Μη Αρωματικές Ενώσεις

Το αλειφατικό αναφέρεται σε μη αρωματικές ενώσεις που δεν έχουν δομή δακτυλίου, ενώ το αλεικυκλικό αναφέρεται σε ενώσεις που έχουν δομή δακτυλίου, όπως το κυκλοεξάνιο. Όπως και στην περίπτωση του βενζοπυρενίου, οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες συχνά αποτελούνται από πολλούς συντηγμένους δακτυλίους.

Στη φύση, και τα δύο είδη υδρογονανθράκων βρίσκονται σε αφθονία, κυρίως σε όλους τους τύπους κοιτασμάτων πετρελαίου και άνθρακα. Είναι επίσης προϊόντα ατελούς καύσης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση στο περιβάλλον οργανικών μορίων που προκαλούνται τόσο από την ανθρώπινη δραστηριότητα όσο και από φυσικές διεργασίες. Σε σύγκριση με τους αρωματικούς υδρογονάνθρακες, είναι πιο ενδιαφέροντες όχι μόνο λόγω της δομής τους, αλλά και λόγω των μεταλλαξιογόνων και καρκινογόνων ιδιοτήτων τους, μεταξύ άλλων.

Αρωματικές ενώσεις

Οι κυκλικές ενώσεις που περιλαμβάνουν συζευγμένους διπλούς δεσμούς και διαθέτουν εξαιρετικά σημαντικές ενέργειες συντονισμού έχουν ενσωματωθεί στη γνώση εργασίας των αρωματικών ενώσεων μέχρι στιγμής. Ως αποτέλεσμα, τα αρωματικά χημικά είναι αυτά που πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις.

Κάποιος αριθμός συζευγμένων δεσμών pi πρέπει να υπάρχει στη δομή για να είναι κυκλική.

Κάθε άτομο στον δακτύλιο πρέπει να έχει ένα μη υβριδοποιημένο τροχιακό p καθώς και ένα sp2 υβριδισμένο ή sp υβριδισμένο τροχιακό sp ως μέρος της δομής του.

Τα p τροχιακά που δεν είναι υβριδισμένα πρέπει να επικαλύπτονται για να δημιουργηθεί ένας συνεχής δακτύλιος από παράλληλα τροχιακά.

Η πλειοψηφία της δομής είναι επίπεδη ή σχεδόν επίπεδη, επιτρέποντας την αποτελεσματική επικάλυψη των στοιχείων.

Η μετεγκατάσταση των ηλεκτρονίων του δεσμού pi πάνω από τον δακτύλιο πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ηλεκτρονικής ενέργειας του δεσμού.

Σε αντίθεση με αυτό, ένα αντιαρωματικό μόριο είναι ένα μόριο που ικανοποιεί τις τρεις πρώτες συνθήκες ενώ έχει μετατοπισμένα ηλεκτρόνια pi κατανεμημένα στον δακτύλιο, αυξάνοντας έτσι την ηλεκτρική ενέργεια. Είναι πιο σταθερό για το σχηματισμό αρωματικών δομών παρά για τα ισοδύναμα ανοιχτής αλυσίδας.

Για παράδειγμα, η δομή του 1, 3 και 5 εξατριενίου είναι πιο ασταθής από τη δομή του βενζολίου, η οποία είναι συγκριτικά σταθερή. Το κυκλοβουταδιένιο ικανοποιεί τις τρεις πρώτες συνθήκες για έναν συνεχή δακτύλιο επικαλυπτόμενων τροχιακών p, ωστόσο η εντόπιση των ηλεκτρονίων pi προκαλεί σημαντική αύξηση της ηλεκτρονικής ενέργειας του μορίου.

