Gli ioni aromatici: caratteristiche e regole di Hückel
Nel campo della chimica organica, gli ioni aromatici sono specie cariche che seguono specifiche regole per essere considerate aromatiche. Nel 1931, Erich Hückel ha introdotto uno studio teorico basato sulla teoria degli orbitali molecolari, affermando che i sistemi ciclici planari con una nuvola π ininterrotta, contenenti un numero di elettroni π pari a 4n + 2, dove n è un numero intero, presentano una particolare stabilità.
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Ad esempio, con n = 0, un composto contenente (4 * 0) + 2 = 2 elettroni π sarà aromatico. Con n = 1, un composto contenente (4 * 1) + 2 = 6 elettroni π, come ad esempio il benzene, sarà aromatico. Analogamente, con n = 2, un composto contenente (4 * 2) + 2 = 10 elettroni π sarà anch’esso aromatico.
La classificazione si articola in:
– Aromatici: 2, 6, 10, 14, 18 elettroni π
– Antiaromatici: 4, 8, 12, 16, 20 elettroni π
Tra gli esempi di composti aromatici troviamo benzene, naftalene, antracene, naftacene e composti eterociclici aromatici come il furano, il pirrolo, l’imidazolo, la piridina, la pirimidina, l’indolo e la chinolina.
Ioni aromatici
In aggiunta ai composti aromatici, esistono anche ioni aromatici. Un esempio semplice è il catione ciclopropenilico, con formula C₃H₃⁺. Mentre il ciclopropene non è aromatico nonostante presenti 2 elettroni π a causa di un atomo di carbonio ibridato sp³, il catione ciclopropenilico, ottenuto per rimozione di un atomo di idrogeno come ione H⁺, rispetta la regola di Hückel avendo tutti gli atomi di carbonio ibridati sp².
Anione ciclopentadienilico
Un altro esempio di ione aromatico è l’anione ciclopentadienilico, con formula C₅H₅⁻. Esso deriva…
Ciclopentadiene e la sua reazione con sodioammide
Il ciclopentadiene è composto da 4 atomi di carbonio ibridati sp² e da un atomo di carbonio ibridato sp³, al quale sono legati due atomi di idrogeno. La rimozione di uno di questi atomi di idrogeno come ione H⁺, eseguita mediante la sodioammide, provoca la trasformazione del carbonio inizialmente ibridato sp³ in un carbonio ibridato sp². Il risultato è la formazione di un anione pentagonale planare che rispetta la regola di Hückel, avendo un totale di 6 elettroni π. Questo anione possiede cinque strutture di risonanza e la carica negativa viene distribuita in modo uniforme su tutti gli atomi di carbonio.
Cicloeptatriene e l’ione tropilio
A differenza del benzene, il cicloeptatriene non è considerato un composto aromatico poiché possiede solo 6 elettroni π, non rispettando il criterio della regola di Hückel. Non avendo una nuvola π ininterrotta a causa del carbonio ibridato sp³, il cicloeptatriene non soddisfa tutti i requisiti per essere classificato come aromatico.
L’ione tropilio, catione cicloeptatrienile, si ottiene dalla reazione tra il cicloeptatriene e il bromo o il pentacloruro di fosforo. In quest’ione, tutti gli atomi di carbonio sono ibridati sp². La struttura eptagonale planare presenta lunghezze di legame C-C uniformi e la carica positiva viene delocalizzata su tutti e 7 gli atomi di carbonio, conferendo un carattere aromatico.
Cicloottatetraene e il suo dianione
L’1,3,5,7 cicloottatetraene non è aromatico poiché non è planare e possiede 8 elettroni π, non rispettando la regola di Hückel. A causa di ciò, questo composto è soggetto a reazioni di addizione tipiche degli alcheni.
Il dianione del cicloottatetraene, C₆H₈²⁻, ottenuto per reazione con il potassio, mostra proprietà aromatiche. Con 10 elettroni π, presenta una struttura ottagonale planare con lunghezze di legame C-C uniformi, e le cariche negative sono delocalizzate sugli atomi di carbonio del ciclo. Nonostante possieda caratteristiche aromatiche, non viene considerato aromatico.
