Порфириновая структура

Порфириновые структуры содержат четыре пиррольных кольца, связанные между собой метиновыми мостиками. Система плоская, сопряженная, и число π-электронов, равное 22, отвечает правилу ароматичности: 4n + 2 ( при n=5):

NH

N N

NH

порфин

(темно-красные кристаллы)

Порфин – устойчивое соединение, содержит 22 π-электронов (11 сопряженных двойных связей и четыре пары р-электронов атомов азота – неподеленные пары). Всего в сопряжении участвуют 30 электронов; их число отвечает правилу ароматичности Хюккеля (4n + 2) ( при n=7, включая электроны атомов азота) и делает порфин небензоидным ароматическим соединением. Экспериментально установлена тождественность четырех пиррольных колец, что допускает миграцию протонов между атомами азота. Порфин обладает наибольшей энергией резонанса (840 кДж/моль) и, следовательно, термодинамической устойчивостью по сравнению с другими сопряженными π-электронными системами, например, бензолом, пиримидином, пурином, имеющими энергию резонанса соответственно 155, 126-189, 210-336 кДж/моль.

Порфин обычно изображают приведенной формулой, как и бензол одной из формул Кекуле.

Итак, что же такое ароматичность и антиароматичность?

Ароматичность по Хюккелю – это плоская циклическая система с нечетным числом электронных пар: три пары π-электронов у бензола, пять пар π-электронов у азулена, девять пар π-электронов у [18]- аннулена, одиннадцать пар π-электронов у порфина и т. д.

Ненасыщенные циклы, содержащие четное число π-электронных пар, называют антиароматическими, если они менее устойчивы, чем их линейные полиеновые соединения, и неароматическими, если их устойчивость близка к устойчивости соответствующих открытых полиенов.

По утверждению Хюккеля ароматические системы имеют цилиндрическую геометрию - (4n+2), а антиароматические системы имеют геометрию ленты Мебиуса (обращенной фазы) - (4n):

(4n+2)- π-электронов (4n)- π-электронов