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Aromatizität: Aromat oder nicht?

Aromat oder nicht: Der Frost-Zirkel

Verbindungen sind nur dann aromatisch, wenn die Hückel-Regel (und die weiteren Kriterien für Aromatizität) erfüllt wird, d.h. wenn (4n + 2) π-Elektronen im Ringsystem vorhanden sind. Alle bindenden Molekülorbitale müssen vollständig gefüllt sein und es dürfen keine Elektronen in destabilisierenden antibindenden oder nichtbindenden Orbitalen sein.

Eine Methode zur Erkennung von aromatischen Verbindungen ist der so genannte Frost-Zirkel. Es handelt sich um eine einfache Methode, die relativen Orbitalenergien für planare, cyclische und vollständig konjugierte Moleküle abzuschätzen. Dazu wird die cyclische Verbindung mit der Spitze nach unten in einen Kreis gezeichnet. An jede Ecke des Rings wird ein "Balken" angefügt. Dann wird eine Linie horizontal durch den Kreis so gezogen, dass dieser halbiert wird.

Abb.1
Relative Energie der Molekülorbitle des Benzols - dargestellt im Frost-Zirkel.

Die verfügbaren π-Elektronen werden nun von unten so auf die Balken gesetzt, dass zunächst die energieärmeren, also die unteren mit maximal zwei Elektronen besetzt werden. Benzol beispielsweise füllt mit seinen sechs π-Elektronen die drei bindenden Molekülorbitale, so dass kein Elektron in energiereichere (destabilisierende) Orbitale verschoben werden muss. Auch Ionen können aromatisch sein: z.B. besitzt das Tropylium-Ion so wie das Benzol sechs π-Elektronen.

Abb.2
Beispiele für Aromatenerkennung mit Hilfe des Frost-Zirkels

Das Cycloheptatrienyl-Anion besitzt 8 π-Elektronen, zwei von diesen besetzen antibindende Molekülorbitale. 1,3,5,7-Cyclooctatetraen ist ein Beispiel für eine nichtaromatische Verbindung: Das Molekül besitzt 8 π-Elektronen, zwei müssen nichtbindende Molekülorbitale besetzten. Das Cycloheptatrienyl-Anion sowie das 1,3,5,7-Cyclooctatetraen besitzen jeweils 8 π-Elektronen, von denen 2 nichtbindende Orbitale besitzen. Das führt dazu, dass sie keine stabilen Aromaten bilden.

Abb.3
Abb.4

Übung: Aromat oder nicht: Der Frost-Zirkel

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