Существует несколько критериев для определения степени ароматичности гетероцикла:
А) Длины ссылок.
Гетероцикл тем ароматичнее, чем меньше разница между длинами различных связей, образующих кольцо. Бензол имеет одинаковую длину всех углерод-углеродных связей, что делает его наиболее ароматическим соединением. Гетероциклы имеют различия в расстояниях связей, чем меньше ароматичность, тем больше эти различия.
Все связи CC в бензоле имеют размер 1,395 A, промежуточное расстояние между одинарными (1,48 A) и двойными (1,34 A) связями. В фуране имеется заметная разница между длинами связей, указывающая на более низкую ароматичность, чем в пирроле. Пиридин, с другой стороны, имеет очень похожие расстояния связи CC между ними и такие же, как у бензола, который проявляет большую ароматичность, чем пиррол или фуран.
Б) Данные ядерного магнитного резонанса.
Другая мера степени ароматичности состоит в сравнении констант взаимодействия различных атомов водорода. Если расстояния связи между атомами углерода одинаковы, константы связи между атомами водорода, присоединенными к ним, также одинаковы. Ароматические системы имеют химический сдвиг между 7 и 8,5 ppm из-за явления магнитной анизотропии.
J ab = J bc , если расстояния C a - C b и C b - C c равны, что свидетельствует о высокоароматической системе.
Химический сдвиг ароматических атомов водорода позволяет легко отличить их от виниловых атомов водорода.
В) Энергии резонанса.
Данные REPE (резонансная энергия на электрон pi) используются для сравнения степени ароматичности различных гетероциклов.
REPE получается путем деления резонансной энергии системы на количество пи-электронов, которыми она обладает. Энергию резонанса можно определить как разность энергий между молекулой с локализованными и делокализованными связями.
[1] Каноническая структура
[2] Резонансный гибрид
| Сложный | ПОВТОРИТЬ |
| Бензол пиридин пиримидин пиррол тиофен фуран | 0,065 0,058 0,049 0,039 0,032 0,007 |
Чем более электроотрицательным является гетероатом, тем менее ароматическим является гетероцикл, поскольку к нему притягиваются пи-электроны и сопряжение уменьшается. Этим фактором объясняется более высокая ароматичность пиррола по сравнению с фураном. В гетероциклах с гетероатомами одинаковой электроотрицательности, но в которых один гетероатом имеет d-орбитали, гетероатом без d-орбиталей обладает большей ароматичностью. D-орбитали, будучи более размытыми, дают менее эффективные перекрытия с атомами углерода и ухудшают сопряжение. Этот фактор объясняет более высокую ароматичность пиррола по сравнению с тиофеном.
