سوبرأروميتي

في الكيمياء النظرية ، يصف مصطلح "العطرية الفائقة " إمكانية تحقيق استقرار ديناميكي حراري إضافي وخصائص مغناطيسية فريدة ناتجة عن عدم تمركز إلكترونات باي حول "حلقة فائقة" كبيرة تتكون من مصفوفة دورية من حلقات عطرية أصغر . [ 1 ] [ 2 ] ويختلف هذا المفهوم عن العطرية الشاملة الشائعة الملاحظة في الحلقات الكبيرة أحادية الحلقة مثل الأنولينات . [ 3 ]

لطالما كانت مسألة ما إذا كانت خاصية العطرية الفائقة ظاهرة حقيقية وذات أهمية موضوع نقاش علمي طويل الأمد، يتركز بشكل أساسي على جزيء الكيكولين ( C48 ساعة24 ). [ 4 ] [ 5 ] في حين أشارت الدراسات الحسابية الأولية إلى أن الكيكولين يمتلك هذا الاستقرار الإضافي، فقد أدى التحليل اللاحق باستخدام أساليب أكثر تطوراً إلى إجماع علمي على أنهبنزينيبدون أي طابع عطري فائق ملحوظ. [ 6 ]

نقاش الكيكولين

التركيب الكيميائي للكيكولين

يتجلى النقاش الدائر حول خاصية العطرية الفائقة بوضوح في التحليل النظري للكيكولين، وهو هيدروكربون كبير يتكون من اثنتي عشرة حلقة بنزين متصلة (مندمجة) في بنية حلقية كبيرة. [ 7 ] وتركز النقاش على وصفين متنافسين لبنيته الإلكترونية: نموذج " بنزينويد " قائم على قاعدة كلار ، ونموذج "أنولينويد" الذي يشير إلى خاصية العطرية الفائقة. [ 4 ] [ 8 ] [ 9 ]

المقترحات الأولية للعطرية الفائقة

في عام 1991، أجرى سيوسلوفسكي وزملاؤه حسابات مدارية جزيئية أولية على الكيكولين. [ 7 ] وخلصوا إلى أن استقرار الجزيء لا يعتمد فقط على الخاصية العطرية لحلقات البنزين الفردية، بل أيضًا على الاقتران داخل "الحلقة الفائقة" لتلك الحلقات. [ 10 ] وقدّروا أن "طاقة الاستقرار العطرية الفائقة" الإضافية هذه كبيرة، في حدود 25.4-32.9 كيلو كالوري/مول . [ 4 ] ويتوافق هذا الرأي مع بنية الرنين الحلقية للكيكولين، حيث تحقق حلقتان متحدتا المركز (حلقة [18] في الداخل وحلقة [30] في الخارج) قاعدة هوكل . [ 4 ]

الحجج المضادة

في عام 1993، طعن جون-إيتشي أيهارا في هذا الاستنتاج باستخدام طريقة تعتمد على نظرية الرسم البياني الكيميائي . [ 1 ] عرّف أيهارا خاصية العطرية الفائقة بأنها طاقة الاستقرار الناتجة عن "دوائر من النوع الثاني" - وهي مسارات إلكترونية تُحيط بالتجويف المركزي للجزيء. [ 11 ] من خلال حساب "طاقة استقرار العطرية الفائقة" (SSE)، وجد أن قيمة طاقة استقرار الكيكولين ضئيلة للغاية، واستنتج أنه "غير عطري فائق في جوهره". [ 12 ] دعم هذا النموذج البنزيني، حيث يُستمد استقرار الكيكولين بالكامل تقريبًا من مجموعاته السداسية العطرية الست من نوع كلار. [ 13 ]

مزيد من التحليل والتوافق

في ورقة بحثية نُشرت عام 1996 في مجلة Angewandte Chemie ، أعاد هايجون جياو وبول فون راغو شلاير النظر في المسألة باستخدام أساليب حسابية أكثر تطورًا آنذاك، بما في ذلك نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) ومعايير مغناطيسية مثل الإزاحة الكيميائية المستقلة عن النواة (NICS). [ 14 ] وقدّم تحليلهما أدلة متعددة ضد خاصية العطرية الفائقة في الكيكولين.

  • المعايير الطاقية: باستخدام تفاعلات التماثل ، قاموا بحساب طاقة الاستقرار العطري الإضافية (ASE) ووجدوا أنها ضئيلة (2.5 كيلو كالوري/مول) أو سالبة قليلاً، على عكس تقديرات سيوسلوفسكي السابقة. [ 14 ]
  • المعايير المغناطيسية: جاءت أدلتهم الأكثر حسمًا من حسابات NICS. تحافظ الأنظمة العطرية على تيار حلقي دياتروبي ، مما ينتج عنه قيمة NICS سالبة في مركز الحلقة. في حين أظهرت الحلقات الفردية الشبيهة بالبنزين في الكيكولين قيم NICS سالبة (على سبيل المثال، -10.8 جزء في المليون للحلقات الداخلية)، كانت قيمة NICS في مركز التجويف الكبير موجبة (+5.0 جزء في المليون). [ 6 ] تشير هذه القيمة الموجبة إلى تأثير باراتروبي (مضاد للعطرية)، مما يناقض بشكل مباشر فكرة وجود تيار دياتروبي شامل مطلوب للعطرية الفائقة. [ 6 ]

استنادًا إلى غياب طاقة الاستقرار الإضافية والمعايير المغناطيسية الحاسمة، خلص جياو وشلاير إلى أن "الكيكولين ليس مركبًا عطريًا فائقًا" بل هو "هيدروكربون بنزيني عادي". [ 6 ] ويُعد هذا الرأي الآن إجماعًا علميًا مقبولًا على نطاق واسع، "على الرغم من أنه لا يمكن استبعاد التأثير العطري الفائق تمامًا". [ 15 ]

مراجع

مصادر