Hückelovo pravidlo by mělo být
používáno jen na monocyklické areny. Nicméně existují
i polycyklické sloučeniny, které mají určitou
formu aromatické stability. Jedna z nich je naftalen
(C10H8). Zde nalevo máme
strukturní vzorec naftalenu, což je bílá krystalická látka, tradičně
používaná v přípravku proti molům. Má velmi typický zápach. Naftalen je aromatická sloučenina
a i když není stabilní, jako benzen, můžeme o něm uvažovat, jako
o 2 spojených benzenových jádrech. Podívám-li se na molekulu naftalenu blíže a zkusím aplikovat kritéria
pro aromaticitu, mohu prozkoumat jednotlivé
uhlíkové atomy. Vidím, že každý uhlíkový atom
má dvojnou vazbu. Tedy každý z nich podléhá sp2 hybridizaci. Každý uhlík má nehybridizovaný orbital p. V molekule naftalenu je celkem
10 uhlíkových atomů. Nyní se přesuneme na kresbu vpravo. Každý uhlík má orbital p. Nakreslím orbitaly p
ke každému atomu uhlíku. Tyto orbitaly p jsou přímo vedle sebe
a mohou se překrývat. Vzpomenete-li si na pravidla
pro aromatické sloučeniny, tak se zdá, že první pravidlo je splněno. Zde je vidět, jak se orbitaly p
překrývají. V tomto případě jde o delokalizaci
elektronů hned ve 2 kruzích. Vezmeme-li v úvahu druhé kritérium, což je Hückelovo pravidlo
o počtu pí elektronů, pak na naši sloučeninu, naftalen,
nelze technicky toto pravidlo uplatnit. Je ovšem jasné, že je zde
2, 4, 6, 8... 10 pí elektronů. Naftalen tedy má 10 pí elektronů. Zkusme Hückelovo pravidlo:
4n + 2 Pokud ‚n‛ je rovno 2, pak
4 krát 2 plus 2 je 10 pí elektronů. Tento počet pravidlu odpovídá. Lze tedy říct, že naftalen
splňuje obě kritéria, ačkoliv Hückelovo pravidlo nelze technicky
uplatnit na polycyklické sloučeniny. Ovšem těch 10 pí elektronů
je plně delokalizováno v obou kruzích. Nyní se podíváme na rezonanční struktury. Když si nakreslíme
tyto struktury pro naftalen... Mohu tyto elektrony vzít
a přesunout sem. Tím se tyto elektrony
ocitnou zde a tyto zde. Tím dostávám novou
rezonanční strukturu. Nakreslíme-li si výsledek
pohybu těchto elektronů, budou pí elektrony zde. Benzenový kruh bude vlevo. Napravo pak zbývají tyto
pí elektrony takto. V tomto případě jsou
pí elektrony tady. Přesunul jsem je vlevo. V reálné struktuře se tyto
pí elektrony vyskytují nad a pod jednoduchou vazbou... ...z pohledu pravděpodobnosti
jejich výskytu kolem vazby. Tedy je nemusím znázorňovat takto,
ale lze to udělat tímto způsobem. Lze tedy vzorec zakreslit i takto, což je ekvivalentní způsob
tomu předchozímu. Nejde o rozdílné rezonanční struktury, jen o jiný způsob znázornění
této struktury zde. Tyto elektrony znázorněné modrou barvou
jsou vlastně stejné, jako na pravé straně. Tento pár zvýrazním... ...tedy tento modrý pár je přímo zde. Tyto 2 vzorce jsou ekvivalentní,
jakmile tento pár přesunu sem. Strukturní vzorce jsou nedokonalá cesta
pro znázornění reálné struktury molekuly. Lze ukázat pí elektrony nalevo
a napravo. Jde o totéž. Na základě této struktury jsem schopen
nakreslit další rezonanční strukturu. Znovu si ji znázorním tady vedle. Tyto elektrony přesunu sem, tyto sem
a nakonec zbylé sem. Výsledný strukturní vzorec ukazuje,
že tyto pí elektrony jsou pořád zde. Doplním vazby v cyklu a dostávám
všechny 3 rezonanční struktury, které pro naftalen existují. Opět lze znázornit delokalizaci
všech 10 pí elektronů. Tato malá ukázka vlastností naftalenu dokazuje také jistou přítomnost
