Benzene: delocalizzazione

La Delocalizzazione nel Benzene

Il benzene è costituito da C₆H₆ e possiede quattro luoghi di insaturazione. Come ci si poteva aspettare, una tale molecola è altamente reattiva verso attacchi elettrofili attraverso reazioni di addizione. Tuttavia, a differenza di un alchene, il benzene presenta una notevole stabilità. Questa peculiare stabilità può essere valutata misurando il calore di idrogenazione del cicloesene e del benzene guardando le reazioni seguenti:

C₆H₁₀ + H₂ = C₆H₁₂ + 28.6 kcal/mol

C₆H₆ + 3 H₂ = C₆H₁₂ + 49.8 kcal/mol

Se il benzene fosse costituito da un ipotetico cicloesatriene non coniugato con tre doppi legami, il calore di idrogenazione dovrebbe essere triplo rispetto a quello del cicloesene, ovvero 3 ∙ 28.6 = 85.8 kcal/mol. Tuttavia, i dati sperimentali mostrano un calore di idrogenazione pari a 49.8 kcal/mol, 36 kcal/mol inferiore a quanto previsto. Ciò dimostra la notevole stabilità del benzene rispetto al composto con elettroni localizzati. Questa differenza di 36 kcal/mol viene chiamata energia di delocalizzazione o energia di delocalizzazione. Un composto come il benzene, che presenta un’elevata energia di delocalizzazione, è considerato stabilizzato per delocalizzazione.

La principale conseguenza di questa stabilità è la scarsa reattività rispetto ai polieni aciclici. Si dice infatti che questi composti siano aromatici, ovvero possiedano proprietà aromatiche.

Regola di Hückel

Nel 1931, Hückel ha pubblicato uno studio teorico basato sulla teoria degli orbitali molecolari, secondo il quale sistemi ciclici contenenti 4n + 2 elettroni π, dove n è un numero intero, presenterebbero una particolare stabilità. Questa regola prende il nome di regola di Hückel.

Quando n = 0, un composto contenente (4 ∙ 0) + 2 = 2 elettroni π è aromatico.

Quando n = 1, un composto contenente (4∙1) + 2 = 6 elettroni π, come il benzene, è aromatico. Analogamente, quando n = 2, un composto contenente (4∙2) + 2 = 10 elettroni π è anch’esso aromatico.

In conclusione:

aromatici: 2, 6, 10, 14, 18 elettroni π

antiaromatici: 4, 8, 12, 16, 20 elettroni π

Al contrario, il ciclobutadiene, che ha 4 elettroni π, e il cicloottatetraene, che ha 8 elettroni π, non sono composti aromatici.