Sifat heteroaromatik
Aromatik menunjukkan penstabilan ketara sebatian cincin dengan sistem ikatan bergantian tunggal dan berganda - disebut sistem konjugasi siklik - di mana enam elektron π umumnya mengambil bahagian. Atom nitrogen dalam cincin boleh membawa muatan positif atau negatif, atau dalam bentuk neutral. Atom oksigen atau sulfur dalam cincin boleh berada dalam bentuk neutral atau membawa muatan positif. Perbezaan asas biasanya dibuat antara (1) heteroatom yang berpartisipasi dalam sistem konjugasi siklik dengan menggunakan sepasang elektron yang terpisah, atau tidak dibahagi, yang berada dalam orbit tegak lurus dengan satah gelang dan (2) heteroatom yang melakukannya kerana mereka dihubungkan ke atom lain dengan ikatan berganda.
Contoh atom jenis pertama ialah atom nitrogen dalam pirol, yang dihubungkan oleh ikatan kovalen tunggal dengan dua atom karbon dan satu atom hidrogen. Nitrogen mempunyai cangkang lima elektron terluar, tiga daripadanya dapat memasuki tiga ikatan kovalen dengan atom lain. Setelah ikatan terbentuk, seperti dalam pirol, masih ada pasangan elektron yang tidak dapat dikongsi yang boleh terlibat dalam konjugasi siklik. Sextet aromatik dalam pirol terdiri daripada dua elektron dari masing-masing dua ikatan berganda karbon-karbon dan dua elektron yang membentuk pasangan elektron atom nitrogen yang tidak dikongsi. Akibatnya, cenderung ada aliran bersih ketumpatan elektron dari atom nitrogen ke atom karbon kerana elektron nitrogen ditarik ke dalam sextet aromatik. Sebagai alternatif, molekul pirol dapat digambarkan sebagai hibrida resonans — yaitu molekul yang struktur sebenarnya hanya dapat didekati oleh dua atau lebih bentuk yang berbeda, disebut bentuk resonans.
Contoh heteroatom jenis kedua adalah atom nitrogen dalam piridin, yang dihubungkan oleh ikatan kovalen dengan hanya dua atom karbon. Pyridine juga mempunyai sextet π-elektron, tetapi atom nitrogen hanya menyumbang satu elektron padanya, satu elektron tambahan disumbangkan oleh masing-masing dari lima atom karbon di gelang tersebut. Khususnya, pasangan elektron atom nitrogen yang tidak dikongsi tidak terlibat. Lebih-lebih lagi, kerana daya tarikan nitrogen untuk elektron (elektronegativitasnya) lebih besar daripada karbon, elektron cenderung bergerak ke arah atom nitrogen daripada menjauh darinya, seperti pada pirol.
Secara amnya, heteroatom boleh disebut sebagai pirolelike atau pyridine-like, bergantung pada sama ada mereka tergolong dalam kelas pertama atau kedua yang dijelaskan di atas. Heteroatom pirolel seperti ―NR― (R adalah hidrogen atau kumpulan hidrokarbon), ―N - -, ―O―, dan ―S― cenderung menyumbangkan elektron ke dalam sistem π-elektron, sedangkan heteroatom seperti piridin ―N =, ―N + R =, ―O + =, dan ―S + = cenderung menarik elektron π ikatan berganda.
Dalam cincin heteroaromatik enam anggota, heteroatom (biasanya nitrogen) mirip dengan piridin - misalnya, sebatian pyrimidine, yang mengandungi dua atom nitrogen, dan 1,2,4-triazin, yang mengandungi tiga atom nitrogen.
Sebatian heteroaromatik enam anggota biasanya tidak boleh mengandungi heteroatom pirolelike. Cincin heteroaromatik lima anggota, bagaimanapun, selalu mengandungi satu atom nitrogen, oksigen, atau sulfur seperti pirolel, dan mereka juga boleh mengandungi hingga empat heteroatom seperti piridin, seperti dalam sebatian thiophene (dengan satu atom sulfur), 1,2,4 -oxadiazole (dengan satu atom oksigen dan dua atom nitrogen), dan pentazol (dengan lima atom nitrogen).
Pengukuran kuantitatif aromatik - dan bahkan definisinya yang tepat - telah mencabar ahli kimia sejak ahli kimia Jerman, August Kekule merumuskan struktur cincin untuk benzena pada pertengahan abad ke-19. Pelbagai kaedah berdasarkan kriteria energetik, struktur, dan magnetik telah digunakan secara meluas untuk mengukur aromatik sebatian karbosiklik. Kesemuanya, bagaimanapun, sukar diterapkan secara kuantitatif pada sistem heteroaromatik kerana komplikasi yang timbul akibat adanya heteroatom.
Kereaktifan kimia dapat memberikan gambaran kualitatif tertentu mengenai aromatik. Kereaktifan sebatian aromatik dipengaruhi oleh kestabilan tambahan sistem konjugasi yang dikandungnya; kestabilan tambahan seterusnya menentukan kecenderungan sebatian untuk bertindak balas dengan penggantian hidrogen - iaitu, penggantian atom hidrogen tunggal yang terikat dengan atom atau kumpulan ikatan tunggal lain - bukan dengan penambahan satu atau lebih atom ke molekul melalui pemecahan ikatan berganda (lihat reaksi penggantian; reaksi penambahan). Oleh itu, dari segi kereaktifan, tahap aromatik diukur oleh kecenderungan relatif terhadap penggantian dan bukannya penambahan. Dengan kriteria ini, pyridine lebih aromatik daripada furan, tetapi sukar untuk mengatakan berapa banyak lagi aromatik.
