17.8: さまざまな共役系のフロストサークル

内接多角形法はヒュッケルの 4n + 2 ルールと一致しており、指定された環状化合物が芳香族であるかどうかを学習するのに役立ちます。 すべての結合分子軌道 (MO) が電子対で完全に満たされている場合、化合物は安定で芳香族です。 ただし、非結合性または反結合性軌道が電子で満たされている場合、その化合物は不安定であり、芳香族ではありません。 炭素数 4〜 8 のシクロアルケンのフロストサークル図を考えてみましょう。

s

フロストサークルを見ると、結合する MO の数は常に奇数であり、結合する MO に必要な π 電子の数は 2 または 6 のいずれかであることが観察されます。電子の数は芳香族性の 4n + 2 則を完全に満たします 。 したがって、結合 MO が完全に満たされた化合物は芳香族です。

4π電子を有する4員環シクロブタジエンと8π電子を有する8員環シクロオクタテトラエンの場合、結合性MOは完全に満たされ、非結合性MOはそれぞれ単独で占有されます。 高エネルギーの非結合性 MO に電子が存在すると、MO は不安定になり、芳香族ではなくなります。 ただし、5 員シクロペンタジエニル アニオン、6 員ベンゼン、および 7 員シクロヘプタトリエニル カチオンは 6 π 電子を持ち、対応する結合 MO は完全に占有されており安定しているため、芳香族です。

全体として、完全に満たされた結合分子軌道を持つ分子は芳香族であると考えられますが、結合以外の軌道に電子を持つ化合物は芳香族ではありません。

ヒュッケルの法則によれば、ベンゼンは安定で芳香族ですが、シクロブタジエンとシクロオクタテトラエンは不安定で芳香族ではありません。

これらの化合物の芳香族性は、フロストサークル図から理解できます。

ベンゼンのフロストサークルには、6つのπ分子軌道があります。すべての低エネルギー結合性軌道は6つのπ電子で完全に占められていますが、高エネルギーの反結合性軌道は空です。したがって、ベンゼンは安定しており、芳香族です。

シクロブタジエンとシクロオクタテトラエンのフロストサークルには、それぞれ4つと8つのπ分子軌道があります。

結合性軌道は両方の化合物で完全に占められていますが、非結合性軌道は単独で占められています。反結合性軌道は空です。

明らかなように、高エネルギーの非結合性軌道にπ電子が存在すると、2つの化合物は不安定で芳香族性ではありません。

全体として、特定の分子は、π電子すべてが結合分子軌道で対になっている場合、芳香族と見なされます。結合以外の軌道に電子を持つ化合物は芳香族ではありません。