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Aromatizität

Es ist nicht der Geruch, sondern es gibt eindeutige Kriterien

Es trifft zwar zu, dass Aromaten historisch nach damals bekannten geruchsintensiven Vertretern dieser Stoffklasse benannt worden sind, aber dieses Kriterium ist überholt: Es gibt auch vollkommen geruchlose aromatische Substanzen.

Die Bedingungen für die Aromatizität sind folgende:

  • Die Verbindung muss zyklisch sein.
  • Die Verbindung muss eben sein. (Also nicht gewinkelt.)
  • Die Verbindung muss "durchkonjugiert" sein.
  • Die Verbindung muss 4n+2 π-Elektronen haben (n = 0,1,2,3 usw.).

Wenn Sie diese Kriterien verstehen wollen, müssen Sie wissen, in welchem Hybridisierungszustand ein Kohlenstoffatom vorliegt, wenn es eine Doppelbindung ausbildet und welche Orbitale es dafür betätigt. Wenn Sie das noch nicht wissen, macht das nichts. Wir bringen es Ihnen gern im Studium bei. Hier eine Kurzerklärung für Nichtwisser, die trotzdem weiterlesen wollen: Liegt eine Doppelbindung vor, so ist das Kohlenstoffatom sp2-hybridisiert, was bedeutet, dass es ein p-Orbital gibt, welches senkrecht zur aufgespannten Molekülebene steht, aber trotzdem mit den p-Orbitalen benachbarter Kohlenstoffatome eine Bindung eingehen kann. Das ist dann die "Doppelbindung". Eine Doppelbindung ist also nicht einfach "das Doppelte" einer Einfachbindung, sondern die zweite Bindung ist etwas eigenständiges. Insbesondere ist die zusätzliche Bindung labiler, also reaktiver. Man kann an eine einzelne C=C-Doppelbindung z.B. leicht Brom addieren.

"Durchkonjugiert" bedeutet, dass sich beim Anschreiben einer Valenzstrichformel Doppel- und Einfachbindung immer abwechseln. Etwas allgemeiner ausgedrückt: Das System darf nicht durch sp3-hybridisierte Atome unterbrochen werden. Bestehen diese durchkonjugierten Doppelbindungen aus genau 4n + 2 Doppelbindungselektronen (π-Elektronen), so ist das System aromatisch. Nach dieser Definition ist z.B. auch das Tropyliumkation aromatisch:

Tropyliumkation

Die Folge des "Durchkonjugiert-seins" ist , dass die Elektronen delokalisiert sind, was man mit Valenzstrichformeln durch Angabe der Grenzformeln verdeutlicht, wie in der Abbildung des Tropyliumions ersichtlich.

Der zeitgemäße Sinn der Definition der Aromatizität ist der Umstand, dass aromatische Verbindungen ganz im Gegensatz zu "einfachen" Doppelbindungen (=Olefinen) eine überraschende Stabilität aufweisen und dass sie - verglichen mit Olefinen ganz andere Reaktionen eingehen. Der wohl bekannteste Aromat ist Benzol, an das sich kein Brom mehr addieren wohl aber substituieren lässt. Das Benzol genügt der Formel (4n+2 π-Elektronen) für n=1.

Benzol

Es gibt also auch größere Aromaten, sog. "Annulene", z.B. das 18-Annulen mit n=4. Noch schwieriger wird der Fall, wenn Hetero-Atome mit im Spiel sind, die zwar ebenfalls in einer sp2-Hybridisierung vorliegen und damit Bestandteil eines aromatischen Systems sein können, die aber über ein oder mehrere freie Elektronenpaare verfügen können. Wenn Sie in einer solchen Struktur alle Valenzelektronen einzeichnen, befinden sich an den Heteroatomen Elektronen, von denen Anfänger manchmal noch nicht wissen, ob sie die jetzt bei der Berechung mit der Formel für die Aromatizität mit einbeziehen müssen oder nicht. So sind z.B. Thiophen oder Imidazol ebenfalls aromatisch.

Heterocyclen

Machen Sie sich nichts daraus, wenn Sie das jetzt aber genau gar nicht verstehen. Sie studieren ja eine ganz schön lange Zeit bei uns. Da bleibt auch für dieses Problem Zeit.

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