Ο κανόνας του Huckel

Εισαγωγή: 

Ο Erich Huckel, ένας Γερμανός χημικός και φυσικός, δημοσίευσε μια θεωρία το 1931 που θα μπορούσε να βοηθήσει να καθοριστεί εάν ένα μόριο επίπεδου δακτυλίου έχει αρωματικές ιδιότητες. Σύμφωνα με τον κανόνα του, ένα 

Το αρωματικό μόριο είναι κυκλικό και επίπεδο και διαθέτει 4n+2 π ηλεκτρόνια. Ο κανόνας του Huckel ονομάστηκε

μετά από αυτόν.

Τώρα,

Ας κατανοήσουμε τον ορισμό του κανόνα του Huckel, ο κανόνας του Huckel είναι μια σειρά μεθόδων για τον προσδιορισμό του εάν ένα μόριο είναι αρωματικό, αντι-αρωματικό,

ή μη αρωματικά με βάση τον αριθμό των ηλεκτρονίων (Ν) και τη φυσική διαμόρφωση του συστήματος δακτυλίου. Μέσα στα τροχιακά p, τα ηλεκτρόνια pi περιγράφονται ως ηλεκτρόνια που συμμετέχουν σε δεσμούς pi ή μεμονωμένα ζεύγη. Ένα μόριο πρέπει να έχει έναν συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων pi μέσα σε έναν κλειστό βρόχο παράλληλων, γειτονικών τροχιακών p για να είναι αρωματικό. Το πλήθος ηλεκτρονίων pi-ηλεκτρονίου ορίζεται ως μια σειρά από τιμές που σχηματίζονται πολλαπλασιάζοντας το 4n+2 με οποιονδήποτε θετικό ακέραιο (δηλαδή, n =0, 1, 2, κ.λπ.). Ο κανόνας του Huckel είναι το όνομα αυτού του κανόνα. Χρησιμοποιείται για να προσδιοριστεί εάν ένα επίπεδο μόριο ή ιόν σε σχήμα δακτυλίου είναι αρωματικό. Έξι ηλεκτρόνια pi (n =1) είναι η πιο κοινή περίπτωση, η οποία μπορεί να βρεθεί στο βενζόλιο, την πυρρόλη, το φουράνιο και την πυριδίνη.

Η εξίσωση του κανόνα του Huckel

Ο κανόνας μπορεί να εφαρμοστεί σε πλήρως συζευγμένους μονοκυκλικούς υδρογονάνθρακες (γνωστούς και ως δακτυλιοειδή), καθώς και σε κατιόντα και ανιόντα τους, για να κατανοηθεί καλύτερα η σταθερότητά τους.

Μια ένωση είναι μη αρωματική εάν της λείπει ένας συνεχής δακτύλιος συζευγμένων τροχιακών p σε επίπεδη διαμόρφωση.

Τι είναι ο κανόνας 4n+2;

Όταν ο συνολικός αριθμός π Τα ηλεκτρόνια σε ένα κυκλικό μόριο σε σχήμα δακτυλίου μπορεί να είναι ισοδύναμα με τον τύπο "4n +2", όπου n μπορεί να είναι οποιοσδήποτε ακέραιος με θετική τιμή, το μόριο πρέπει  να ακολουθεί τον κανόνα Huckel (συμπεριλαμβανομένου του μηδενός).

Οι αρωματικές ενώσεις είναι πιο σταθερές από τις θεωρητικές προβλέψεις που βασίζονται σε δεδομένα υδρογόνωσης απλών αλκενίων. Αυτή η επιπλέον σταθερότητα οφείλεται σε ένα αποτοπισμένο νέφος ηλεκτρονίων που είναι γνωστό ως ενέργεια συντονισμού.

• Σε ένα  συζευγμένο  σύστημα p o τροχιακών (συνήθως  σε  sp2– υβριδισμένα  άτομα, αλλά  μερικές φορές 

sp-υβριδισμένα άτομα), το μόριο πρέπει να έχει 4n + 2 (τον λεγόμενο "αριθμό Hückel") 

ηλεκτρόνια[7](2,6, 10,…)

• Το μόριο πρέπει να είναι (σχεδόν) επίπεδο (η αναγκαιότητα για σύζευξη συνεπάγεται ότι το 

Τα τροχιακά p πρέπει να είναι σχεδόν παράλληλα και να μπορούν να αλληλεπιδρούν).

