2 Aromatische Kohlenwasserstoffe - Aromaten - Arene

“aromatisch” a. G. des süßlichen Geruchs vieler Naturstoffe.

Vorkommen i. d. Natur z.B.
Aminosäuren: Tyrosin, Typtophan, Phenylalanin
Nucleinbase Adenin
Lignin
weibliches Sexualhormon Estradiol (Ausbildung sek. Geschlechtsmerkmale)

2.1 Benzol - “Benzen”

a) Vorkommen
Steinkohlenteer, Erdöl

b) Eigenschaften
physikalische:

• farblose, klare Flüssigkeit (Smp.: 5°C; Sdp.: 80°C)
• geringere Dichte als Wasser
• in Wasser kaum, in Benzin in jedem Verhältnis löslich
• hohe Lichtbrechung

chemische:

• brennt mit stark rußender Flamme
• kein Nachweis von Doppelbindungen mit Brom möglich (Additionsreaktion)
• elektrophile Substitution mit Brom ist möglich

physiologische:

• starkes Gift
• carcinogen

c) Summenformel

C₆H₆

d) Strukturformel
August Kekulé (1866): Oszillationstheorie – schnelles „Umklappen“ der Doppelbindungen (nicht bestätigt).

Heutiger Kenntnisstand:

• ebenes gleichseitiges Sechseck
• Bindungsabstände:

 

• Bindungswinkel 120°

 

• Die je 6 Elektronen sind gleichmäßig über das ganze Sechseck verteilt = delokalisiert

⇨ Besonderer Bindungszustand!

=

 

Energetischer Vergleich zwischen Benzol mit delokalisierten Elektronen und Kekulés Modell: 

e) Vergleich von Cyclischen Kohlenwasserstoffe
⇨ vgl. AB

f) vollständige Verbrennung von Benzol

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Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 03. November 2015

2.2 Hückel-Regel

a) Dewar: cyclische Moleküle mit großer Mesomerieenergie  sämtliche Ringatome gehören zu einem konjugierten System (=C-C=C-C=….)

b) Hückel: Aromaten sind besonders stabile Verbindungen, mit folgenden Eigenschaften:

• Moleküle bestehen aus ebene Ringe;
• besitzen ringförmig geschlossenen π-Elektronenwolke;
• insgesamt (4n + 2) π-Elektronen (n = 0,1,2,3...) (delokalisiert über alle Ringatome des Systems).
• Besonders stabil bei ungeraden Elektronenpaaren

 

n	0	1	2	3	4
π-Elektronen (4n + 2)	2	6	10	14	18
π-Elektronenpaare π-Elektronen:2	1	3	5	7	9

 

Beispiel 1: 1,2,3-Trichlor-Cyclopropene 

n = 0: (4 ∙ 0 + 2) = 2 π – Elektronen:

Überprüfe die Hückel-Regel an Hand von Benzol:

6 Ringatome = 4 • 1 + 2 ⇨ Regel ist erfüllt.

 

Weitere Übungsaufgaben ⇨ siehe Arbeitsblatt. 

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Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 03. November 2015

2.3 Nomenklatur:

Stammverbindung: Benzol – C₆H₆

Benzolring als Substituent: Phenyl = Benzolrest

 

 

Bsp.: 2-Phenylbutan CH₃CH(C₆H₅)CH₂CH₃

Allg aromatische Kohlenwasserstoffgruppe: Arylgruppe

Kondensierte Formen:

Napthalin	Anthracen

 

 

Systematische Nomenklatur: Nummerierung der C-Atome von 1-6 ⇨ Richtung wird so gewählt, dass die Substituenten die kleineren Zahlen erhalten. Hinweis: Substituenten werden alphabetisch geordnet.

Beispiel: 

 

1-Ethyl-3-Methylbenzol

 

Dimethylbenzole (= Xylole)
Afg.: Zeichne alle Möglichkeiten und benenne diese.

Lösung: 

 

 

veraltet Benennung: ortho/meta/para

• ortho- [o-] = 2
• meta- [m-] = 3
• para- [p-] = 4

Afg. Benenne folgende Bindung:

[Lösung (markieren zum Sehen): 1-Methyl-3-propylbenzol]

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Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 14. Juni 2016

• Benzol
• Nomenklatur

2.4 Heteroaromaten

Heteroaromaten: Kohlenstoffatom ist im Ring „ersetzt“ durch anderes Atom (Bsp. : Stickstoff-, Sauerstoff-, Schwefelatom). Hückel-Regel muss erfüllt sein.

Ein freies Elektronenpaar des Heteroatoms kann am delokalisierten Ringelektronensystem beteiligt sein.

2.4.1 Pyridin

Elektronenpaar des Stickstoffatoms zeigt nach außen.

Pyridin-Derivate sind häufig in Naturstoffen (Nicotinamid (= Vitamin B3); NADP⁺)

 

2.4.2 Pyrrol

Freies e^--Paar ist am Ringsystem beteiligt.
Pyrrol-Ringe finden sich z.B. in Porphyrine (Porphin, Häm und Chlorophyll, das Vitamin B12) und die Gallenfarbstoffe (Bilirubin, Urobilin)

 

2.4.3 Furan

Ein freies e--Paar ist am Ringsystem beteiligt.

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Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 03. November 2015