## Additie aan benzeen

####

De additie van chloor of broom aan benzeen verloopt zeer moeilijk en kan uitsluitend onder invloed van een katalysator plaatsvinden. Dit heeft te maken met de grote stabiliteit van de aromatische benzeenring die ontstaat door delocalisatie van drie elektronenparen. Daarom staan we hier even stil bij de structuur van benzeen en het verschijnsel mesomerie.

Structuur van benzeen

De eerste onderzoeker die de structuur van benzeen beschreef zoals we die nu kennen, was de Duitser Kekulé. Hij kwam tot de conclusie dat benzeen een vlakke cyclische structuur moet hebben met drie enkelvoudige en drie dubbele bindingen die om en om zijn geordend. Daar deze structuur niet overeenstemt met de gevonden lengte van de C – C-binding (elke C – C-binding = 140 pm) en een groot aantal chemische eigenschappen, stelde hij al in 1865 dat hier sprake moet zijn van dubbele bindingen die zo snel van plaats verwisselen dat we geen onderscheid tussen enkele en dubbele bindingen kunnen maken:

Benzeen blijkt veel stabieler te zijn dan het denkbeeldige 1,3,5-cyclohexatrieen. De hydrogeneringsenergie van benzeen is kleiner dan de berekende hydrogeneringsenergie van 1,3,5-cyclohexatrieen. De stabiliteit komt onder andere tot uitdrukking in de geringe reactiviteit van benzeen bij additiereacties. Ook substitutiereacties verlopen anders.

#### Stabilisatie door mesomerie

Dat het molecuul benzeen de voorkeur geeft aan deze situatie boven die met gelokaliseerde dubbele bindingen, betekent dat deze situatie gunstiger is. Mesomerie betekent altijd een verlaging van de energie van het molecuul (of ion)! Het energieverschil tussen deze toestand en die met gefixeerde dubbele bindingen in het hypothetisch molecuul 1,3,5-cyclohexatrieen kunnen we op de volgende wijze bepalen.
Bij de additie van waterstof aan 1 mol van een molecuul dat één dubbele C-C-binding bevat, komt een hoeveelheid energie vrij van 1,20.105 J in de vorm van warmte, bijvoorbeeld:
Voor een zesring met drie gefixeerde, dubbele bindingen zou deze reactie dus 3 × 1,20.105 J of 3,60.105 J warmte per mol opleveren. Bij de additie van waterstof aan benzeen blijkt echter slechts 2,08.105 J mol-1 aan warmte vrij te komen. Dit betekent dat benzeen stabieler is dan het niet bestaande molecuul cyclohexatrieen, dat drie geïsoleerde dubbele bindingen heeft. We noemen dit stabilisatie door mesomerie. Het enthalpieverschil ΔH van – 1,52.105 J mol-1 noemen we de resonantie-enthalpie of stabilisatie-enthalpie. In een enthalpieschema ziet dit er als volgt uit:

Enthalpiediagram van benzeen en cyclohexaan

Deze stabilisatie-enthalpie ten gevolge van de aromatische eigenschappen blijft zeker niet beperkt tot verbindingen van benzeen. Aromatische stabiliteit komen we ook tegen in ringverbindingen met heteroatomen zoals zuurstof, stikstof en zwavel, en in grotere ringsystemen. Deze moleculen zullen we niet bespreken.