방향족성, 芳香族性, aromaticity
탄소 화합물이 불포화 결합, 홀전자쌍, 빈 오비탈 등에 의하여 완전히 콘주게이션된 평면 고리 모양으로 결합되었을 때, 콘주게이션에 의한 안정화 효과보다 큰 안정화 효과를 보이는 성질을 나타내는 단어이다. 방향족성이라는 단어와 실제 향기를 갖는 분자는 직접적인 연관성을 갖지 않지만, 방향족성을 갖는 방향족성 고리는 벤젠과 같이 독특한 향기를 갖는 경우가 많다. 방향족성을 갖는 화합물을 방향족 화합물이라고 한다.
방향족은 분자 전체가 콘주게이션되어 있으므로 그림의 (아래)와 같이 표현하지만, 유기 화학 등에서는 전자의 이동에 대한 엄밀한 표현을 위해서 공명 구조 중 하나를 표현해서 사용하기도 한다. 이는 벤젠에 대한 공명 구조의 존재를 착안해 낸 아우구스트 케쿨레의 방법에 따른 것이다.
특징
방향족 화합물은 유사한 결합으로 콘주게이션 되어 있는 선형 분자나, 분자 전체에 콘주게이션이 일어나지 않은 고리형 분자에 비하여 특별히 더 안정되어 있다. 이를테면 알켄은 할로젠 기체와 첨가 반응을 수행할 수 있지만, 방향족 화합물인 벤젠은 불포화성 탄화수소이지만 첨가 반응은 수행할 수 없다. 대신 친전자성 방향족 치환반응을 루이스 산 촉매 조건 하에서만 수행할 수 있다. 한편, 평면에서 방향족성에 의해 생겨난 π 전자의 고리는 고리 전류를 발생시키므로, NMR에서 특별히 강한 화학 이동이 관찰된다.(1H-NMR의 경우6.5-8ppm)
이론
어떤 분자의 방향족성 유무는 휘켈 규칙(Hückel's Rule)에 따라 다음 조건을 갖추고 있어야 한다.
비어있는 p-오비탈, 불포화 결합, 홀전자쌍 등에 의하여 완전히 콘주게이션을 이루고 있는 4n+2개의 전자가 존재하여야 한다.
4n+2개의 전자는 평면 형태 이성질체를 구성하여야 하고, 고리 구조를 이루어야 한다.
고리의 모든 원자가 콘주게이션에 참여할 수 있어야 한다.
방향족 분자의 분류
방향족 고리는 방향족 시스템을 구성하는 방법에 의해서 벤젠과 같이 탄소와 수소로만 구성된 단일 원소 방향족 화합물(monocyclic aromatic compound), 피롤과 같이 다른 원소가 포함된 이종 원소 방향족 화합물(heterocyclic aromatic compound), 트로필륨 이온과 같이 이온이 포함된 비정형 방향족 화합물(atypical aromatic compound)등으로 나뉜다.
방향족화합물 [aromatic compounds, 芳香族化合物]
벤젠고리가 두 개 이상 축합된 고리를 가진 화합물. 벤젠 · 나프탈렌 같은 탄소와 수소만으로 되는 방향족 탄화수소와 그 수소의 일부를 작용기로 치환한 유도체를 포함한다. 또 고리를 만드는 탄소 원자의 일부가 탄소 이외의 원자와 치환된, 예를 들면 피리딘 등의 방향족 헤테로 고리화합물과 그 유도체도 많다. 방향족화합물이라는 명칭은 19세기 전반까지 알려진 화합물의 대부분을 정유나 발삼 등의 방향물질에서 얻었기 때문에 생겼다(예를 들면, 벤조산은 발삼의 일종인 벤조인향에서 얻는다). 유기화합물의 구조이론이 발달되지 않은 시대에 비교적 잘 알려졌던 지방족 화합물에 비해 탄소가 풍부한 것이 그 특징이었다. 1865년 A. 케쿨레는 이들 화합물에 6개의 탄소 원자가 서로 이중결합과 단일결합으로 결합되어 있는 고리구조가 존재한다고 가정하고 그 때까지 해결되지 않은 문제들을 모두 해결하기에 이르렀다. 그 때부터 콜타르 속에 함유된 방향족 화합물을 원료로 하는 화학공업 특히 합성염료공업 이 활발했으며 방향족 화합물의 화학도 이들과 함께 급속한 발전을 가져왔다. 방향족성의 기원에 관해서는 여러 학설이 있으나 1938년 독일의 E. A. A. J. 휘켈이 분자궤도법에 의해 설명한 학설이 가장 인정받고 있다. 6원자고리 화합물뿐 아니라 탄소 이외의 원자를 함유한 5원자고리 짝불포화화합물(예를 들면 피롤)에도 약한 방향족성이 있다는 사실은 이전부터 인정되어 왔는데, 50년경부터는 앞에 설명한 방향족 화합물과는 전혀 다른 형태의 화합물, 예를 들면 트로폴론 · 시클로펜타디엔일리드(C5H5-) 등에도 방향족성이 있다는 것이 알려졌다. 이들은 어느 것이나 휘켈이 주장한 이론(π 전자수가 4n+2개의 고리모양 짝계는 방향족성을 가진다는 이론)에 적합하고, 핵자기공명스펙트럼 및 기타의 분광학적 데이터도 이것을 뒷받침했다. 이들 비(比)벤젠계 방향족 화합물의 화학은 60년데 유기화학의 최대 관심사였다.