17.8: Cercles de givre pour différents systèmes conjugués

La méthode des polygones inscrits est cohérente avec la règle 4n + 2 de Hückel et permet de savoir si le composé cyclique donné est aromatique ou non. Le composé est stable et aromatique si chaque orbitale moléculaire de liaison (MO) est complètement remplie d’une paire d’électrons. Cependant, si les orbitales non liantes ou antiliantes sont remplies d’électrons, le composé est instable et non aromatique. Considérez les diagrammes du cercle de Frost pour les cycloalcènes contenant 4 à 8 carbones.

En regardant les cercles de Frost, on observe que le nombre de MO de liaison est toujours impair et que le nombre requis d'électrons π dans le MO de liaison est soit 2, soit 6. Le nombre d'électrons satisfait parfaitement à la règle d'aromaticité 4n + 2. . Par conséquent, les composés avec une liaison MO complètement remplie sont aromatiques.

Dans le cas du cyclobutadiène à quatre chaînons avec des électrons 4π et du cyclooctatétraène à huit chaînons avec des électrons 8π, les MO de liaison sont complètement remplis et chacun des MO non liants est occupé individuellement. La présence d'électrons dans les MO non liants à haute énergie les rend instables et non aromatiques. Cependant, l'anion cyclopentadiényle à cinq chaînons, le benzène à six chaînons et le cation cycloheptatrienyle à sept chaînons ont des électrons 6π, et les MO de liaison correspondants sont entièrement occupés et stables, ils sont donc aromatiques.

Dans l’ensemble, les molécules ayant des orbitales moléculaires de liaison complètement remplies sont considérées comme aromatiques, alors que les composés avec des électrons dans des orbitales autres que la liaison ne sont pas aromatiques.

Selon la règle de Huckel, le benzène est stable et aromatique, tandis que le cyclobutadiène et le cyclooctatétraène sont instables et non aromatiques.

L’aromaticité de ces composés peut être comprise à partir de leurs diagrammes circulaires de givre.

Le cercle de Frost pour le benzène a six orbitales moléculaires π. Toutes les orbitales liantes de basse énergie sont entièrement occupées par six électrons π, tandis que les orbitales antiliantes de haute énergie sont vides. Par conséquent, le benzène est stable et aromatique.

Les cercles de Frost pour le cyclobutadiène et le cyclooctatétraène ont respectivement quatre et huit orbitales moléculaires π.

Les orbitales de liaison sont entièrement occupées pour les deux composés, tandis que les orbitales non liantes sont occupées individuellement. Les orbitales antiliantes sont vides.

Comme il est évident, la présence de π électrons dans les orbitales non liantes de haute énergie rend les deux composés instables et non aromatiques.

Dans l’ensemble, une molécule donnée est considérée comme aromatique lorsque tous les électrons π sont appariés dans des orbitales moléculaires liantes. Les composés avec des électrons dans des orbitales autres que la liaison ne sont pas aromatiques.