Ćwiczenie 8.1:  Stabilizacja energetyczna związków aromatycznych

 

Wprowadzenie

 

            Związki aromatyczne charakteryzują się m.in. zwiększoną stabilnością porównując ze związkami p-elektronowymi niearomatycznymi. Celem tego ćwiczenia jest oszacowanie stabilizacji energetycznej związanej z aromatycznością dla benzenu, pirolu, furanu i tiofenu  związków oraz wytłumaczenie obserwowanych trendów.

Istnieją różne podejścia teoretyczne mające na celu zrozumienie i przewidywanie aromatyczności. Miarą dodatkowej stabilizacji energetycznej związanej z aromatycznością może być m.in. różnica w ciepłach kolejnych reakcji w sekwencji reakcji uwodornienia. Na przykład dla benzenu taką miarą może być różnica w energii pierwszej i drugiej/trzeciej reakcji w sekwencji:

 

                   (1)

 

Ćwiczenie

 

1)         Wykonaj obliczenia metodą AM1 oraz HF/3-21G dla związków występujących w  sekwencji reakcji (1) oraz w analogicznych sekwencjach wychodzących z pirolu, furanu oraz tiofenu:

 

                      (2)

 

Porównaj energię reakcji uwodornienia benzenu, cykloheksadienu i cykloheksenu. Z różnicy pomiędzy pierwszą reakcją, a kolejnymi oblicz energię stabilizacji aromatycznej. Porównaj z eksperymentalna wartością 33 kcal/mol. Podobnie, wyznacz energie stabilizacji aromatycznej dla pirolu, tiofenu i furanu. Porównaj uzyskane energie stabilizacji dla wszystkich związków. Przeanalizuj długości i rzędy wiązań w benzenie, pirolu, tiofenie i furanie. Porównaj z wartościami dla odpowiednich uwodornionych związków. Wyciągnij wnioski.

 

2)         Oblicz energię hipotetycznego cykloheksatrienu (nie wykonuj optymalizacji geometrii). Załóż odległości charakteryzujące wiązania pojedyncze i podwójne w cykloheksadienie. Porównaj uzyskaną energię z uzyskaną wcześniej energią benzenu. Wyciągnij wnioski.