Hückel-Regel
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Mit der Hückel-Regel, benannt nach Erich Hückel, lässt sich bestimmen, ob es sich bei einer chemischen Verbindung um ein aromatisches Molekül handelt. Sie kann aus der umfassenderen Hückel-Näherung abgeleitet werden.
Ein cyclisch durchkonjugiertes Molekül ist mit 4n+2 π-Elektronen (einer geraden Zahl von Elektronenpaaren) besonders stabil und wird als Aromat bezeichnet. Bei 4n π-Elektronen (einer ungeraden Zahl von Elektronenpaaren) ist es instabil und wird als Antiaromat bezeichnet. Für n sind dabei positive, ganze Zahlen, einschließlich der Null einsetzbar (n = 0, 1, 2, 3,…).
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[Bearbeiten] Beispiele
[Bearbeiten] Kohlenwasserstoffe
Das wichtigste Beispiel ist Benzen (Benzol), das mit 6 π-Elektronen (n=1) die Regel erfüllt und als 6-eck außerdem den idealen Bindungswinkel für sp2-hybridisierte Kohlenstoffe bildet. Polycyclische (kondensierte) Aromaten entstehen, wenn man ein oder mehrere Male weitere 4 Kohlenstoffatome an einer Kante hinzufügt, für sie gilt allerdings die Hückelregel nicht mehr (siehe Einschränkungen).
[Bearbeiten] Heteroaromaten
Aromatische Verbindungen, die nicht nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, werden als Heteroaromaten bezeichnet. Sie können 5-er oder 6-er Ringe sein. Bei 5-er Ringen (z. B. Pyrrol, Furan) stellt das Heteroatom ein ganzes freies Elektronenpaar zur Verfügung. Bei 6-er Ringen (z. B. Pyridin) zeigt das freie Elektronenpaar des Heteroatoms nach außen.
Zu beachten ist, dass aufgrund der beschriebenen Bindungsverhältnisse der Stickstoff in Pyrrol an einen Wasserstoff gebunden ist, in Pyridin jedoch nicht. Ungeladene, cyclisch konjugierte 6-er Ringe mit Sauerstoff oder Schwefel sind gar nicht möglich.
[Bearbeiten] Aromatische Ionen
Das Cyclopropenium-Kation und das Cyclopentadienyl-Anion erfüllen mit 2 (n=0) bzw. 6 (n=1) π-Elektronen die Hückel-Regel. Sie sind daher für Ionen besonders stabil. Cyclopentadienyl ist ein wichtiger einfach negativ geladener Ligand in der Organometallchemie.
Ein Beispiel für heteroaromatische Ionen ist das Pyrylium-Kation (n=1), das zur Gruppe der Oxoniumionen gehört. Verbindungen mit substituierter Pyryliumstruktur kommen auch in der Natur vor, zum Beispiel in den Anthocyanen.
[Bearbeiten] Einschränkungen
Die Hückel-Regel gilt nur für monocyclische Moleküle. Nur dort kann die Hückel-Näherung eine allgemeine Aussage machen, da sich die Energieschemata dieser Verbindungen (Musulin-Frost-Diagramm) besonders leicht berechnen lassen. Sie trifft keine Aussage über Systeme mit mehreren Ringen, z. B. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).
Folgende PAKs verhalten sich gemäß der Hückelregel: Naphthalen (10 e−), Anthracen (14 e−), Phenanthren (14 e−).
Folgende PAKs verhalten sich entgegen der Hückelregel: Pyren (16 e−), Benzpyren (20 e−), Biphenyl (12 e−), Fluoranthen (16 e−).
