Delokalisierung

Von Delokalisierung (oft auch π-Elektronen-System) wird in der Chemie gesprochen, wenn ein oder mehrere Elektronen in einer Atomgruppe, sprich einem Molekül oder Molekülion, nicht genau lokalisierbar, sondern über die einzelnen Atome verteilt ist.[1] Zur Beschreibung dieser Ladungsverteilung nach der VB-Theorie verwendet man mesomere Grenzstrukturen.

Delokalisiertes Molekülorbital bei Benzol
Grenzstrukturen des Benzols – Kekulé 1872

Ein Spezialfall delokalisierter Ladungen findet sich in konjugierten Systemen aromatischer Verbindungen. Ihre π-Elektronen sind nicht in isolierten, zwei Kohlenstoff-Atomen zugehörigen π-Orbitalen lokalisiert, sondern gehören Molekülorbitalen an, die sich über mehrere C-Atome erstrecken; die π-Elektronen sind in einer „Elektronenwolke“ über die Kohlenstoffatome des gesamten aromatischen Systems verteilt. Ein klassisches Beispiel für ein solches aromatisches Molekül mit delokalisierten π-Elektronen ist Benzol. Die Ringstruktur des Benzols wurde 1865 (fr. Artikel)[2] (dt. Artikel 1866)[3] und die Grenzstrukturen 1872[4] von Kekulé korrekt postuliert.

α-Carotin – Farbstoff der Karotte

Moleküle mit zunehmend großen delokalisierten π-Elektronen-Systemen zeigen Absorptionsbanden, die vom UV-Bereich in den sichtbaren wandern. Grund dafür ist der immer geringere energetische Abstand zwischen Grund- und angeregten Zuständen, was sich schon mit dem sehr vereinfachten Modell des Teilchens im Kasten rationalisieren lässt.

Neben z. B. mehrkernigen, anellierten Aromaten tritt dies auch bei linearen π-Elektronen-Systemen wie Carotinoiden auf. Auch hier überlappen die einzelnen π-Bindungen zu einem konjugierten System, man spricht auch von einer partiellen Delokalisation.

Andere Beispiele für solche farbigen π-Elektronen-Systeme sind Charge-Transfer-Komplexe wie Kaliumpermanganat oder Sandwichkomplexe wie Ferrocen und Titanocen.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Eintrag zu delocalization. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.D01583.
  2. ↑ Aug. Kekulé: Sur la constitution des substances aromatiques. In: Bulletin de la Societe Chimique de Paris. 3. Jahrgang, Nr. 2, 1865, S. 98–110.
  3. ↑ Aug. Kekulé: Untersuchungen uber aromatische Verbindungen. In: Annalen der Chemie und Pharmacie. 137. Jahrgang, Nr. 2, 1866, S. 129–196, doi:10.1002/jlac.18661370202.
  4. ↑ August Kekulé: Ueber einige Condensationsproducte des Aldehyds, Liebigs Ann. Chem. 1872, 162 (1), S. 77–124; doi:10.1002/jlac.18721620110.