Una corriente de anillo aromático es un efecto observado en moléculas aromáticas como el benceno y la naftaleno . Si se dirige un campo magnético perpendicular al plano del sistema aromático, se induce una corriente anular en los electrones π deslocalizados del anillo aromático. [1] Esto es una consecuencia directa de la ley de Ampère ; Dado que los electrones involucrados pueden circular libremente, en lugar de estar localizados en enlaces como lo estarían en la mayoría de las moléculas no aromáticas, responden mucho más fuertemente al campo magnético.
La corriente anular crea su propio campo magnético. Fuera del anillo, este campo está en la misma dirección que el campo magnético aplicado externamente; Dentro del anillo, el campo contrarresta el campo aplicado externamente. Como resultado, el campo magnético neto fuera del anillo es mayor que el campo aplicado externamente solo y es menor dentro del anillo.
Las corrientes de anillos aromáticos son relevantes para la espectroscopia de RMN , ya que influyen dramáticamente en los cambios químicos de los núcleos 1 H ("protones") en las moléculas aromáticas. [2] El efecto ayuda a distinguir estos entornos nucleares y, por lo tanto, es de gran utilidad en la determinación de la estructura molecular. En el benceno, los protones del anillo experimentan desprotección porque el campo magnético inducido tiene la misma dirección fuera del anillo que el campo externo y su desplazamiento químico es de 7,3 partes por millón (ppm) en comparación con 5,6 para el protón vinílico en el ciclohexeno . Por el contrario, cualquier protón dentro del anillo aromático experimenta protección porque ambos campos están en direcciones opuestas. Este efecto se puede observar en ciclooctadecanonaeno ([18]anuleno) con 6 protones internos a -3 ppm.
La situación se invierte en los compuestos antiaromáticos . En el dianión de [18]anuleno, los protones internos están fuertemente desprotegidos a 20,8 ppm y 29,5 ppm, mientras que los protones externos están significativamente protegidos (con respecto a la referencia) a -1,1 ppm. Por lo tanto, una corriente de anillo diamagnética o una corriente de anillo diatrópica se asocia con aromaticidad, mientras que una corriente de anillo paratrópica indica antiaromaticidad.
Un efecto similar se observa en los fullerenos tridimensionales ; en este caso se llama corriente de esfera . [3]
Se han realizado numerosos intentos para cuantificar la aromaticidad con respecto a la corriente del anillo observada. [4] Un método se llama exaltación de la susceptibilidad diamagnética Λ, definida como la diferencia entre la susceptibilidad magnética medida de un compuesto y un valor calculado basado en tablas de aditividad de grupo. Los valores negativos grandes son aromáticos, por ejemplo, el benceno (Λ = −13,4). Los valores cercanos a cero son no aromáticos, por ejemplo, boracina (Λ = −1,7) y ciclohexano (Λ = 1,1). Los valores positivos grandes son antiaromáticos, por ejemplo, ciclobutadieno (Λ = +18).
Otra cantidad mensurable es el desplazamiento químico de los iones de litio Li + en complejos de litio con estructuras aromáticas porque el litio tiende a unirse como un complejo de coordenadas π a la cara de los anillos aromáticos. Así, el átomo de litio en el ciclopentadienil litio (CpLi) tiene un desplazamiento químico de -8,6 ppm (aromático) y su complejo Cp 2 Li - un desplazamiento de -13,1.
Ambos métodos tienen la desventaja de que los valores dependen del tamaño del anillo.
El desplazamiento químico independiente del núcleo ( NICS ) es un método computacional que calcula el blindaje magnético absoluto en el centro de un anillo. Los valores se informan con un signo invertido para hacerlos compatibles con las convenciones de desplazamiento químico de la espectroscopia de RMN. [5] En este método, los valores NICS negativos indican aromaticidad y los valores positivos indican antiaromaticidad. [6] [7] Existe una variedad de métodos para calcular los valores NICS; sin embargo, el método más sólido para calcular los valores NICS implica escanear la molécula en un escaneo NICSzz. En este proceso, el valor NICS se calcula sobre los anillos, lo que permite evaluar los aromáticos de cada anillo, lo que es especialmente útil para compuestos policíclicos. [8]
Otro método más, llamado modelo de aromaticidad del oscilador armónico ( HOMA ) [9], se define como una suma normalizada de desviaciones al cuadrado de las longitudes de los enlaces del valor óptimo, que se supone que se cumple para un sistema completamente aromático. [10] Un compuesto aromático tiene un valor HOMA 1, mientras que un compuesto no aromático tiene un valor 0. Para sistemas totalmente carbonados, el valor HOMA se define como:
donde V = 257,7 Å −2 es el valor de normalización, n es el número de enlaces carbono-carbono y d son las longitudes de los enlaces ( d opt = 1,388 Å es el valor óptimo y d i son los valores observados o calculados).
