17.11 : Fünfgliedrige heterocyclische aromatische Verbindungen: Überblick

Heterocyclische aromatische Verbindungen sind cyclische Verbindungen, die aromatisch sind und ein oder mehrere Heteroatome – andere Atome als Kohlenstoff – im Ring aufweisen. Abhängig von der Anzahl der im Ring vorhandenen Atome können sie entweder fünf- oder sechsgliedrig sein. Beispiele für fünfgliedrige heterocyclische aromatische Verbindungen umfassen Pyrrol, Furan, Thiophen und Imidazol. Pyrrol besteht aus einem Stickstoffatom mit einem freien Elektronenpaar. Furan und Thiophen haben jeweils ein Sauerstoff- und ein Schwefelheteroatom. Beide besitzen zwei freie Elektronenpaare. Imidazol unterscheidet sich von den anderen drei dadurch, dass es zwei Stickstoffatome als Heteroatome mit einem freien Elektronenpaar an jedem Stickstoffatom hat. In allen vier heterozyklischen Verbindungen sind alle Atome sp^2-hybridisiert, einschließlich der Heteroatome.

Folglich haben alle Atome ein unhybridisiertes p-Orbital senkrecht zur Ringebene. In jedem Fall tragen alle Kohlenstoffatome ein π-Elektron bei, und die Heteroatome tragen ein freies Elektronenpaar bei, das das unhybridisierte p-Orbital besetzt. Damit ist das aromatische Sextett vervollständigt und eine geschlossene Schleife aus 6 π -Elektronen entsteht.

Die zusätzlichen freien Elektronenpaare des Sauerstoff- und Schwefel-Heteroatoms in Furan bzw. Thiophen besetzen das sp^2-Hybridorbital, das senkrecht zum p-Orbital liegt, und nehmen nicht am π-System teil. Im Fall von Imidazol besetzt das freie Elektronenpaar am zweiten Stickstoffatom das sp^2-Hybridorbital und ist nicht am aromatischen π-System beteiligt. Daher ist am aromatischen Sextett nur das freie Elektronenpaar eines Stickstoffatoms beteiligt.