Анионы ароматических углеводородов: структурный обзор

Нейтральные углеводороды, такие как циклопентадиен с нечетным числом атомов углерода и одной промежуточной группой CH_2 в кольце, не являются ароматическими. Циклопентадиен с 4 π-электронами не удовлетворяет правилу 4n + 2 π-электронов. Кроме того, промежуточная группа CH_2 гибридизована по sp^3 и не имеет вакантной p-орбитали, тем самым непрерывно прерывая перекрытие p-орбиталей и предотвращая делокализацию π-электронов по всему кольцу.

Из-за отсутствия непрерывного перекрытия р-орбиталей циклопентадиен не соответствует критериям ароматичности. Однако, удаление одного водорода с обоими или одним электронами или без них из группы CH_2 приводит к превращению углерода sp^3 в sp^2, тем самым превращая циклопентадиен в циклопентадиенильный катион, радикал и анион, соответственно, имеющие вакантную p-орбиталь. Среди всех трех разновидностей циклопентадиенильный катион и радикал с четырьмя и пятью π-электронами, соответственно, не соответствуют критериям 4n + 2 π-электронов и не являются ароматическими. С другой стороны, циклопентадиенильный анион с 6 π-электронами, непрерывно перекрывающимся кольцом p-орбиталей и делокализованной π-электронной плотностью становится ароматическим. Карта электростатического потенциала аниона подтверждает делокализацию π-электронов по всему кольцу. Более того, пять резонансных структур циклопентадиенильного аниона и заселенность связывающих молекулярных орбиталей всеми 6 π-электронами на диаграмме Фроста подтверждают необычную стабильность аниона.