I composti aromatici comprendono una classe di idrocarburi che include un anello di carbonio insaturo a sei membri in cui gli elettroni di valenza del legame pi sono completamente delocalizzati o coniugati. Questi composti sono stabili e abbondanti sia in forma naturale che sintetica. Il più semplice dei composti aromatici è il benzene (C6H6), un cancerogeno infiammabile, ma anche una sostanza chimica importante a livello industriale. Il nome aromatico si basa sui forti aromi di molti dei più grandi composti aromatici. Diamanti e grafite, sebbene non siano considerati composti aromatici, mostrano una condivisione di elettroni delocalizzata su distanze atomiche molto lunghe.
Il legame covalente carbonio-carbonio, la base della chimica organica, condivide due elettroni tra due atomi di carbonio adiacenti come un singolo legame, o quattro elettroni tra due atomi di carbonio in un doppio legame. Un sistema coniugato ha una serie di legami singoli e doppi alternati che possono essere rappresentati da due o più strutture di Lewis. La coniugazione o risonanza si verifica quando sono disponibili orbitali p o orbitali d in composti di peso molecolare maggiore, in cui diffondere gli elettroni di valenza disponibili. La coniugazione può avvenire in configurazioni lineari, ramificate o cicliche tra legami di atomi di carbonio, ossigeno o azoto.
L’aromaticità si verifica quando gli elettroni nella catena di carbonio sono ancora più delocalizzati formando un anello di sei atomi di carbonio con l’equivalente di tre ciascuno di legami singoli e doppi alternati. Se il benzene si comportasse come una molecola con tre doppi legami, i chimici si aspetterebbero che i doppi legami della molecola siano più corti dei singoli legami, ma le lunghezze dei legami di carbonio del benzene sono tutte uguali e complanari. Il benzene e altri composti aromatici non subiscono reazioni di addizione come fanno gli alcheni. Gli alcheni aggiungono gruppi attraverso i loro doppi legami, mentre i composti aromatici sostituiscono un atomo di idrogeno per un gruppo.
L’energia rilasciata quando il cicloesene viene idrogenato a cicloesadiene aggiungendo idrogeno al doppio legame è di 28.6 kcal per mole. L’idrogenazione del cicloesadiene con due doppi legami rilascia 55.4 kcal/mole o 27.7 kcal per mole H2. Il benzene rilascia 49.8 kcal per mole o 16.6 kcal per mole di H2 dopo idrogenazione completa. Il valore notevolmente basso è una misura della stabilità della struttura aromatica.
I chimici spiegano la morfologia planare del benzene, le uguali lunghezze dei legami di carbonio e la bassa energia dei suoi doppi legami concludendo che gli orbitali 2p sono distribuiti su tutti e sei i atomi di carbonio. Gli orbitali pi delocalizzati sono visualizzati come formanti un toroide sopra e sotto il piano dell’anello dello scheletro di carbonio. Questa configurazione spiega tutte le sue caratteristiche e supporta il concetto di orbitali pi condivisi in altri sistemi coniugati.
I composti aromatici spesso esercitano una pressione di vapore e molte delle molecole gassose sono rilevabili dal naso umano. La corteccia di cannella, le foglie di Wintergreen e i baccelli di vaniglia hanno tutti composti aromatici che gli esseri umani possono annusare. La sintesi di questi o di composti simili è anche la base degli aromi alimentari artificiali.
Alcuni composti aromatici molto interessanti sono costituiti da strutture policicliche che condividono uno o più lati dell’anello di carbonio a sei membri con un anello di carbonio adiacente. Il naftalene (C10H8) ha due anelli benzenici uniti; tre anelli uniti linearmente sono chiamati antracene (C14H10), mentre sei anelli benzenici in cerchio, con un livello molto alto di delocalizzazione elettronica, sono chiamati eseliceni (C26H16). Con l’aumento del numero di anelli, il rapporto idrogeno su carbonio diminuisce, il materiale diventa più stabile, più duro e il punto di fusione aumenta. Quando il rapporto si avvicina allo zero, il composto è essenzialmente un’altra forma di carbonio. La grafite è costituita da fogli di strutture ad anello delocalizzate con atomi di carbonio ibridati sp2 e diamanti sono ibridati sp3 in strutture tridimensionali interconnesse a gabbia, tutto a causa dell’aromaticità.