Αντι-Αρωματικές Ενώσεις

Οι αντι-αρωματικές ενώσεις είναι εκείνες που αποτελούνται από ένα μόριο κύκλου με σύστημα ηλεκτρονίων με υψηλότερη ενέργεια λόγω της ύπαρξης ηλεκτρονίων 4n αποτοποθετημένων (ή μεμονωμένου ζεύγους) παρουσία οργανικού διαλύτη. Ενώ οι αρωματικές ενώσεις ακολουθούν τον κανόνα του Huckel και είναι σχετικά σταθερές, τα αντι-αρωματικά μόρια είναι εξαιρετικά απρόβλεπτα και εξαιρετικά αντιδραστικά, κάτι που έρχεται σε αντίθεση με τις αρωματικές ενώσεις. Ενδέχεται να αλλάξουν σχήμα προκειμένου να εξουδετερώσουν τον ασταθή χαρακτήρα των αντιαρωματικών σωματιδίων, μετατοπίζοντας μη επίπεδα και, ως εκ τούτου, διακόπτοντας κάποιες ενδοεπικοινωνίες. Οι αντι-αρωματικές ενώσεις έχουν ρεύμα παραμαγνητικού δακτυλίου σε σύγκριση με τις αρωματικές ενώσεις, οι οποίες έχουν ρεύμα διαμαγνητικού δακτυλίου στις αρωματικές ενώσεις. Όταν χρησιμοποιείται η προσέγγιση κυκλικού συζευγμένου πι-ηλεκτρονίου για τον υπολογισμό της ενέργειας της χημικής ουσίας, οι αντιαρωματικές ουσίες μπορούν να αναγνωριστούν θερμοδυναμικά. Η ενέργεια της ένωσης θα είναι πάντα υψηλότερη από την ενέργεια της ένωσης αναφοράς που χρησιμοποιείται για σύγκριση.

Ο κανόνας ηλεκτρονίων Huckel 4n + 2 Pi

Η τήρηση του κανόνα Huckel συμβαίνει όταν ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων pi που ανήκουν στο μόριο μπορεί να προσεγγιστεί με τον τύπο "4n + 2", όπου το "n" μπορεί να είναι οποιοσδήποτε ακέραιος με θετική τιμή. Όταν συμβαίνει αυτό, το μόριο λέγεται ότι είναι συμμόρφωση στον κανόνα Huckel (συμπεριλαμβανομένου του μηδενός).

Παραδείγματα μορίων που υπακούουν στον κανόνα του Huckel έχουν βρεθεί μόνο για n αριθμούς που κυμαίνονται από το μηδέν έως το έξι, σύμφωνα με την έρευνα. Ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων pi στο μόριο βενζολίου που απεικονίζεται παρακάτω μπορεί να υπολογιστεί ότι είναι 6, σύμφωνα με τον κανόνα ηλεκτρονίων 4n+2, όπου n=1 στην εξίσωση. Ως αποτέλεσμα, η αρωματικότητα του μορίου του βενζολίου μπορεί να προσδιοριστεί επειδή ακολουθεί τον κανόνα Huckel.

Η προσέγγιση Pariser-Parr-Pople, καθώς και η μέθοδος γραμμικού συνδυασμού ατομικών τροχιακών (LCAO), χρησιμοποιούνται επίσης για την υποστήριξη της εγκυρότητας αυτού του κανόνα.

Λόγω της ενέργειας συντονισμού ή του μετατοπισμένου νέφους ηλεκτρονίων, οι αρωματικές ενώσεις γενικά θεωρούνται αρκετά σταθερές. Για να έχει ένα μόριο αρωματικές ιδιότητες, πρέπει πρώτα να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:

Απαιτείται να υπάρχουν 4n + 2 ηλεκτρόνια σε ένα σύστημα συνδεδεμένων τροχιακών p (στο οποίο τα ηλεκτρόνια έχουν μη εντοπισμένη διαμόρφωση) που ανήκουν στο μόριο.

Εάν το μόριο πρέπει να πληροί τα πρώτα κριτήρια, πρέπει να έχει μια περίπου επίπεδη δομή, στην οποία τα τροχιακά p είναι λίγο-πολύ παράλληλα και έχουν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Επιπλέον, το μόριο πρέπει να έχει ισόπλευρη κυκλική δομή και πρέπει να έχει έναν δακτύλιο από p τροχιακά που δεν περιέχει κανένα υβριδισμένο άτομο με τη διαμόρφωση sp3.

