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Aromatische Verbindungen: Lernleitfaden

Kernideen

Aromatische Verbindungen wie Benzol sind wegen eines Rings delokalisierter Pi-Elektronen ungewöhnlich stabil. Sie behalten den Ring bei und gehen Substitutionen statt Additionen ein.

  • Hückel-Regel: Ein planarer, cyclischer, vollständig konjugierter Ring mit 4n + 2 Pi-Elektronen (2, 6, 10 …) ist aromatisch. Mit 4n Elektronen ist er antiaromatisch.
  • Benzol geht elektrophile Substitutionen ein: Nitrierung (HNO₃/H₂SO₄), Halogenierung (X₂/FeX₃), Sulfonierung sowie Friedel-Crafts-Alkylierung und -Acylierung.
  • Aktivierende Gruppen (–OH, –NH₂, –OR, –CH₃) lenken die nächste Gruppe in ortho- und para-Stellung. Desaktivierende (–NO₂, –COOH, –CN, –CHO) lenken meta. Halogene desaktivieren, lenken aber ortho/para.
  • Eine Seitenkette mit benzylischem Wasserstoff wird von heißem KMnO₄ zu –COOH oxidiert, gleichgültig wie lang sie ist.

Wichtige Gleichungen

  • aromatic: planar, cyclic, conjugated, 4n + 2 π electrons
  • C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O (H₂SO₄)
  • ArCH₃ → ArCOOH (KMnO₄)

Durchgerechnetes Beispiel

Die Nitrierung von Toluol (–CH₃ aktiviert) liefert vor allem o- und p-Nitrotoluol und verläuft schneller als bei Benzol. Die Nitrierung von Nitrobenzol (–NO₂ desaktiviert) verläuft langsam und liefert hauptsächlich 1,3-Dinitrobenzol. Das Cyclopentadienyl-Anion hat sechs Pi-Elektronen (4n + 2 mit n = 1) und ist aromatisch, Cyclobutadien hat vier und ist antiaromatisch.

Häufige Fehler

  • Erwarten, dass Benzol wie ein Alken Brom addiert. Es substituiert und braucht einen Katalysator.
  • Einen meta-Dirigenten zur Vorhersage von ortho/para-Produkten benutzen oder umgekehrt.
  • Ein freies Elektronenpaar, das nicht zum Pi-System gehört, zu den 4n + 2 Elektronen zählen.

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