Il benzene ha formula C6H6 e presenta quattro siti di insaturazione. Ci si sarebbe aspettato che una tale molecola fosse particolarmente reattiva agli attacchi elettrofili dando reazioni di addizione. Tuttavia una delle caratteristiche del benzene quando lo si confronti con un alchene è la sua stabilità. Si può avere una misura quantitativa della stabilizzazione determinando il calore di idrogenazione del cicloesene e del benzene. Tali reazioni sono le seguenti:
C6H10 + H2 = C6H12 + 28.6 kcal/mol
C6H6 + 3 H2 = C6H12 + 49.8 kcal/mol
Se il benzene fosse una molecola ciclica con tre doppi legami non coniugati (un ipotetico cicloesatriene non coniugato) il suo calore di idrogenazione dovrebbe essere il triplo rispetto a quello del cicloesene ovvero dovrebbe essere pari a 3 ∙28.6 = 85.8 kcal/mol.
Dai dati sperimentali invece risulta un calore di idrogenazione pari a 49.8 kcal/mol ovvero 36 kcal/mol meno del previsto. Il benzene quindi risulta essere molto più stabile rispetto all’ipotetico composto con elettroni de localizzati. Tale differenza di 36 kcal/mol viene detta energia di delocalizzazione o energia di risonanza. Una sostanza come il benzene per il quale tale energia di risonanza è elevata, viene detta stabilizzata per risonanza.
La conseguenza più immediata di tale stabilizzazione che caratterizza le strutture molecolari contenenti il benzene o uno dei suoi derivati è la scarsa reattività rispetto ai polieni aciclici. Si dice che tali composti sono aromatici ovvero possiedono proprietà aromatiche.
Regola di Hückel
Nel 1931 Hückel pubblicò uno studio teorico basato sulla teoria degli orbitali molecolari secondo il quale si prevedeva che sistemi ciclici contenenti elettroni π in numero di 4n + 2 dove n è un numero intero, avrebbero avuto una stabilità particolari. Tale regola è detta regola di Hückel
Posto n = 0 si ha che un composto contenente ( 4 ∙0) + 2 = 2 elettroni π sia aromatico.
Posto n = 1 si ha che un composto contenente ( 4∙1) + 2 = 6 elettroni π come il benzene sia aromatico. Analogamente posto n = 2 si ha che un composto contenente ( 4∙2 ) + 2 = 10 elettroni π sia anch’esso aromatico.
Schematizzando:
aromatici : 2, 6, 10. 14, 18 elettroni π
antiaromatici : 4, 8, 12, 16, 20 elettroni π
costituiscono pertanto esempi di composti aromatici
- Il catione ciclopropenilico che ha 2 elettroni π
- Il naftacene che ha 18 elettroni π
Di converso il ciclobutadiene, che ha 4 elettroni π e il cicloottatetraene che ha 8 elettroni π non sono composti aromatici.