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Hückel-MO: Aromaten, Hückel-Regel

E. Hückel und die Aromatizität

Abb.1
Benzol und sein energetisch niedrigstes π-Orbital

Zu Beginn des 18. Jahrhunderts bezeichneten Chemiker solche Moleküle als Aromaten, die durch einen besonderen „aromatischen“ Geruch auffielen, zum Beispiel Vanillin, das aus der Vanilleschote isoliert wurde. Im Laufe der Jahre wandelte sich jedoch der chemische Begriff der Aromatizität, und so zählt man heute viele „aromatisch“ riechende Moleküle, beispielsweise Menthol, nicht zu der wichtigen Stoffklasse der Aromaten, einer Stoffklasse, die heute eine Schlüsselrolle in der Farben- und Pharmaindustrie spielt. Das „Duft-Kriterium“ wurde also fallen gelassen und durch andere Aromatizitäts-Kriterien ersetzt. Diese neuen Kriterien beruhten zum großen Teil auf experimentellen Befunden, die beispielsweise auf eine besondere chemische Stabilität der Aromaten hinwiesen oder typische „aromatische Signale“ in der NMR(Nuclear Magnetic Resonance)-Spektroskopie betrafen. Seit dem Aufstieg der Quantenchemie, in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, wurden auch Aromatizitäts-Kriterien entwickelt, die auf theoretischen Berechnungen fußten. Als ein wichtiges Ergebnis seiner theoretischen Arbeiten fand Erich Hückel (1896-1980) in den 1930er Jahren die berühmte und nach ihm benannte Regel. In Lehr- und Schulbüchern lautet diese etwa: Aromatisch sind monocyclische planare Moleküle mit (4n+2) π-Elektronen. Dabei zeichnen sich die π-Elektronen dadurch aus, dass sie sich oberhalb und unterhalb, nicht aber in der Molekülebene des planaren Aromaten aufhalten. Die experimentell beobachtete besondere Stabilität von Benzol (Summenformel: C 6 H 6 ), dem Prototypen einer aromatischen Verbindung, erklärte Hückel mit der doppelten Besetzung aller verfügbaren bindenden Orbitale mit (4·1+2=6) π-Elektronen. Die Abbildung zeigt Benzol und das π-Molekülorbital mit der niedrigsten Energie, das sich oberhalb und unterhalb der Molekülebene erstreckt. Die unterschiedlichen Farben, rot und blau, markieren dabei die Bereiche positiven bzw. negativen Vorzeichens des Orbitals. Obwohl Hückel mit seiner Theorie Vorhersagen gelangen, die später experimentell bestätigt wurden, führte die Hückel-Methode, wie die übergeordnete MO(Molecular Orbital)-Theorie, in Deutschland lange Jahre ein Schattendasein. In diesem Zusammenhang machte Hückel seinem Kollegen Linus Carl Pauling (1901-1994) große Vorwürfe. Denn vor allem über Paulings damals sehr beliebtes Lehrbuch verbreitete sich die VB(Valence Bond)-Theorie rasch unter den Chemikern, die auch aus psychologischen Gründen die VB-Theorie gegenüber der MO-Theorie bevorzugten, weil sie darin die altbekannten Valenzstrukturen wieder zu erkennen glaubten. Wie Hückel aber betonte, ist die VB-Theorie viel weniger einsichtig als es zunächst erscheinen mag. Hückel musste auch persönlich unter der Nichtbeachtung seiner Methode leiden. Als Pionier des damals noch jungen Gebietes der Quantenchemie stand er zwischen den Fächern Physik und Chemie, und man verwehrte ihm lange Jahre die ordentliche Professur. Erich Hückel fand nie richtige Beachtung und Würdigung. Erst 1961 erhielt er den Titel „ordentlicher Professor“ in Marburg, doch ließ er sich schon ein Jahr später emeritieren.

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