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Chemische Bindung: Annulene und mehrkernige Aromaten

Chemische Bindung: [10]Annulen

[10]Annulen ist nach der Hückel-Theorie ein Aromat mit 10 π-Elektronen (n=2).

Abb.
[10]Annulen als Aromat

Die Synthese des [10]Annulens erwies sich als äußerst schwierig. Das ist zunächst verwunderlich, da Benzol als aromatische Teilstruktur in vielen natürlichen Verbindungen vorkommt. Der Grund dafür liegt in der großen Ringspannung des 10-Rings. Wenn alle Doppelbindungen in der cis-Konformation vorliegen, erhält man einen planaren 10-Ring (siehe obere Abbildung) mit C-C-C-Bindungswinkeln von 144°. Damit erhält man eine große Ringspannung. Im Benzol betragen zum Vergleich alle Bindungswinkel 120°. Die Ringspannung ist dem stabilisierenden Effekt der Aromatizität entgegengerichtet.

Erstmals beim [10]Annulen ist aufgrund der Ringgrösse der Einbau von trans-Doppelbindungen energetisch vorteilhaft. In dem (Z,E,Z,Z,E)-Isomer kommen sich allerdings die Wasserstoff-Atome im Ringinnern so nahe, dass die planare Anordnung der Kohlenstoff-Atome nicht mehr möglich ist. Eine durch Aromatizität optimal stabilisierte Struktur kann sich unter den Bedingungen nicht mehr ausbilden.

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planare Struktur
3D-Modell der planaren Struktur
tatsächliche C2-Symmetrie (berechnet mit PM3)

Wenn man die inneren Wasserstoff-Atome durch eine Methylen-Gruppe ersetzt, erhält man ein nahezu planares π-System, das tatsächlich aromatische Eigenschaften aufweist.

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2D-Struktur
3D-Modell
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