17.8: Cerchi di Frost per diversi sistemi coniugati

Il metodo del poligono inscritto è coerente con la regola 4n + 2 di Hückel e aiuta a capire se il composto ciclico dato è aromatico o meno. Il composto è stabile e aromatico se ogni orbitale molecolare (MO) di legame è completamente riempito con una coppia di elettroni. Tuttavia, se gli orbitali di non legame o antilegame sono pieni di elettroni, il composto è instabile e non aromatico. Si considerino i diagrammi dei cerchi di Frost per i cicloalcheni contenenti da 4 a 8 atomi di carbonio.

Osservando i cerchi di Frost, si osserva che il numero di MO di legame è sempre dispari e il numero richiesto di elettroni π nell’MO di legame è 2 o 6. Il numero di elettroni soddisfa perfettamente la regola di aromaticità 4n + 2 . Pertanto, i composti con MO di legame completamente riempito sono aromatici.

Nel caso del ciclobutadiene a quattro membri con 4 elettroni π e del cicloottatetraene a otto membri con 8 elettroni π, gli MO di legame sono completamente riempiti e ciascuno degli MO non di legame è occupato singolarmente. La presenza di elettroni nell’MO non legante ad alta energia li rende instabili e non aromatici. Tuttavia, l'anione ciclopentadienile a cinque membri, il benzene a sei membri e il catione cicloeptatrienile a sette membri hanno 6 elettroni π e il corrispondente MO di legame è completamente occupato e stabile, quindi sono aromatici.

Nel complesso, le molecole che hanno orbitali molecolari di legame completamente riempiti sono considerate aromatiche, mentre i composti con elettroni in orbitali diversi da quelli di legame non sono aromatici.

Secondo la regola di Huckel, il benzene è stabile e aromatico, mentre il ciclobutadiene e il cicloottatetraene sono instabili e non aromatici.

L'aromaticità di questi composti può essere compresa dai loro diagrammi a cerchio di Frost.

Il cerchio di Frost per il benzene ha sei orbitali molecolari π. Tutti gli orbitali di legame a bassa energia sono completamente occupati da sei π elettroni, mentre gli orbitali di antilegame ad alta energia sono vuoti. Pertanto, il benzene è stabile e aromatico.

I cerchi di Frost per il ciclobutadiene e il cicloottatetraene hanno rispettivamente quattro e otto orbitali molecolari π.

Gli orbitali di legame sono completamente occupati per entrambi i composti, mentre gli orbitali di non legame sono occupati singolarmente. Gli orbitali di antilegame sono vuoti.

Come è evidente, la presenza di elettroni π in orbitali di non legame ad alta energia rende i due composti instabili e non aromatici.

Nel complesso, una data molecola è considerata aromatica quando tutti i π elettroni sono accoppiati in orbitali molecolari di legame. I composti con elettroni negli orbitali diversi dal legame non sono aromatici.