I sistemi coniugati e le loro proprietà
I sistemi coniugati sono costituiti da legami insaturi disposti in modo alternato a legami saturi, come nel caso dell’1,3-butadiene. In alcune molecole, la delocalizzazione delle coppie di elettroni è maggiore rispetto a molecole come l’ozono e il benzene. Ciò è particolarmente evidente nei composti del carbonio contenenti catene coniugate, come le lunghe catene in cui si alternano legami semplici e legami doppi.
Un esempio di sistema coniugato è rappresentato dalla Vitamina A, in cui è presente una considerevole delocalizzazione.
Proprietà dei sistemi coniugati
Le proprietà fisiche e chimiche delle molecole indicano che tutti i legami nei sistemi coniugati hanno un carattere intermedio tra un legame singolo e un legame doppio. Gli elettroni π sono liberi di muoversi lungo tutta la catena del sistema coniugato. Un metodo semplice, anche se approssimativo, per una trattazione matematica di tali elettroni consiste nel considerarli come se fossero particelle in una scatola unidimensionale avente la stessa lunghezza della catena. Nei sistemi coniugati, l’energia dei primi sette livelli occupati dagli elettroni delocalizzati varia in modo inversamente proporzionale alla radice quadrata della lunghezza della catena.
Lunghezza d’onda
Il modello dei sistemi coniugati consente di calcolare la lunghezza d’onda della banda di assorbimento principale nello spettro della Vitamina A. Più è lunga la catena coniugata, maggiore è la lunghezza d’onda a cui essa assorbe. Ad esempio, l’etene assorbe a 170 nm, l’esatriene a 265 nm e la vitamina A a 350 nm.
Anelli benzenici condensati
Un analogo effetto si osserva in molecole che contengono anelli benzenici condensati, come l’antracene. Maggiori sono gli anelli benzenici, maggiore è la lunghezza d’onda che la molecola assorbe. Il benzene assorbe a 260 nm, il naftalene a 280 nm, l’antracene a 375 nm e il naftacene a 450 nm. Aumentando il grado di delocalizzazione, aumenta la lunghezza d’onda a cui la molecola assorbe se l’elettrone è delocalizzato su più anelli o catene.
Il comportamento dei sistemi coniugati è importante nella preparazione di composti che assorbono la luce visibile, come le tinture. Solo i composti organici che contengono elettroni π delocalizzati appaiono colorati, in quanto richiedono un fotone di energia inferiore per essere eccitati.