aromatické stability. Naftalen není aromatický, jako benzen, protože všechny vazby v molekule
benzenu jsou stejně dlouhé. Přesto naftalen vykazuje známky
aromatické stability. Naftalen je nejjednodušší příklad
pro polycyklický aromatický uhlovodík. Existují další příklady těchto sloučenin. Například anthracen. Stejně tak existuje mnoho dalších
cyklických sloučenin, které obsahují kondenzovaná
benzenová jádra. Namísto nich bych,
ale rád ukázal jiný příklad, kterým je izomer naftalenu. Říká se mu azulen. Jde o tmavě modrou sloučeninu, což je v organické chemii
poměrně vzácný úkaz. Také má zajímavé vlastnosti. V molekule je přítomen
velký dipólový moment. Lze také pozorovat zvýšenou
elektronovou hustotu v pětičlenném kruhu. Zde nalevo máme azulen
a zde je jeho pětičlenný kruh. Ukazuje se, že v tomto kruhu je
přítomno více elektronů, než bychom očekávali, což má za následek velký
dipólový moment. Pokud si znázorníme
rezonanční strukturu azulenu, tak zjistíme, proč tomu tak je. Vezmu-li tyto pí elektrony
a přesunu je sem, pak tyto elektrony
přejdou na tento uhlík. Výsledný strukturní vzorec
znázorňuje tento iont. Pokud se zamyslím
nad formálními náboji... Přesunou se tyto modré elektrony
přímo sem na tento uhlíkový atom. Pak tento vrchní uhlík získá volný
elektronový pár a tedy má náboj -1. Takže tento atom má záporný náboj. A tedy tento atom uhlíku ztratil vazbu,
což mu udílí kladný náboj. Máme tedy karbokationt. Pokud se podívám blíže na tuto
rezonanční strukturu, vidím 2 náboje. Podívám-li se na tu vpravo,
vidím sedmičlenný kruh. Zde je 6 pí elektronů
a zde mám karbokationt. Toto je jeden z příkladů,
které jsme viděli v minulém videu. Každý uhlíkový atom má
sp2 hybridizaci. Dále jsou zde překrývající se
orbitaly p a dohromady máme 6 pí elektronů. Z toho plyne, že sedmičlenný cyklus
je aromatický. Zde nalevo vidím pětičlenný kruh
a nějaké pí elektrony přímo zde. Tyto pí elektrony,
jak jsme viděli dříve u naftalenu, jsou v podstatě sdíleny oběma cykly. Takže mohu říci, že tyto elektrony
jsou i zde v tomto cyklu, který má tyto elektrony
a zároveň drží záporný náboj. Opět, jak jsme viděli v minulém
videu, tento iont je aromatický a má celkem 6 pí elektronů. Zvýrazníme si je. Takže tyto, tyto a tyto jsou pí elektrony
obsažené v rezonanční struktuře. Dále 6 pí elektronů. Všechny uhlíkové atomy
podléhají sp2 hybridizaci. Opět, v minulém videu
je vysvětleno daleko podrobněji, proč jsou tyto ionty aromatické. A protože mají aromatický charakter
mají také aromatickou stabilitu. Rezonanční struktura vpravo je nejlepším reprezentantem
reálné molekuly. Záporný náboj je delokalizován
a rozšířen na celý pětičlenný kruh. Stejně tak kladný náboj
pokrývá celý sedmičlenný kruh, což dává azulenu velký
dipólový moment. Tento dipolový moment je větší,
než bychom čekali právě proto, že vznikají 2 aromatické kruhy, což dává molekule azulenu
vysokou stabilitu. Tento iont dole
se nazývá cyklopentadienylový aniont. Kationt vpravo
je cykloheptatrienylový kationt, který jsme viděli v minulém videu. Redistribuce elektronů dovoluje azulenu absorbci
oranžového spektra, což je, vzhledem k dlouhé vlnové délce spektra,
pro ostatní organické molekuly složité. Proto má azulen modrou barvu a ta je,
zvláště pro uhlovodíky, velmi vzácná. Výraz pro modrou je také obsažen
v názvu molekuly, kdy „azure" je „modrá". To byly 2 příklady
polycyklických uhlovodíků, které zároveň vykazují určitou
formu aromatické stability.