa non è una risposta, è solo uno snippet non correlato.
Perché pubblichi un quiz come risposta a domande molto vagamente correlate? (entrambe le molecole soddisfano la regola di Hückel; il benzene leggermente piegato è ancora aromatico).
@mykhal Non possono soddisfare le regole di Hückel, questi non sono monocicli.
@mykhal Il mio obiettivo era far riflettere le persone. Potresti spiegare perché la seconda molecola non era piatta prima di leggere il resto?
@LDC3 Mi sto appoggiando al fatto che questa non sia una risposta, come hanno fatto altri. Tuttavia, vorrei preservare il contenuto. C'è un modo per ripubblicare come commento con un link all'immagine?
Jonathon
2015-09-20 07:35:50 UTC
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Sebbene le risposte precedenti siano corrette nell'indicare che il pirene ha aromaticità, spesso sono corrette per il motivo sbagliato. Il modo corretto per abbattere l'aromaticità del pirene è rendere il più possibile i sestetti di Clar. I sextext Clar sono insiemi di sei elettroni che sono ciclicamente delocalizzati. Esistono due modi unici per disegnare i sestetti di Clar nel pirene.

Pyrene Clar sextets Alternative pyrene Clar sextets

Il primo disegno mostra due sestetti Clar, mentre il secondo ne ha uno solo, e quindi dovrebbe essere meno favorito. Se eseguiamo calcoli NICS per determinare dove avviene la delocalizzazione, vediamo più delocalizzazione negli anelli A e D che negli anelli B e C.

Questo può essere ulteriormente esteso ad altri sistemi come il pentacene, che mostra un gap di tripletto singoletto molto inferiore rispetto a molte altre molecole organiche grazie alla tripletta che ha due sestetti di Clar stabilizzanti.

Pentacene Clar sextets Triplet pentacene Clar sextets

Per una descrizione più completa dei sestetti di Clar e dell'aromaticità, consiglierei un articolo di Portella et al. 1 Inoltre, come altri hanno detto che quando si passa al 3D le cose possono diventare strane.

  1. Portella, G .; Poater, J .; Solà, M. Valutazione della regola del π-sestetto aromatico di clar mediante indicatori PDI, NICS e HOMA di aromaticità locale. J. Phys. Org. Chem. 2005, 18 (8), 785–791. DOI: 10.1002 / poc.938.
Mi sono reso conto nella mia risposta che non avevo dato il mio commento di magazzino su "molte definizioni di aromaticità". Mi piacciono i sestetti di Clar con gli idrocarburi aromatici. Il mio unico problema è che quando li ho sollevati in classe, si rafforza la falsa connessione tra "benzene" e aromaticità.
Bello, ma il signor Clar può fare i suoi sestetti in [cyclooctateraenediide] (https://en.wikipedia.org/wiki/Dipotassium_cyclooctatetraenide)?
LDC3
2014-09-22 05:27:53 UTC
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Secondo Wikipedia:

La regola di Hückel non è valida per molti composti contenenti più di tre nuclei aromatici fusi in modo ciclico. Ad esempio, il pirene contiene 16 elettroni coniugati (8 legami) e il coronene contiene 24 elettroni coniugati (12 legami). Entrambe queste molecole policicliche sono aromatiche, anche se non rispettano la regola 4n + 2. In effetti, la regola di Hückel può essere giustificata solo teoricamente per i sistemi monociclici.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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