17.8: Círculos de Frost para Diferentes Sistemas Conjugados

O método do polígono inscrito é consistente com a regra 4n + 2 de Hückel e ajuda a saber se um determinado composto cíclico é aromático ou não. O composto é estável e aromático se cada orbital molecular (MO) de ligação estiver completamente preenchido com um par de elétrons. No entanto, se os orbitais não ligantes ou antiligantes estiverem preenchidos com elétrons, o composto é instável e não aromático. Considere os diagramas do círculo de Frost para cicloalcenos contendo 4 a 8 carbonos.

Ao observar os círculos de Frost, nota-se que o número de MO de ligação é sempre ímpar, e o número necessário de elétrons π nos MO de ligação é 2 ou 6. O número de elétrons satisfaz perfeitamente a regra 4n + 2 de aromaticidade. Consequentemente, os compostos com MO de ligação completamente preenchido são aromáticos.

No caso do ciclobutadieno de quatro membros com 4 elétrons π e do ciclooctatetraeno de oito membros com 8 elétrons π, os MO ligantes são completamente preenchidos, e cada um dos MO não ligantes é ocupado individualmente. A presença de elétrons nos MO não ligantes de alta energia os torna instáveis ​​e não aromáticos. No entanto, o ânion ciclopentadienila de cinco membros, o benzeno de seis membros e o cátion cicloheptatrienila de sete membros têm 6 elétrons π, e o MO de ligação correspondente está totalmente ocupado e estável, portanto são aromáticos.

Em resumo, moléculas com orbitais moleculares de ligação completamente preenchidos são consideradas aromáticas, enquanto compostos com elétrons em orbitais que não são de ligação não são aromáticos.

De acordo com a regra de Huckel, o benzeno é estável e aromático, enquanto o ciclobutadieno e o ciclooctatetraeno são instáveis e não aromáticos.

A aromaticidade desses compostos pode ser entendida a partir de seus diagramas de círculo de Frost.

O círculo de Frost para benzeno tem seis orbitais moleculares π. Todos os orbitais de ligação de baixa energia estão totalmente ocupados com seis elétrons π, enquanto os orbitais antiligantes de alta energia estão vazios. Portanto, o benzeno é estável e aromático.

Os círculos de Frost para ciclobutadieno e ciclooctatetraeno têm quatro e oito orbitais moleculares π, respectivamente.

Os orbitais de ligação estão totalmente ocupados para ambos os compostos, enquanto os orbitais não ligantes estão ocupados isoladamente. Os orbitais antiligantes estão vazios.

Como é evidente, a presença de elétrons π em orbitais não ligantes de alta energia torna os dois compostos instáveis e não aromáticos.

No geral, uma determinada molécula é considerada aromática quando todos os π elétrons estão emparelhados em orbitais moleculares de ligação. Compostos com elétrons em orbitais diferentes da ligação não são aromáticos.