2.4.5.3. Локализация связей
Все предшествующие теоретические критерии основывались на увеличении термодинамической устойчивости ароматической системы по сравнению с неароматической моделью. Однако развивались также теоретические критерии, связанные с другими явлениями; один из таких интересных критериев основан на концепции фиксации связей [66]. Описаны два типа фиксации связей, в первом из них симметрия остова
-связей не изменяется, а во втором — уменьшается. Рассмотрим такую молекулу, как фульвен (41). Для этой молекулы можно нарисовать структуру
-остова со всеми эквивалентными связями; такой остов имеет
-симметрию. После расчета порядка
-связей в фульвене обнаруживается, что между формальными ординарными и двойными связями в энергетически наиболее выгодной структуре существует большая разница, и фульвен лучше всего представить как структуру с ординарными валентными связями (41а). Изучение структуры (41а)
показывает, что она также имеет
-симметрию, т. е. симметрия первоначальной
-системы не изменилась при фиксации связей. Этот тип фиксации связей называют фиксацией первого порядка (от первого члена серии Тейлора). Если рассмотреть теперь пентален (42), то его
-остов имеет
-симметрию. Рассчитывая порядки
-связей, находим, что полученные данные благоприятствуют любой из двух структур (42а) и (426) и что молекула образует смесь обеих форм. Структуры (42а) и (426) обладают меньшей
симметрией, чем исходная
-структура, при переходе от которой к конечным структурам утрачены две оси
. Такой тип фиксаций связей называют фиксацией второго порядка, и она обусловлена высшими членами ряда Тейлора. Аналогично, циклобутадиен (33) имеет фиксацию связей второго порядка, поскольку исходная
-структура обладает симметрией
, а две прямоугольные структуры (33а) и (33б)-симметрией
.
Если применить этот анализ к бензолу, то обнаруживается, что в бензоле отсутствует фиксация связей как первого, так и второго порядка.
Было предположено, что фиксация связей, определяемая таким путем, может служить теоретическим критерием ароматичности. Ароматическими молекулами являются те, у которых не обнаруживается фиксации связей ни первого, ни второго порядка. В связи с этой идеей было высказано несколько критических замечаний [67], в частности отмечено, что строгое применение этого критерия означает, что единственной ароматической нейтральной молекулой является бензол. Однако концепция фиксации связей приводит к полезным предсказаниям относительно реагирующих участков молекул [68].