AROMATICITA’- regola di Hϋckel

L’ aromaticità è una caratteristica posseduta da quei composti organici ciclici o policiclici planari che posseggono una struttura elettronica delocalizzata ed una particolare stabilità che ha origine dal completo riempimento degli orbitali molecolari π leganti.

In passato si indicavano come aromatici quei composti organici caratterizzati da un piacevole odore, tuttavia la definizione strutturale di aromaticità è rimasta per molto tempo piuttosto vaga, basata perlopiù su un criterio di somiglianza con il benzene, in particolare per ciò che riguardava la reattività.

Si faceva fatica a capire perchè certi composti ciclici altamente insaturi che, come il benzene, mostravano possibili formule di risonanza, non ne possedevano la stessa stabilità.

Fu il chimico teorico Hϋckel ad applicare la teoria degli orbitali molecolari ai polieni ciclici e policiclici per descrivere la configurazione elettronica dei loro sistemi π. Hϋckel evidenziò un andamento regolare prevedibile delle energie degli orbitali π: c’è un orbitale a bassa energia, un altro singolo orbitale ad energia più alta e in mezzo c’è un certo numero di coppie di orbitali degeneri. Le molecole più stabili sono però quelle che presentano un numero di elettroni che occupano tali orbitali π pari a 4n+2 (n= numero naturale zero compreso). Queste molecole molto stabili, come il benzene, hanno un assetto elettronico che ricorda quello degli atomi a guscio elettronico completo.

Quindi, nel caso del benzene, i 6 elettroni π occupano solo tutti gli orbitali leganti: uno a più bassa energia, gli altri due degeneri ad energie uguali leggermente più alte. I citati orbitali molecolari sono a più bassa energia degli orbitali p di partenza,mentre gli orbitali π* (antileganti) rimangono vuoti.

aromaticità del benzene
Benzene- orbitali π

In definitiva con Hϋckel la definizione di aromaticità assume ,in particolare, un significato legato all’assetto elettronico della molecola.

L’ applicazione della regola di Hϋckel si basa sul contemporaneo verificarsi di queste condizioni:

  • Struttura ciclica e planare
  • Presenza di un orbitale p su ciascun atomo dell’anello perpendicolare al piano
  • Un numero di elettroni in tali orbitali p complessivamente pari a 4n+2 (con n numero naturale, zero compreso)

La figura che segue riporta un esempio di applicazione della regola al cicloeptatriene

applicazione della regola di Huckel
Cicloeptatriene e catione cicloeptatrienilico

Notiamo che il carbonio dell’anello recante carica positiva è ibridato sp2 , quindi c’è un orbitale p vuoto  perpendicolare al piano. Questo garantisce     l’ effettiva delocalizzazione elettronica, come nel benzene.

Chimitutor -28 Maggio 2018