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Hückel-MO: Aromaten, Hückel-Regel

Stabilität und Hückel-Regel

Hückel-Regel
Ein Aromat (aromatisch stabilisiertes Molekül) ist ein monocyclisches, planares π-System mit (4n + 2) π-Elektronen. Die Stabilität (des Singulett-Grundzustandes) wird durch doppelte Besetzung aller verfügbaren bindenden MOs erreicht.

Beispiele: n=0: 2 π-Elektronen: Cyclopropenyl-Kation n=1: 6 π-Elektronen: Benzol, Cyclopentadienyl-Anion (planar) n=2: 10 π-Elektronen: [10]Annulen ... Keine Aromaten sind z.B. Butadien (4 π-Elektronen, verzerrt) und Cyclooctatetraen (8 π-Elektronen, nicht planar)

Hückel-Resonanzenergie
Die Hückel-Resonanzenergie (Delokalisierungs-Energie) gibt die aromatische Stabilisierung im Vergleich zu einer hypothetischen monocyclischen Verbindung mit isolierten Doppelbindungen an und ist definiert als:
E Res = E π - ( α i b i ) - ( β i b i ) ,
wobei b i die Besetzungszahl des i -ten HMOs und E π = i b i ε i die π-Gesamtenergie ist.
Hinweis
Neben dieser quantenmechanischen Definition der Resonanzenergie als gesamte π-Elektronen-Delokalisierung gibt es noch weitere Definitionen, z.B. thermochemische.

Beispiel Benzol: Die π-Gesamtenergie E π beträgt 6 α + 8 β . Damit ergibt sich für die Hückel-Resonanzenergie von Benzol: E Res = (6 α + 8 β ) - 6 α - 6 β = 2 β . Das heißt: Benzol ist im Vergleich zu einem hypothetischen Cyclohexatrien mit isolierten Doppelbindungen um 2 β aromatisch stabilisiert.

Zur Problematik des Begriffs Aromatizität: In obiger Definition eines Aromaten über die Hückel-Regel werden üblicherweise als aromatisch bezeichnete Polycyclen wie Naphthalin und Anthracen nicht erfasst (da es sich nicht um Monocyclen handelt). Ein weiteres wichtiges Konzept zur Definition von Aromatizität ist das des Ringstroms: der durch die cyclische Elektronenbewegung induzierte Ringstrom führt zu 1 H-NMR- Signalen bei tieferem Feld (höheren δ-Werten), z.B. Benzol: δ = 7,26 ppm, aber Ethen: δ = 5,28 ppm.

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