آروماتیک موبیوس،رمز پایداری

آروماتیک ها ، دسته ی وسیعی از ترکیب ها را تشکیل می دهند که شامل بنزن و ترکیب هایی می باشند که از نظر رفتار شیمیایی مشابه بنزن هستند و پایداری ویژه ای در ساختار آن ها مشاهده می شود. مولکول هایی آروماتیک نامیده می شوند وخصلت آروماتیکی از خود نشان می دهند که:

1-  تعداد الکترون سیستم π آن ها، 2 ، 4 ، 6 ، 10 و ... باشد. این ضرورت ، قاعده ی هوکل یا 4n+2 نامیده می شود.

2-   مولکول باید ساختمان مسطح داشته باشد.

3-  دارای جریان حلقه باشند.

تمام ترکیب هایی که حداقل این سه شرط اساسی در آن ها رعایت شده باشد، آروماتیک هستند.زمانی که زوایای پیوندی در آن ها طبیعی ، همپوشانی اوربیتال هایπ مناسب و غیرمستقرشدن الکترون ها به خوبی میسر باشد ، پایداری مولکول ها بیشتر خواهد بود.

تفاوت اربیتال های موبیوس وهوکل:

                             . Möbius and Hückel Orbital Arrays (Möbius Left and Hückel Right

درحقیقت اوبیتال موبیوس دارای گره واوربیتال هوکل بدون گره می باشد.

سیستم های آروماتیک ضد هوکل نیز وجود دارند.چنین حالتی هیلبرونر¹ پیشنهاد گشت. وی زنجیر مزدوجی را مطرح کرد که پیش از اتحاد در اتم های کربن انتهایی برای تشکیل یک هیدروکربن مزدوج حلقوی،یک تاب خوردگی 180 درجه در ساختار آن رخ می دهد یا دارای گره می شود.اربیتال حاصل دارای ساختار فضایی نوار موبیوس است.سیستم های آروماتیک موبیوس از قاعده ی 4n پیروی می کنند.

نوار موبیوس²

نوار موبیوس از به هم چسباندن دو انتهای یک نوار به طوری که یک نیم چرخش درآن داده شود،به دست می آید( مثل اینکه یک کمربند را تاب خورده دوره کمر ببندیم). در واقع نوار موبیوس بر خلاف صفحه ی معمولی ، یک سطح بیشتر ندارد. این گونه سطح ها را سطح های جهت نا پذیر می نامند.

در پست های بعدی بیشتر با این دسته از حلقه های آروماتیک آشنا خواهیم شد.

۱- Heilbroner

2- mobius strip

منبع:حلقه های جادویی در شیمی-جوادصفری

ساختار بنزن

حلقه ی بنزن:

بنزن جزو ساده ترین ترکیب های آلی معروف به هیدروکربن های حلقوی یا معطر است. مایعی بی رنگ وبا بوی تند مخصوص ، کمی سبک تر از آب که در دمای 80.1 درجه ی سانتی گراد به جوش می آید ودر 8.48 درجه ی سانتی گراد متبلور می شود. بسیار فرّاروقابل اشتعال است.

در اوایل قرن نوزدهم روغنی که برای روشن کردن خیابان های لندن وسایر  شهرها مورد استفاده قرار می گرفت از چربی وال بدست می آمد. برای تعیین فرمول آن درسال1825 دانشمند انگلیسی، فاراده^۱ روغن وال را پیرولیز نمود و مایعی بی رنگ که فرمول تجربی آن CH بود را بدست آورد.

فرمول بنزن C₆H₆  است و آن را از تقطیر تدریجی قطرات زغال سنگ به دست می آورند.

بنزن در سال 1825 میلادی توسط میکائیل فاراده کشف شد واو  آن را بیکربورهیدروژن نامید. هشت سال بعد میچرلیش این ماده را در محصولات تقطیر بنزوئیک اسید بدست آورد و نام بنزن را بر آن نهاد. ولی نام بنزول که لیبیگ وضع کرد جای آن را گرفت.

سرانجام فردریش آگوست ککوله^۲در سال 1857 توانست ساختار حلقوی بنزن را شناسایی کند. او استدلال خودرا بر پایه ی سه فرض زیر قرار داد:

1-  بنزن دارای فورمول C₆H₆  است.

2-   همه ی هیدروژن های بنزن یکسان هستند.

3-   هر کربن دارای چهار پیوند می باشد.

ککوله پیشنهاد خود را به این صورت اعلام کرد: شش اتم کربن بنزن برای تشکیل یک حلقه به یکدیگر متصل شده اند.بنزن مسطح است واسکلت کربنی آن دارای شش ضلع منظم می باشد. هیچ گونه شاهدی برای اینکه پیوندهای ساده و دوگانه یک در میان باشد وجود ندارد، بلکه تمام پیوندها یکسان و حد واسط ساده و دوگانه و طول آنها برابر 154 پیکومتر (pm) می باشد.

 اتم های کربن در بنزن دارای ساختار مسطح و هیبرید sp² می باشند. دو اوربیتال sp² با  دو اتم کربن دیگر در تشکیل حلقه ی شش گوشه شرکت نموده ،  یک اوربیتال sp² دیگر با اتم H پیوند می دهد. به این ترتیب یک اوبیتالp برای هر اتم کربن باقی می ماند که به طور عمود بر مولکول مسطح بنزن وبه فاصله ی مساوی از هم قرار گرفته و در نتیجه با هم موازی خواهند شد. هریک ار این اوربیتال ها می توانند به طور یکسانی با اوبیتال سمت راست وچپ خود همپوشانی کرده، پیوند پای (π ) تشکیل دهند ، به طوری که در بنزن به جای سه پیوند دوگانه مجزا ، یک پیوند پای شش مرکزی وجود دارد، ابر الکترونی پای(π ) بروی بنزن این پدیده را نشان می دهد.

   وجود شش الکترون غیر مستقر بروی حلقه ی بنزن ، بطور یکنواخت بروی شش کربن حرکت می نمایند(رزونانس) و پایداری زیادی در حدود 40 کیلو کالری ( kj/mol  152 ) به بنزن داده اند،  به طوری که علی رغم ساختار غیر اشباع در بنزن ، این مولکول حلقوی تمایلی به واکنش های  افزایشی از خود نشان نمی دهد.

 

منابع:

کتاب شیمی آلی ولهارد-ویرایش پنجم- جلد دوم ،

کتاب حلقه های جادوئی در شیمی -جواد صفری

۱- پروفسور فاراده ، ( ۱۸۶۷-۱۷۹۱ ) ، انستیتو سلطنتی شیمی - لندن - انگلستان

۲- پروفسور فریدریش آگوست ککوله   Friedrich August Kekule