17.11 : Пятичленные гетероциклические ароматические соединения: Обзор

Гетероциклические ароматические соединения – это циклические соединения, которые являются ароматическими и содержат один или несколько гетероатомов — атомов, отличных от углерода, в кольце. В зависимости от количества атомов в кольце, они могут быть пяти- или шестичленными. Примеры пятичленных гетероциклических ароматических соединений включают пиррол, фуран, тиофен и имидазол. Пиррол состоит из одного атома азота, имеющего одну неподеленную пару электронов. Фуран и тиофен содержат по одному гетероатому кислорода и серы соответственно. Оба имеют две неподеленные пары электронов. Имидазол отличается от остальных трех тем, что имеет два атома азота в качестве гетероатомов с одной неподеленной парой электронов на каждом атоме азота. Во всех четырех гетероциклических соединениях все атомы, включая гетероатомы, являются sp^2-гибридизованными.

Таким образом, все атомы имеют по одной негибридизованной p-орбитали, перпендикулярной плоскости кольца. В каждом случае все углеродные атомы вносят по одному π-электрону, а гетероатомы вносят одну неподеленную пару электронов, занимая негибридизованную p-орбиталь. Это завершает ароматический секстет и образует замкнутый цикл из 6 π-электронов.

Дополнительные неподеленные пары электронов гетероатомов кислорода и серы во фуране и тиофене соответственно занимают sp^2-гибридную орбиталь, которая располагается перпендикулярно p-орбитали, и не участвуют в π-системе. В случае имидазола неподеленная пара электронов на втором атоме азота занимает sp^2-гибридную орбиталь и не участвует в ароматической π-системе. Таким образом, в ароматическом секстете участвует только неподеленная пара электронов одного атома азота.