• Πρέπει να είναι ένα κυκλικό (και όχι γραμμικό) μόριο.
• Ένας συνεχής δακτύλιος από p ατομικά τροχιακά πρέπει να σχηματιστεί στο μόριο (δεν μπορεί να υπάρχει 

Τα άτομα sp3 σε αυτόν τον δακτύλιο, ούτε τα εξωκυκλικά τροχιακά p μετρούν).

Μια ένωση είναι ιδιαίτερα σταθερή εάν όλα τα συνδετικά μοριακά τροχιακά της είναι γεμάτα με ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια, σύμφωνα με τη Μοριακή Τροχιακή Θεωρία του Hückel. Οι αρωματικές ενώσεις είναι εξαιρετικά σταθερές από αυτή την άποψη.

Όταν δύο ηλεκτρόνια γεμίζουν το μοριακό τροχιακό χαμηλότερης ενέργειας και τέσσερα ηλεκτρόνια γεμίζουν κάθε επόμενο ενεργειακό επίπεδο (ο αριθμός των διαδοχικών ενεργειακών επιπέδων αντιπροσωπεύεται από n), όλα τα τροχιακά δεσμών γεμίζουν και κανένα αντιδεσμικό τροχιακό δεν καταλαμβάνεται σε αρωματικές ενώσεις. Αυτό προσθέτει έως και 4n+2 ηλεκτρόνια συνολικά. Το βενζόλιο είναι μια ένωση έξι ηλεκτρονίων. Του απομένουν 4 ηλεκτρόνια αφού τα αρχικά 2 ηλεκτρόνια γεμίσουν το τροχιακό χαμηλότερης ενέργειας. Τα τροχιακά του επόμενου ενεργειακού επιπέδου συμπληρώνονται από αυτά τα τέσσερα.

Abstract Knowledge:Σε αυτό το μέρος, θα κατανοήσουμε κάποιες αφηρημένες γνώσεις για την αρωματική ένωση. Λόγω των αρνητικών τους επιπτώσεων στο περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία, οι αρωματικές χημικές ουσίες και το αμμώνιο ταξινομούνται ως ρύποι προτεραιότητας. Υψηλές ποσότητες αυτών των χημικών ουσιών απελευθερώνονται συχνά σε βιομηχανικά και αστικά λύματα. Διάφορες έρευνες έχουν δείξει ότι οι μικροβιακές κοινοπραξίες μπορούν να απομακρύνουν αρωματικές χημικές ουσίες και αμμώνιο πλήρως και ταυτόχρονα, ωστόσο, η διαδικασία νιτροποίησης μπορεί να παρεμποδιστεί από μηχανισμούς αναστολής, τοξικότητας ή/και αδρανοποίησης υπό ορισμένες συνθήκες λειτουργίας. Οι ερευνητές μπόρεσαν πρόσφατα να βρουν μια ευρεία ποικιλία μικροβίων ικανών να αποσυνθέτουν αρωματικές ενώσεις που υπάρχουν στα μέσα καλλιέργειας μετά τις πρόσφατες εξελίξεις στη μοριακή βιολογία.

Σημείο που πρέπει να θυμάστε:

• Ο κανόνας του Huckle καθορίζει εάν ένα μόριο επίπεδου δακτυλίου έχει αρωματικές ιδιότητες.

• Ένα αρωματικό μόριο είναι κυκλικό και επίπεδο και διαθέτει 4n+2 π ηλεκτρόνια.

•     Μια ένωση είναι μη αρωματική εάν δεν έχει έναν συνεχή δακτύλιο συζευγμένων τροχιακών p σε επίπεδη διαμόρφωση.

•    Το βενζόλιο είναι μια αρωματική ένωση που διαθέτει Αρωματικότητα.

• Μόνο ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο συζευγμένο σύστημα διακρίνει τις αρωματικές και αντιαρωματικές ουσίες.

• Η δομή δακτυλίου μιας αρωματικής ένωσης πρέπει να είναι ομοεπίπεδη, πράγμα που σημαίνει ότι όλα τα άτομα του δακτυλίου βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.