17.6 : معايير العطرية وقاعدة Hückel 4n + 2

مثل البنزين، فإن البيوتادايين الحلقي والسيكلو أوكتاتاترين عبارة عن مركبات حلقية لها روابط أحادية ومزدوجة متناوبة. ومع ذلك، فإن سلوكها الكيميائي يختلف عن البنزين، حيث أنها غير مستقرة وليست عطرية. إذن، ما هي الخصائص التركيبية للمركبات غير المشبعة المصنفة ضمن المركبات العطرية؟

ولأول مرة، استخرج إريك هوكل، عالم الفيزياء الكيميائية الألماني، مجموعة من السمات الهيكلية لمركب ليتم تصنيفه على أنه عطري. يُعرف هذا الآن باسم قاعدة هوكل أو قاعدة 4n + 2. وفقًا لهذه القاعدة، يجب أن يكون المركب العطري حلقيًا ومستويًا ومقترنًا بشكل مستمر، ويحتوي على عدد فردي من أزواج إلكترونات π أو 4n + 2  π إلكترونات، حيث n عدد صحيح (n = 0, 1, 2...). لذلك، يجب أن يحتوي المركب العطري على 2 (n = 0)، 6 (n = 1)، 10 (n = 2)، 14 (n = 3)، وما إلى ذلك، عدد الإلكترونات π أو 1، 3، 5، 7 الخ، أزواج من الإلكترونات π.

على سبيل المثال، يحتوي 1،3،5-هكساترين والبنزين على 6 إلكترونات؛ وحتى في هذه الحالة، فإن 1،3،5-هكساترين ليس عطريًا لأن المدارات p الموجودة على ذرتي الكربون الطرفيتين لا تتداخل لأن الرابطة لا تربط ذرات الكربون هذه. لذلك يجب أن تكون المركبات حلقية لتكون عطرية.

على الرغم من أنه مركب حلقي مكون من ثمانية أعضاء مع روابط متصلة بأربعة π، إلا أن سيكلو أوكتاتاترين غير مستقر وليس عطريًا. وذلك لأن سيكلوكتاتترين غير مستوي؛ انه يعتمد تشكل الحوض. وبالتالي، فإن التداخل الفعال للمدارات p لتكوين حلقة مغلقة من السحابة الإلكترونية π ليس ممكنًا. والجدير بالذكر أنه، على عكس البنزين، يخضع لتفاعلات الإضافة.

لكي يكون المركب مقترنًا بشكل مستمر، يجب أن يحتوي على جميع ذرات كربون التهجين sp² مع مدار p غير مهجن نصف مملوء على كل منها. على سبيل المثال، 1،3-سيكلوهيكساديين و1،3،5-سيكلوهيباتاترين لديهما كربونات مهجنة sp³ لا تحتوي على مدار p غير مهجن، لذلك لا يمكن تحقيق التداخل المستمر. لذلك، كلاهما ليسا عطريين.

من ناحية أخرى، فإن البيوتادايين الحلقي، وهو مركب حلقي مستو مع اقتران مستمر، غير مستقر وليس عطريًا. يحتوي على زوجين من إلكترونات π أو 4 إلكترونات π، وهو ما لا يستوفي معايير وجود 4n + 2  π إلكترونات. لذلك فهي ليست عطرية.