17.6 : Criteri di Aromaticità e Regola di Hückel 4n+2

Il ciclobutadiene e il cicloottatetraene sono composti ciclici con legami singoli e doppi alternati, come il benzene. Tuttavia, il loro comportamento chimico differisce da quello del benzene, poiché sono instabili e non aromatici. Quindi, quali sono le caratteristiche strutturali dei composti insaturi classificati come aromatici?

Per la prima volta Eric Hückel, un fisico chimico tedesco, derivò una serie di caratteristiche strutturali affinché un composto potesse essere classificato come aromatico. Questa è ora conosciuta come regola di Hückel o regola 4n + 2. Secondo questa regola, un composto aromatico deve essere ciclico, planare, continuamente coniugato, avente un numero dispari di coppie di elettroni π oppure 4n + 2 elettroni π, dove n è un numero intero (n = 0, 1, 2…). Pertanto, un composto aromatico dovrebbe avere 2 (n = 0), 6 (n = 1), 10 (n = 2), 14 (n = 3), ecc…, elettroni π oppure 1, 3, 5, 7 , ecc…, coppie di elettroni π.

Ad esempio, l'1,3,5-esatriene e il benzene hanno 6 elettroni π; anche in questo caso, l'1,3,5-esatriene non è aromatico poiché gli orbitali p sui due atomi di carbonio terminali non si sovrappongono poiché un legame non collega questi carboni. Pertanto, i composti devono essere ciclici per essere aromatici.

Sebbene sia un composto ciclico a otto membri con quattro legami π continui, il cicloottatetraene è instabile e non aromatico. Questo perché il cicloottatetraene non è planare; adotta una conformazione a vasca. Di conseguenza, una sovrapposizione efficace degli orbitali p per formare un anello chiuso della nuvola di elettroni π non è fattibile. In particolare il cicloottatetraene, a differenza del benzene, subisce reazioni di addizione.

Affinché un composto possa essere coniugato continuamente, deve avere tutti gli atomi di carbonio dell'ibridazione sp^2 con un orbitale p non ibridato riempito a metà su ciascuno. Ad esempio, l'1,3-cicloesadiene e l'1,3,5-cicloeptatriene hanno carboni ibridati sp^3 che non hanno un orbitale p non ibridato, quindi la sovrapposizione continua è impossibile. Entrambi non sono, quindi, aromatici.

D'altra parte, il ciclobutadiene, un composto ciclico e planare con coniugazione continua, è instabile e non aromatico. Avendo 2 coppie di elettroni π o 4 elettroni π, il criterio di avere 4n + 2 elettroni π non è soddisfatto. Pertanto non è aromatico.