Aromatické sloučeniny
Aromatické sloučeniny (3/14) · 5:58

Aromatická stabilita I Jak se projevuje aromaticita benzenu?

Navazuje na Alkoholy, ethery a sulfidy.
V tomto díle se podíváme na aromaticitu nebo-li aromatickou stabilizaci. Dříve jsme už viděli, že se brom aduje na dvojnou vazbu jednoduchých alkenů, např. cyklohexenu a poskytuje v produktech směs enantiomerů. Pokud se pokusíme provést stejnou reakci s benzenem, nedostaneme žádný produkt. Tím pádem reakce neběží. Takže benzen je stabilnější než cyklohexen. Můžete si myslet, že stabilita je způsobena faktem, že benzen je konjugovaný. Nicméně spousta jiných experimentů ukázala, že je ještě stabilnější, než bychom očekávali. Zvýšená stabilita se nazývá aromaticita nebo také aromatická stabilizace. Benzen je aromatická molekula. Pojďme se podívat na kritéria, která definují, zda je sloučenina aromatická. Sloučenina je aromatická, pokud obsahuje kruh překrývajících se orbitalů p. A pokud je molekula planární, je orbitalům p umožněno se překrývat. Také musí mít 4n + 2 pí elektronů v kruhu, kde ‚n‛ je rovno 0, 1, 2 nebo jinému kladnému celému číslu. Tomuto pravidlu se říká Hückelovo pravidlo. Pojďme dál a zanalyzujme benzen ve větším detailu. Pokud se podívám na první strukturu, vidím, že benzen má 2 pí elektrony tady, 2 tady a 2 další tady, to je dohromady 6 pí elektronů. Pokud se podívám na uhlíky v benzenu, mohu vidět, že každý uhlík má u sebe dvojnou vazbu. Tím pádem je každý uhlík v sp2 hybridizaci. A pokud je každý uhlík v sp2 hybridizaci, znamená to, že každý uhlík má volný orbital p. Namaluji nehybridizovaný volný orbital p na každém ze 6 uhlíků benzenu. Vzhledem k tomu, že benzen je planární molekula, je dovoleno těmto orbitalům p se navzájem překrývat. Tím pádem dostanete překrývání sousedících orbitalů p. A tak benzen obsahuje kruh překrývajících se orbitalů p. Takže orbitaly p jsou považovány za atomové orbitaly. Tudíž je v benzenu celkem 6 atomových orbitalů. Podle teorie molekulových orbitalů, těchto 6 atomových orbitalů přestane existovat. A místo toho dostaneme 6 molekulových orbitalů. Takže benzen obsahuje 6 molekulových orbitalů. Rozkreslovat molekulové orbitaly by bylo v tomto videu příliš komplikované. Podívejte se do své učebnice, kde jsou hezké nákresy 6 molekulových orbitalů benzenu. Nicméně je důležité porozumět těmto 6 molekulovým orbitalům z důvodu jejich relativně nízkým hodnotám energie. Nejjednodušší způsob, jak to vysvětlit je namalovat si Frostův kruh. Už tady mám kruh namalovaný. A uvnitř kruhu teď nakreslím mnohoúhelník. A protože je benzen šestičlenný kruh, vkreslíme do Frostova kruhu šestiúhelník. Namaluji středovou čáru skrz kruh, aby mi trochu pomohla s kreslením. Když budete vkreslovat mnohoúhelník do vašeho Frostova kruhu, vždycky začínejte od spodu. Takže začneme tady dole. Tímto způsobem vkreslíme šestiúhelník. Uvidíme, jestli sem dáme šestiúhelník. Teď máme šestiúhelník v našem Frostově kruhu. Klíčová věc ohledně tohoto kruhu je, že v každém místě, kde se mnohoúhelník dotýká kruhu, je symbolizována úroveň energie molekulového orbitalu. Takže překřížení tady, překřížení tady, a tak dále, a tak dále. Tak máme našich 6 molekulových orbitalů. A máme také relativní hodnoty energií těchto 6 molekulových orbitalů. Namaluji je tady. Máme 3 molekulové orbitaly, které jsou nad středovou čárou. Ty mají vyšší energii. Víme, že se jim říká antivazebné molekulové orbitaly. Toto jsou antivazebné molekulové orbitaly, které mají nejvyšší energii. Pokud se podíváme dolů, jsou zde 3 molekulové orbitaly, které jsou pod středovou čárou. To jsou naše vazebné molekulové orbitaly, které mají nižší energii. Pokud bychom měli nějaké molekulové orbitaly, které jsou na středové čáře, byly by to nevazebné orbitaly. Postoupím dále a vyplním naše molekulové orbitaly pí elektrony. Takže zpátky sem. Připomeňme si, že benzen má 6 pí elektronů. Vyplnění molekulových orbitalů je analogické k elektronové konfiguraci. Vyplníte nejprve nejnižší molekulové orbitaly. A každý orbital může obsahovat 2 elektrony, tak, jako elektronové konfigurace. Dáme 2 elektrony do nejnižšího vazebného molekulového orbitalu. Máme ještě 4 další elektrony, které je potřeba zařadit. Pokračuji a zakreslím je. A tím mám vyplněné vazebné molekulové orbitaly benzenu. Zakreslil jsem tedy všech 6 pí elektronů. Pokud se zamyslíte nad Hückelovým pravidlem, 4n + 2, mám 6 pí elektronů. Pokud je ‚n‛ rovno 1, Hückelovo pravidlo je splněno. Protože platí 4 krát 1 plus 2, což mi dává celkem 6 pí elektronů. A 6 pí elektronů splňuje Hückelovo pravidlo. Pokud se podíváme na Frostův kruh a podíváme se na molekulové orbitaly, můžeme pochopit Hückelovo pravidlo poněkud lépe vizuálně. Pokud se podívám na tyto 2 elektrony dole, domyslíte si, že odtud pochází číslo 2 z Hückelova pravidla. Pokud se podíváme na 4 elektrony nahoře, tak to jsou 4 elektrony, které jsou před naším celým číslem 1. Takže 4 krát 1 plus 2 nám dává 6 pí elektronů. A vyplnili jsme vazebné molekulové orbitaly benzenu, což potvrzuje vyšší stabilitu, které říkáme aromaticita nebo aromatická stabilizace. A proto je benzen aromatický. Splňuje naše různá kritéria. V dalších několika videích se podíváme na několik dalších příkladů aromatických sloučenin a iontů.
video