17.8: Круги Фроста для различных сопряженных систем

Метод вписанного многоугольника согласуется с правилом Хюккеля 4n + 2 и помогает узнать, является ли данное циклическое соединение ароматическим или нет. Соединение является стабильным и ароматическим, если каждая связывающая молекулярная орбиталь (МО) полностью заполнена парой электронов. Однако, если несвязывающие или разрыхляющие орбитали заполнены электронами, соединение нестабильно и не ароматично. Рассмотрим круговые диаграммы Фроста для циклоалкенов, содержащих от 4 до 8 атомов углерода.

Глядя на круги Фроста, можно заметить, что число связывающих МО всегда нечетно, а необходимое количество π-электронов в связывающей МО равно либо 2, либо 6. Число электронов полностью удовлетворяет правилу ароматичности, 4n + 2. . Следовательно, соединения с полностью заполненной связующей МО являются ароматическими.

В случае четырехчленного циклобутадиена с 4π-электронами и восьмичленного циклооктатетраена с 8π-электронами связывающие МО полностью заполнены, а каждая из несвязывающих МО занята по отдельности. Наличие электронов в несвязывающих высокоэнергетических МО делает их нестабильными и не ароматическими. Однако, пятичленный циклопентадиенильный анион, шестичленный бензол и семичленный циклогептатриенильный катион имеют 6π-электроны, а соответствующие связывающие МО полностью заняты и стабильны, поэтому они являются ароматическими.

В целом молекулы, имеющие полностью заполненные связывающие молекулярные орбитали, считаются ароматическими, тогда как соединения с электронами на орбиталях, отличных от связывающих, не являются ароматическими.

Согласно правилу Геккеля, бензол стабилен и ароматичен, в то время как циклобутадиен и циклооктатетраен нестабильны и не ароматны.

Ароматичность этих соединений можно понять из их диаграмм Frost circle.

Круг Фроста для бензола имеет шесть π молекулярных орбиталей. Все низкоэнергетические связывающие орбитали полностью заняты шестью π электронами, в то время как высокоэнергетические антисвязывающие орбитали пусты. Поэтому бензол стабилен и ароматичен.

Круги Фроста для циклобутадиена и циклооктатетраена имеют четыре и восемь π молекулярных орбиталей соответственно.

Связывающие орбитали полностью заняты для обоих соединений, в то время как несвязывающие орбитали заняты по отдельности. Антисвязывающие орбитали пустые.

Как видно, присутствие π электронов на высокоэнергетических несвязывающих орбиталях делает эти два соединения нестабильными и неароматическими.

В целом, данная молекула считается ароматической, когда все π электроны спарены в связывающих молекулярных орбиталях. Соединения с электронами на орбиталях, отличных от связывания, не являются ароматическими.