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Chemische Bindung: Aromatizität

Chemische Bindung: Die Hückel-Regel

Man nennt Benzol aufgrund seiner ungewöhnlichen Stabilität aromatisch oder einen Aromaten. Das Phänomen der Stabilisierung durch Delokalisierung bei cyclischen π-Systemen nennt man Aromatizität.

Definitionen für Aromatizität

Der Begriff Aromatizität hat sich in der Chemie zur Erklärung von Reaktivität, Stabilität und magnetischer Eigenschaften chemischer Verbindungen als sehr erfolgreich erwiesen. Streng physikalisch läßt sich die Aromatizität nicht eindeutig auf beobachtbare Größen zurückführen. Es handelt sich um einen weichen Begriff, für den es mehrere Definitionen gibt. Ob man eine Verbindung als aromatisch bezeichnet, ist oft Ansichtssache. Es gibt eine Reihe von Grenzfällen. Folgende Kriterien werden für die Definition der Aromatizität häufig angewandt:

  • Riecht aromatisch (die historische Definition gilt nur in wenigen Fällen).
  • Planar und cyclisch durchkonjugiert mit 4n+2 delokalisierten Elektronen.
  • Stabiler als ein offenkettiges oder nicht cyclisch konjugiertes Analogon
  • Außergewöhnliche chemische Verschiebung der Protonen im NMR (Tieffeld-Verschiebung im entschirmenden Bereich des durch den Ringstrom induzierten Magnetfeldes, Hochfeld im abschirmenden Bereich)

Die Definition von Aromaten anhand des Beispieles Benzol verlangt, dass aromatische Moleküle cyclisch, planar und vollständig konjugiert sein müssen. Das Beispiel Cyclobutadien zeigt, dass diese Kriterien nicht ausreichen, um Aromatizität vorherzusagen.

Erich Hückel hat auf der Grundlage der Molekülorbitaltheorie eine Regel für monocyclische Systeme entwickelt, die als weiteres Kriterium in die Definition von Aromaten aufgenommen werden muss. Die Regel wurde nach ihm Hückel-Regel genannt.

Nach der Hückel-Regel sind monocyclische, planare, vollständig konjugierte Moleküle mit (4n+2) π-Elektronen Aromaten, mit 4n π-Elektronen Antiaromaten. Mit dieser Regel erklärt sich die Reaktivität von Cyclobutadien, da es antiaromatisch (4 π-Elektronen, n=1) und stark gespannt ist. Benzol ergibt sich -wie experimentell bestätigt- als Aromat (6 π-Elektronen, n=1).

Hückel-Regel
Zusammenfassend noch einmal die Kriterien für Aromaten nach der Hückel-Regel:
  1. monocyclisch
  2. planar
  3. vollständig konjugiert
  4. (4n+2) π-Elektronen
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