1 개요
- Hückel's rule
- 휘켈 규칙
- 반대로 4n개의 원자를 가지면 반방향족성을 띔
- 고리는 평면이어야 하고, p 오비탈을 따라 전자가 비편재화될 수 있어야 함
- 나프탈렌과 같은 물질은 분자 구조에서 분자 전체의 탄소를 한번씩 지나도록 고리로 연결할 수 있으므로, 다환방향족탄화수소이지만 휘켈 규칙이 적용됨
2 예외
- 사이클로도데카펜타엔과 같이 평면 구조를 가지려면 결합각 무리가 너무 커지는 분자는 방향족이 아님
- 파이렌이나 코로넨과 같이 방향족 고리 3개에 둘러싸인 원자가 있는 분자에는 적용되지 않음.
- 짝수개의 고리가 각각 개별적으로 4n+2 규칙을 만족해 방향족을 띌 수 있는 경우 분자 전체는 4n개의 pi 전자를 가지고 있어도 방향족이 될 수 있음.
- 분자가 뫼비우스의 띠 형태를 띈 분자는 4n일때 방향족이 됨.
- 휘켈 규칙은 단일항 분자에 한정됨. 삼중항 분자는 베어드 규칙에 의거하여 4n 전자일 때 전자가 분자 전체에 비편재화됨.
3 이론적 설명
- 고리 콘주게이션 분자의 분자 오비탈을 계산해보면 바닥 상태에 하나, 그 위 상태에 에너지마다 각각 2개씩의 축퇴된 분자 오비탈이 존재함.
- 4n+2개의 전자를 가진 화합물은 특정 에너지 준위까지의 오비탈이 모두 차므로 비편재화됨
- 4n개의 전자를 가진 화합물은 에너지가 같은 준위의 오비탈이 하나씩 들어차는데, 축퇴된 각각의 오비탈에 하나씩 차는 것이 안정함.
- 휘켈법에 의한 계산을 해보면, 4n개의 전자를 가진 화합물은 공명 안정화 에너지가 크지 않음(사이클로뷰타다이엔에서는 0)
- 얀-텔러 효과에 의해 찌그러지면 축퇴된 오비탈 중 하나는 에너지가 낮아지고, 하나는 에너지가 높아짐.
- 따라서 일반적으로 2개의 축퇴된 오비탈에 전자가 하나씩 차는 것보다 분자가 찌그러지는 것이 더 안정함
- 사이클로옥타테트라엔은 공명 안정화 에너지가 어느정도 존재하기는 하나, 결합각을 135도로 벌리기 위해 상당한 에너지가 소모됨.
- 따라서 방향족성을 띄지 않음
- 사이클로옥타테트라엔 2가 음이온은 방향족성이 아니라고 가정할 때의 편재화된 상태에서는 3개의 이중결합밖에 형성할 수 없으므로, 방향족성을 띄는 평면 구조가 상대적으로 안정해져서 방향족 구조를 가짐.
4 같이 보기
5 참고 자료
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