休克爾規則
編輯在有機化學中,休克爾規則預測如果平面環分子具有 4n + 2 個 π 電子,則它具有芳香族性質,其中 n 是一個非負整數。 其公式的量子力學基礎首先由物理化學家 Erich Hückel 于 1931 年提出。作為 4n + 2 規則的簡潔表達式歸功于 W. v. E. Doering (1951),盡管有幾位作者使用了這種形式 大約在同一時間。
與 M?bius–Hückel 概念一致,當其 π 電子數等于 4n + 2 時,環狀分子遵循休克爾規則,盡管明確的例子實際上只針對 n = 0 到大約 n = 6 的值建立。 休克爾規則最初是基于使用 Hückel 方法的計算,盡管它也可以通過考慮環系統中的粒子、LCAO 方法和 Pariser-Parr-Pople 方法來證明。
芳香族化合物比使用簡單烯烴的氫化數據理論上預測的更穩定; 額外的穩定性是由于離域的電子云,稱為共振能量。 簡單芳烴的標準是:
- 該分子在 p 軌道共軛系統(通常在 sp2 雜化原子上,但有時在 sp- 雜交);
- 分子必須(接近于)平面(p 軌道必須大致平行并且能夠相互作用,隱含在共軛要求中);
- 分子必須是環狀的(而不是線性的);
- 分子必須有一個連續的 p 原子軌道環(環中不能有任何 sp3 原子,外環 p 軌道也不計算在內)。
單環烴
編輯該規則可用于理解完全共軛的單環烴(稱為輪烯)及其陽離子和陰離子的穩定性。最著名的例子是苯 (C6H6),它具有六個 π 電子的共軛系統,等于 4n + 2 對于 n = 1。分子經歷取代反應,保留六個 π 電子系統,而不是會破壞它的加成反應。 這種π電子系統的穩定性被稱為芳香性。 盡管如此,在大多數情況下,催化劑對于發生取代反應是必需的。
環戊二烯陰離子 (C5H–5) 有六個 π 電子是平面的,很容易從異常酸性的環戊二烯 (pKa 16) 中生成,而相應的有四個 π 電子的陽離子是不穩定的,比典型的無環戊二烯基陽離子更難生成和 被認為是反芳香的。 同樣,tropylium 陽離子 (C7H+7),也有六個 π 電子,與典型的碳陽離子相比非常穩定,以至于它的鹽可以從乙醇中結晶出來。 另一方面,與環戊二烯相比,環庚三烯不是特別酸性(pKa 37)并且陰離子被認為是非芳香族的。
環丙烯基陽離子 (C3H+3) 和三硼環丙烯基雙陰離子 (B3H2–3) 被認為是兩個 π 電子系統的例子,它們相對于開放系統是穩定的,盡管 60° 鍵角施加了角應變。< /sub>
具有 4n 個 π 電子的平面環分子不服從休克爾規則,理論預測它們不太穩定,并且具有帶有兩個不成對電子的三重態基態。 實際上,這種分子從平面正多邊形變形。 具有四個 π 電子的環丁二烯 (C4H4) 僅在低于 35 K 的溫度下穩定,并且呈矩形而非正方形。 具有八個 π 電子的環辛四烯 (C8H8) 具有非平面桶狀結構。 但是雙離子 C8H2–8 (cyclooctatetraenide 陰離子), 有十個 π 電子服從 4n + 2 規則 n = 2 并且是平面的, 而雙陽離子的 1,4-二甲基衍生物, 有六個 π 電子, 也被認為 是平面的和芳香的。 Cyclononatetraenide 陰離子 (C9H–9) 是xxx的全順式單環環烯基/環烯基系統,它是平面的和芳香的。?
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