Διαφορά μεταξύ αρωματικών, μη αρωματικών και αντι-αρωματικών ενώσεων

Η σταθερότητα, η μετεγκατάσταση, τα ηλεκτρόνια Pi και η αντιδραστικότητα είναι τα κύρια διακριτικά χαρακτηριστικά μεταξύ αρωματικών, μη αρωματικών και αντιαρωματικών ενώσεων, όπως φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα:

Αρωματικές ενώσεις

• Έχουν κύκλο βενζολίου στη δομή τους και περιέχουν ηλεκτρόνια 4n + 2 pi στη δομή τους.
• Οι αρωματικές ενώσεις περιέχουν υψηλότερο ποσοστό άνθρακα από τις μη αρωματικές.
• Σταθερό.
• Εμφανίζουν ως επί το πλείστον αντιδράσεις πυρηνόφιλης αντικατάστασης και είναι λιγότερο δραστικά από άλλα μέταλλα.
• Εμφάνιση απήχησης στο πλαίσιο της δουλειάς τους.
• Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν βενζόλιο, ναφθαλίνη, πυριδίνη και άλλες χημικές ουσίες.

Αντι-Αρωματικές Ενώσεις

• Αν και είναι κυκλικές ενώσεις, δεν περιέχουν κύκλο βενζολίου.
• Ενώσεις με δομή αλειφατικού δακτυλίου.
• Εξαιρετικά ασταθές.
• Τα αντιαρωματικά χημικά είναι εξαιρετικά αντιδραστικά στη φύση τους.
• Οι αντιαρωματικές ενώσεις έχουν ηλεκτρόνια 4n pi, ενώ οι αρωματικές ενώσεις όχι. Ενδεικτικά, κυκλοβουταδιένιο, ένδειξη κυκλοεξαδιενίου ή διανιόν κ.ο.κ.

Μη αρωματικές ενώσεις

• Οι μη αρωματικές ενώσεις μπορεί να είναι αλυσοδεμένες ή κυκλικές, αλλά δεν έχουν κύκλο βενζολίου και ο αριθμός των ηλεκτρονίων pi δεν ισχύει για αυτές επειδή δεν περιέχουν αρωματικές ενώσεις.
• Ενώσεις που είναι κορεσμένες ή ακόρεστες.
• Σταθερό.
• Δεν έχουν δομές συντονισμού στη δομή τους.
• Οι ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις κυριαρχούν και είναι λιγότερο αντιδραστικές από άλλες αντιδράσεις.
• Όταν υποβάλλονται στις δοκιμές αρκούδας και βρωμίου, οι ακόρεστες ανόργανες ενώσεις έχουν καλή απόδοση. Τα αλκάνια, τα αλκένια και τα αλκίνια είναι μόνο μερικά παραδείγματα. Δεν έχουν δομές συντονισμού στη δομή τους.

Συμπέρασμα

Η λέξη "μη αρωματικό" ή "αλειφατικό" χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε ένα αρωματικό ή ακόμα και αντιαρωματικό κυκλικό μόριο που δεν απαιτεί συνεχή μορφή επικαλυπτόμενου δακτυλίου από p τροχιακά για να θεωρηθεί αρωματικό ή ακόμη και αντιαρωματικό.

Στον δακτύλιο, μη αρωματικά σωματίδια είναι εκείνα που είναι μη κυκλικά, μη επίπεδα ή δεν έχουν πλήρες συζευγμένο σύστημα. Μια ένωση σε κυκλική μορφή που δεν απαιτεί το σχηματισμό μιας συνεχούς μορφής ενός επικαλυπτόμενου δακτυλίου ρ-τροχιακών δεν χρειάζεται να θεωρείται αρωματική ή ακόμη και αντιαρωματική για να ονομάζεται αρωματική.