Composti aromatici

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Benché l'aggettivo aromatico derivi dal fatto che i primi composti di questa classe scoperti ed identificati in passato possedessero odori intensi e caratteristici, oggi sono definiti come composti aromatici o areni (simbolo Ar-H) tutti i composti organici che contengono uno o più anelli aromatici nella loro struttura;[1] la presenza di tali anelli conferisce loro reattività particolari, molto diverse da quelle dei composti alifatici aventi peso molecolare e gruppi funzionali simili.

L'aromaticità può essere definita come l'abbassamento di energia dello stato fondamentale della molecola dovuto alla delocalizzazione degli elettroni π sull'intera molecola.[2] Poiché gli orbitali π nascono dall'interazione di orbitali p, i quali sono bilobati sopra e sotto il piano della molecola, la delocalizzazione degli orbitali π porta alla formazione di due toroidi sopra e sotto la molecola.

Modello della molecola del benzene

Un anello aromatico è un sistema ciclico a struttura planare in cui tutti gli atomi coinvolti condividono tramite i loro orbitali p un totale di 4n+2 elettroni, dove n è un intero positivo (regola di Hückel).

Tale configurazione risulta particolarmente stabile; al punto che, benché la formula bruta dei composti aromatici possa far pensare ad una elevata presenza di doppi e tripli legami, la reattività dei composti aromatici è completamente diversa da quella degli alcheni e degli alchini. Mentre questi ultimi tendono a reagire addizionando atomi a sé, gli anelli aromatici tendono invece a preservarsi, favorendo reazioni di sostituzione.

Capostipite dei composti aromatici è il benzene, avente formula bruta C6H6. La sua struttura è planare e presenta i sei atomi di carbonio disposti ai vertici di un esagono regolare; i legami tra due atomi di carbonio vicini sono intermedi - in termini di lunghezza e di forza - tra un legame singolo ed un legame doppio.

Ogni atomo di carbonio è legato ad altri due e ad un idrogeno tramite i suoi tre orbitali ibridi sp2; il quarto elettrone spaiato è condiviso con gli altri tramite un orbitale p, perpendicolare al piano della molecola; l'anello prodotto dalla fusione dei sei orbitali p contiene quindi 6 elettroni.

La struttura del benzene può essere considerata come un ibrido di risonanza tra più strutture simili (in figura sono riportate le due principali).

Composti aromatici risonanza.PNG

La reattività e la stabilità tipiche dei composti aromatici non sono solo limitate agli idrocarburi. Anche i cosiddetti composti eterociclici, cioè composti ciclici il cui anello è formato anche da atomi diversi dal carbonio, possono essere aromatici. È il caso, ad esempio, del pirrolo (C4H5N), il cui anello è un sistema aromatico a 6 elettroni: uno da ciascun atomo di carbonio e due dall'azoto.

Chimica dei composti aromatici[modifica | modifica wikitesto]

I composti chimici contenenti anelli benzenici sono, come già detto, relativamente più stabili dei corrispondenti alcheni e di conseguenza tendono a reagire in maniera differente, attraverso reazioni che tendono a preservare l'integrità dell'anello aromatico e la stabilità che ne consegue. Prendiamo ad esempio l'addizione di cloro al benzene:

Clorurazione del benzene.jpg

Se la reazione dovesse avvenire secondo il meccanismo numero uno (addizione al doppio legame), la molecola perderebbe la stabilità conferitale dal sistema aromatico. Attraverso il meccanismo due (sostituzione), è conservata la stabilità aromatica. I composti aromatici quindi non subiscono preferenzialmente, come per gli alcheni, reazioni di addizione elettrofila, ma di sostituzione elettrofila.

Si noti che nella reazione non si è tenuto conto della presenza di un catalizzatore (AlCl3, FeBr3) che è indispensabile per far avvenire la reazione e, a rigore, andrebbe scritto.

Sintesi[modifica | modifica wikitesto]

Sostituzione elettrofila[modifica | modifica wikitesto]

Alcune tipiche reazioni di sostituzione elettrofila aromatica sull'anello benzenico sono:

          FeX3
C6H6 + X2 -----> C6H5-X + HX

dove X rappresenta un alogeno.

            H2SO4
C6H6 + HNO3 ------> C6H5-NO2 + H2O
             SO3
C6H6 + H2SO4 ----> C6H5-SO3H + H2O
            AlCl3
C6H6 + R-Cl ------> C6H5-R + HCl

dove R rappresenta un radicale alchilico.

             AlCl3
C6H6 + R-C=O ------> C6H5-C=O + HCl
         |                |
         Cl               R

dove R rappresenta un radicale alchilico.

Anelli aromatici a 6 elettroni[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "arenes"
  2. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "aromatic"

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