Стабилност на ароматните съединения V

Правилото на Хюкел важи само за моноциклични съединения. Но има някои полициклични съединения, които също изглежда притежават някакъв вид ароматна стабилност. Едно от тези съединения е нафталенът. Ето тук отляво имаме структурната формула на нафталена. Нафталенът е бял разтворител, който традиционно се използва в топчетата против молци. Има много характерна миризма. Нафталенът е ароматно съединение. Но не е така стабилен като бензена. Можем да го разглеждаме като два свързани бенезнови пръстена. Ако трябва да анализирам молекулата на нафталена чрез критериите за ароматност, мога да разгледам всеки въглерод. Всеки въглероден атом е свързан с двойна връзка. Значи всеки въглероден атом е sp2-хибридизиран. Всеки въглерод има р-орбитала, това е нехибридизирана р-орбитала. Имаме общо 10 въглеродни атома в нафталена. Отивам при скицата отдясно, всеки въглерод има р-орбитала. Ще поставя р-орбиталите при всеки от въглеродните атоми. Тези р-орбитали са една до друга, което означава, че се застъпват. Ако приложа критерия за ароматност на едно съединение, тук един вид първият критерий е изпълнен, нали? Виждаш, че имаш припокриване на тези р-орбитали. В този случай имаме делокализиране на електроните в двата пръстена. За втория критерий, който е правилото на Хюкел за броя на р-електроните в съединението, сега ще анализираме нафталена, макар технически да не можем да използваме правилото на Хюкел. Да видим, можем да преброим 2, 4, 6, 8 10 р-електрона. Нафталенът има 10 р-електрона. Да видим правилото на Хюкел, 4n + 2. Ако n е равно на 2, тогава 4 по 2 плюс 2 е равно на 10 р-електрона. 10 р-електрона е число по Хюкел. Така че изглежда нафталенът да удовлетворява и двата критерия, макар технически да не можем да прилагаме правилото на Хюкел за полициклични съединения. Тези 10 р-електрона са напълно делокализирани в двата пръстена. Един начин да го покажем са резонансните структури. Така че ако трябва да начертая резонансна структура на нафталена, мога да взема тези електрони и да ги преместя тук. После тези електрони ще отидат тук. После тези ще дойдат тук. Така че това ни дава друга резонансна структура. Ако продължа и напиша резултата от преместването на тези електрони, сега р-електроните са ето тук. Това отляво е пръстен, подобен на бензена. После отдясно тук пак имаме тези р-електрони ето така. Сега в този случай съм показал тези р-електрони ето тук. Показах ги отляво. Но в действителност тези р-електрони са над и под нашата единична връзка, като разглеждаме вероятността да засечем тези електрони. Така че не трябва да го рисувам по начина, по който го направих тук. Трябва да е ето така. Затова ще покажа, че това е еквивалентно на тази структура. Това не са различни резонавсни структури. Просто по различен начин показвам тази резонансна структура. Мога да покажа тези електрони в синьо ето тук от тази страна. Нека да оцветя тези електрони. Тези електрони в синьо ето тук. Тези два чертежа са еквивалентни след като покажа другите електрони ето тук. Структурните формули са просто несъвършен начин да представим молекулите. Мога да покажа тези р-електрони отляво, мога и отдясно. Това всъщност е едно и също. След като приключа с това, мога да направя и друга резонансна структура. Мога да направя друга резонансна структура ето тук. Мога да преместя тези електрони тук, премествам тези тук и накрая тези електрони тук. В получената структурна формула сега ще имам, да видим, тези р-електрони са още тук. После обикалям пръстена, който ще изглежда ето така. Тук има общо три резонасни структури на нафталена. Показах ти делокализацията на тези 10 р-електрона И ти показах малко защо нафталенът демонстрира известна ароматна стабилност. Той не е напълно ароматен като бензена. Всички връзки в бензена имат една и съща дължина. Но и нафталенът има известна ароматна стабилност. Нафталенът е най-простият пример на това, което се нарича полицикличен ароматен въглероводород. Има няколко различни примера на полициклични ароматни въглеводороди. Друг пример е антраценът. Има и много, много примери за пръстенни системи, които съдържат слети пръстени, които са подобни на бензена. Но вместо да се занимаваме с тях, искам да видим друг пример за изомер на нафталена. Той се нарича азулен. Азуленът е въглеводород с красив син цвят, а в органичната химия е много необичайно да се срещне въглелодород със син цвят. Той има и други интересни свойства. Има повишен диполен момент, свързан с молекулата. Има и повишена електронна плътност в петатомния пръстен. Ето тук отляво имаме азулен. Тук отляво е петатомния пръстен. Оказва се, че има повече електрони в петатомния пръстен, отколкото очакваме, откъдето е и по-големият диполен момент. Ако разгледаме възможна резонансна структура на азулена, ще разберем защо. Ако взема тези р-електрони ето тук, ако ги преместя тук, те ще изтласкат тези електрони при този въглерод. Ако напиша получената резонансна структура, ще получа един такъв йон. Ако разгледам формалните заряди, ако тези сини електрони са ето тук, тези ще дойдат при горния въглерод. Така че този въглерод отгоре ще има несподелена електронна двойка, от което ще има формален заряд –1. Значи имаме отрицателен заряд при този въглерод. Ако разгледам този въглерод тук, той изгуби една връзка. Затова той ще има положителен заряд. Тук имаме карбокатион. Ако анализирам тази резонасна структура, тук има два формални заряда. Но тук отдясно мога да видя, че имаме този седематомен пръстен. Ако го разгледаме, виждаме, че има шест р-електрона. После тук имаме карбокатион. Това е примерът от предходното видео. Всеки въглероден атом е sp2-хибридизиран. Имаме застъпващи се р-орбитали. Имаме общо шест р-електрона. Значи този седематомен пръстен е ароматен. Ако погледна отляво, тук имаме петатомен пръстен. Тук имам няколко р-електрона. Тези р-електрони тук, както видяхме с примера с нафталена, са всъщност общи за двата пръстена. Мога да се престоря, че тези електрони са ето тук в пръстена. И пръстенът още има електрони като тези и заряд –1 или повече. В последното видео видяхме, че този йон е ароматен. Той имаше общо шест р-електрона. Сега ще оцветя тези. Значи тези, тези и тези р-електрони в резонансната структура. Това са шест р-електрона. И всички тези въглероди са sp2-хибридизирани. Пак повтарям – виж предишното видео за по-подробно обяснение защо тези два йона са ароматни. И тъй като тези йони са ароматни, те притежават известна ароматна стабилност. Тази резонасна структура тук отдясно има много по-голям принос за общата картина на молекулата. Отрицателният заряд е делокализиран в този петатомен пръстен. Положителният заряд е разпределен в този седематомен пръстен. Ето защо азуленът има този голям диполен момент. В азулена има по-голям диполен момент, отколкото се очаква, поради факта, че тук имаме два ароматни пръстена, които добавят естествено по-голяма стабилност. И отново, този йон тук долу е циклопентадиенилов анион. А този катион тук е циклохептатриениловият катион от предишното видео. Преразпределението на тези електрони позволява азуленът да абсорбира в оранжевата част на спектъра, което е трудно за повечето органични молекули, защото това е по-голяма дължина на вълната. И това му позволява да отразява синята част от спектъра, което отново е доста рядко, особено за въглеводород. И защото е син, това определя произхода на името му, подобен на азур, като в синьото. Това са само два примера за циклични системи, при които също проявява ароматна стабилност.