Química Aromática

Os compostos aromáticos possuem um sistema pi cíclico, planar e totalmente conjugado que confere estabilidade excepcional e uma reatividade distintiva baseada na substituição.

Definition

A química aromática diz respeito a moléculas cíclicas e planares com um sistema de elétrons pi deslocalizado (4n+2) cuja estabilidade as leva a reagir por substituição em vez de adição.

Scope

Este tópico abrange os critérios para aromaticidade (regra de Hückel), a estrutura do benzeno, substituição eletrofílica aromática e seus efeitos direcionadores de substituintes, substituição nucleofílica aromática e a química de sistemas policíclicos e heteroaromáticos.

Core questions

• Quais critérios estruturais e eletrônicos definem a aromaticidade?
• Por que os anéis aromáticos sofrem substituição em vez de adição?
• Como os substituintes existentes direcionam a posição e a taxa de substituição adicional?

Key theories

Regra de aromaticidade de Hückel

Um anel planar e totalmente conjugado é aromático e especialmente estável quando contém 4n+2 elétrons pi; anéis com 4n elétrons são antiaromáticos e desestabilizados.

Substituição eletrofílica aromática

Eletrófilos se adicionam ao anel para formar um íon arênio (complexo sigma) estabilizado por ressonância, que então perde um próton para restaurar a aromaticidade; grupos existentes direcionam orto/para ou meta e ativam ou desativam o anel.

Mechanisms

Na substituição eletrofílica aromática, o sistema pi aromático ataca um eletrófilo para formar um íon arênio cuja carga positiva é deslocalizada; a perda de um próton regenera o sistema aromático. Substituintes doadores de elétrons estabilizam o intermediário e direcionam para as posições orto/para, enquanto grupos retiradores de elétrons desativam o anel e direcionam para a posição meta. A substituição nucleofílica aromática opera em anéis deficientes em elétrons através de uma via de adição-eliminação (Meisenheimer).

Clinical relevance

Anéis aromáticos estão presentes na grande maioria dos fármacos e biomoléculas — desde os aminoácidos fenilalanina e triptofano até a aspirina e inúmeros farmacóforos — onde fornecem arcabouços rígidos e lipofílicos e locais para ligações de hidrogênio e interações pi.

History

A proposta de Kekulé em 1865 de uma estrutura cíclica para o benzeno resolveu um enigma de longa data; o tratamento de orbitais moleculares de Hückel na década de 1930 deu à regra 4n+2 uma base teórica, transformando a aromaticidade de um rótulo empírico em um conceito quantitativo.

Key figures

• August Kekulé
• Erich Hückel
• Charles Friedel
• James Crafts

Seminal works

• kekule1865
• march2007

Frequently asked questions

Por que o benzeno não sofre adição como um alceno?

A adição através do anel destruiria o sistema pi aromático estabilizador; a substituição, em contraste, permite que o anel reaja com um eletrófilo e depois restaure sua aromaticidade, o que é energeticamente muito mais favorável.

O que significa para um substituinte ser um direcionador meta?

Grupos retiradores de elétrons desestabilizam o intermediário íon arênio mais nas posições orto e para, de modo que a substituição é direcionada para a posição meta, onde o intermediário é comparativamente menos desestabilizado.