Chemische Bindung: Resonanzenergie von Benzol

Um die Frage zu beantworten, ob sich die vollständige Delokalisierung über den Ring auf die Stabilität des Moleküls auswirkt, vergleicht man die Hydrierwärme des Benzols mit der des hypothetischen Cyclohexatriens.

Die Hydrierwärme des Cyclohexatrien-Moleküls ermittelt man durch Hochrechnen der Ergebnisse für Cyclohexen (-120 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$) und 1,3-Cyclohexadien (-230 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$). Die Hydrierwärme für das 1,3-Cyclohexadienmolekül liegt etwas tiefer als der verdoppelte Wert vom Cyclohexen. Der Unterschied, die Resonanzenergie, resultiert aus der Delokalisierung über die konjugierten Doppelbindungen. Damit ergibt sich für das hypothetische Cyclohexatrien-Molekül:

Hydrierwärme (Benzol) = 3 * Hydrierwärme (Cyclohexen) + 3 * Resonanzenergie (1,3-Cyclohexadien)

Hydrierwärme (Benzol) = 3 * (-120 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$) + 3 * 10 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$ = -330 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$

Der experimentell ermittelte Wert für Benzol beträgt -206 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$. Die Differenz ist die Resonanzenergie. Diese beträgt in diesem Fall 124 $\text{kJ}{\text{mol}}^{-1}$. Alle Werte sind noch einmal in der folgenden Übersicht angegeben.

Damit hat man ein Maß, um die Stabilisierung durch die Delokalisierung über den gesamten Ring abzuschätzen. Die resultierende Stabilisierung ist bedeutend höher als für konjugierte Doppelbindungen. Die Resonanzkorrektur für konjugierte Doppelbindungen ist in dieser Rechnung schon abgezogen.

Die erhöhte Stabilität zeigt sich auch an der Reaktivität des Benzol-Systems. So reagiert Benzol mit Halogenen (ausser Fluor) nur unter Zugabe eines Katalysators. Dabei kommt es nicht zu elektrophilen Additionsreaktionen wie bei anderen ungesättigten Verbindungen. In einer Substitutionsreaktion werden ein oder mehrere Wasserstoff-Atome ausgetauscht.