AROMATICIDAD

Los hidrocarburos se clasifican en dos grandes grupos: alif�ticos y arom�ticos. Los compuestos arom�ticos se caracterizan por poseer una particular estabilidad y porque llevan a cabo las reacciones de substituci�n con mucha m�s facilidad que las de adici�n.

Para que un compuesto se clasifique como arom�tico (es decir, para que posea aromaticidad) debe cumplir con las siguientes condiciones:

1- deben ser compuestos c�clicos, planos o casi planos.

2- deben contener un n�mero de dobles enlaces conjugados

3- deben tener una inusual energ�a de resonancia

4- cada �tomo en el anillo debe tener orbitales "p" sin hibridizar (por lo general, los �tomos del anillo hibridizan sp² o sp)

5- los orbitales "p" deben estar paralelos entre s�.

6- debe haber un solapamiento tal entre los orbitales "p" como para que se generar una deslocalizaci�n total de todos los electrones en los enlaces pi.

7- todos los electrones pi deben estar pareados,

8- deben cumplir con la regla de H�ckle. Esta regla establece que el n�mero de electrones pi en un compuesto arom�tico debe ser igual a (4N+2) , donde N es 0,1,2,3,.....

Usando benceno, C₆H₆, como ejemplo de compuesto arom�tico, podemos entender la aplicaci�n de estos criterios para clasificar un compuesto como arom�tico.

Benceno es un compuesto c�clico, hexagonal, plano, conteniendo tres dobles enlace conjugados. Los carbonos hibridizan sp² por lo que los orbitales "p" sin hibridizar estan paralelos entre s�.

Esto causa el solapamiento total entre los orbitales "p":

Se genera un "c�rculo o anillo" de orbitales de enlace pi. La nube que describe la densidad electr�nica a lo largo de todo el sistema pi del benceno y que, a su vez, proyecta la resonancia debida a la deslocalizaci�n de sus electrones, se puede ilustrar por la siguiente figura:

La alta energ�a de resonancia se debe a la estabilidad que le confiere la deslocalizaci�n de electrones pi a trav�s de todo el anillo. [Energ�a de resonancia: diferencia en energ�a entre la mol�cula actual (el h�brido de resonanc�a) y la energ�a predicha para la estructura resonante m�s estable (la de menor energ�a)] Dada esta deslocalizaci�n de electrones pi, la mol�cula de benceno se representa como el h�brido de resonancia de estas dos estructuras, llamadas de Kekul�:

Para simplificar, la estructura de benceno se ilustra como sigue

El c�rculo al centro del anillo representa la deslocalizaci�n de los electrones pi.

Queda claro que si el benceno (o cualquier compuesto arom�tico) sufriera una reacci�n de adici�n a un doble enlace, se alterar�a el cont�nuo sistema pi que cubre todo el anillo, afectando as� su alta estabilidad. Esto destruye su aromaticidad.

De aqu� que el benceno ( y los compuestos arom�ticos) prefieran reaccionar por medio de una substituci�n de sus hidr�genos, situaci�n que no altera la deslocalizaci�n de electrones y mantiene la aromaticidad del compuesto:

Por �ltimo, benceno cumple con la regla de H�ckle porque contiene 6 electrones pi, lo que corresponde a (4N + 2) electrones pi cuando N=1.

El n�mero de electrones pi se puede determinar multiplicando el total de dobles enlaces por dos. Para saber si estos electrones est�n totalmente pareados, se puede recurrir a la regla del pol�gono. Esta regla establece que el diagrama energ�tico de orbitales mol�culares de sistemas c�clicos regulares y completamente conjugados, tienen la misma forma poligonal que el compuesto.

La figura debe dibujarse como si �sta estuviera parada sobre uno de sus v�rtices, que representa el orbital molecular de total enlace. La l�nea que separa la figura en dos partes iguales representa la �rea de no-enlace. Sobre esta l�nea est�n los orbitales de antienlace.
Para benceno, el diagrama energ�tico de orbitales moleculares es

El arreglo electr�nico es el siguiente:

Un anuleno es un hidrocarburo monoc�clico conjugado con formula general [-CH=CH-]n , y que contiene (4N+2) electrones pi deslocalizados. Benceno se conoce como [6] Anuleno; el n�mero entre corchetes representa el n�mero de carbonos en el anillo.

Anulenos con un n�mero de carbonos mayor de 7 que pudieran ser arom�ticos se denominan como compuestos arom�ticos no-bencenoides.

Un compuesto anti-arom�tico es un hidrocarburo conjugado c�clico en el que la deslocalizaci�n electr�nica genera un aumento en energ�a. Estos compuestos poseen un total de 4N electrones pi.

Un compuesto c�clico insaturado que no contenga el anillo cont�nuo de orbitales solapados, se dice que es no-arom�tico (alif�tico).

Ejemplos:
1- Ciclopropeno o [3] Anuleno.

Total electrones pi = 2. Diagrama energ�tico:

Compuesto no arom�tico porque no hay conjugaci�n (hay un s�lo doble enlace). adem�s uno de los tres carbonos hibridiza sp ³ .

2- Cati�n de ciclopropeno:

el carbono con carga (+) cambia a hibridaci�n sp², lo que genera 3 orbitales "p" paralelos entre s� y capaces de total solapamiento. Aunque el n�mero de electrones pi se queda igual (2), se clasifica como arom�tico, porque cumple con la regla de Huckle para N=0.

3- Ani�n de ciclopropeno: el carbono negativo hibridiza sp²y posee dos electrones. Hay total solapamiento de los 3 orbitales "p", y el n�mero de electrones pi es 4 , lo que responde a 4N, cuando N=1. Por lo tanto, el ani�n ciclopropenilo es antiarom�tico. Diagrama energ�tico:

4- Ciclobutadieno:

Este compuesto es un [4] Anuleno que contiene 4 electrones pi. El diagrama energ�tico es el siguiente:

Los electrones no est�n totalmente pareados, y el n�mero de electrones pi equivale a 4N, cuando N=1. Por lo tanto, ciclobutadieno es un compuesto anti-arom�tico. Se entiende que todos los orbitales "p" est�n paralelos entre s�, y forman un anillo cont�nuo.

5- Ciclopentadieno:

Total electrones pi = 4. Diagrama energ�tico:

Compuesto no-arom�tico porque la deslocalizaci�n de electrones pi no es cont�nua en todo el anillo. (Uno de los carbonos es sp³) .

6- Cati�n ciclopentadienilo:

el carbono con carga (+) hibridiza sp².
Esto permite que hayan cinco orbitales "p" paralelos entre s� y un total solapamiento entre �stos por todo el anillo. Sin embargo, como el total de electrones pi es 4 (4N electrones pi), el compuesto es antiarom�tico.

7- Ani�n ciclopentadienilo: el carbono negativo hibridiza sp ²y posee dos electrones en el orbital "p". Los cinco orbitales "p" paralelos entre s� se solapan en un sistema cont�nuo.

El total de electrones pi es seis y el diagrama energ�tico es el siguiente:

Los seis electrones pi est�n todos pareados y reponden a la regla de H�ckle de 4N+2, cuando N=1. Por lo tanto, este ani�n es aromatico.

8-[18] Anuleno :

compuesto arom�tico no bencenoide. Contiene 9 dobles enlaces conjugados y un total de 18 electrones pi (4N+ 2, cuando N=4).

Retornar a P�gina Quim-Formativa