EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-7: Struktur – Reaktion – Substanz – Energie konjugierte Doppelbindung – aromatische Bindung – Dreifachbindung 163 163 Sind zwei oder mehr Doppelbindungen vorhanden, unterscheidet man je nach Position der Doppelbindung zueinander folgende Fälle: c isolierte Doppelbindungen : Die Doppelbindungen sind durch zumin- dest 2 Einfachbindungen getrennt. Es erfolgt keine gegenseitige Beeinflussung der Doppelbindungen. c kumulierte Doppelbindungen : Die Doppelbindungen sind benachbart. Das C-Atom, das den Anteil an beiden Doppelbindungen hat, ist sp- hybridisiert (siehe unten). Der gesamte kumulierte Bereich ist linear. c konjugierte Doppelbindungen : Die Doppelbindungen sind durch ge- nau eine Einfachbindung getrennt. Die Doppelbindungen beeinflus- sen einander. Dies führt zu zusätzlichen Reaktionsmöglichkeiten. Konjugierte Doppelbindungen Sind Doppelbindungen konjugiert angeordnet, sind in diesem konjugierten Bereich alle C-Atome sp 2 -hybridisiert. Jedes sp 2 -hybridisierte Kohlenstoff-Atom besitzt 1 senkrecht stehendes p-Or- bital. Durch paarweise Überlappung entsteht rein formal die Struktur: Dop- pelbindung–Einfachbindung–Doppelbindung–Einfachbindung etc. Da aber alle Kohlenstoff-Atome gleichwertig sind, sind auch die Bindungen gleichwertig. Die Elektronen können sich über den gesamten Bereich der p-Orbitale vertei- len. Man spricht von delokalisierten Elektronen . (Siehe Abb. 163–1) De facto wird diese Delokalisierung bei der Strukturformel meist nicht angegeben. Benzen – der Grundkörper der Aromaten Eine Ausnahme in der Darstellung delokalisierter Elektronen stellt Benzen (früher: Benzol) dar. Benzen ist der Grundkörper der aromatischen Verbindun- gen mit der Summenformel C 6 H 6 . Die Summenformel von Benzen war bereits 1835 bekannt. Die Struktur dieser Verbindung gab den Naturwissenschaftlern der damaligen Zeit Rätsel auf. Einerseits deutet die Summenformel auf eine ungesättigte Verbindung, an- dererseits erwies sich Benzen als reaktionsträger als andere Moleküle mit Mehrfachbindungen. 1865 schlug der deutsche Chemiker August Kekulé (1829 – 1896) als Struktur für Benzen eine Ringform mit abwechselnd Doppel- und Einfachbindungen vor. Der Österreicher Joseph Loschmidt (1821 – 1895) hatte bereits Jahre vorher eine ähnliche Struktur vorgeschlagen. Diese Tatsache wird in der internationalen Literatur leider kaum erwähnt. Nach dem heutigen Stand der Wissenschaft wird die Struktur von Benzen folgendermaßen beschrieben: 6 sp 2 -hybridisierte C-Atome bilden ein regel- mäßiges ebenes Sechseck. Jedes dieser C-Atome geht mit 2 weiteren C-Atomen und einem H-Atom eine σ -Bindung ein. Die darauf senkrecht stehenden p-Or- bitale enthalten jeweils noch 1 Elektron. Durch Überlappung der Orbitale ent- steht ein geschlossener Aufenthaltsbereich für diese 6 Elektronen, die sich frei bewegen können. Man spricht hier wieder von delokalisierten π -Elektronen – im speziellen Fall nennt man dies auch ein π -Elektronensextett . Um die Gleichwertigkeit der Bindungen im Benzenring anzudeuten, verwen- det man für die Darstellung des π-Elektronensextetts häufig ein Ringsymbol. Beachte, dass jedes C-Atom nur 1 H-Atom gebunden hat! Benzen ist das Grundmolekül der aromatischen Verbindungen . Die C ≡ C-Dreifachbindung Bei der Dreifachbindung werden nur 2 Hybridorbitale – sp-Hybridorbitale – ge- bildet. Die restlichen 2 p-Orbitale enthalten jeweils 1 Elektron. Analog zur Dop- pelbindung werden hier 2 π-Bindungen zwischen benachbarten Kohlenstoff- Atomen gebildet. Der Bindungswinkel beträgt 180°. (Abb. 163–4) Abb. 163–1: Konjugierte Doppelbindungen σ σ σ σ σ σ σ π π Abb. 163–2: Delokalisierte π -Elektronen im Benzen-Molekül H-Atom C-Atom s-Orbital p-Orbital sp 2 -Hybrid Abb. 163–3: Die Bildung von sp-Hybridorbitalen sp-hybridisiertes C-Atom Energie Hybridorbitale p isoliertes C-Atom Energie s p Abb. 163–4: Dreifachbindung im Ethin σ σ σ π π Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv