基本介紹
- 中文名：休克爾規則／4n＋2規則／Hückel規則
- 外文名：Hückel's rule
- 別稱：有機化學的經驗規則
- 提出時間：1931年
- 人物：休克爾
- 相關性質：芳香性
簡介,規則作用,規則原理及證明,規則不足之處,
簡介
隨著磁共振實驗方法的出現，對決定一化合物是否具有芳香性起了重要的作用，並對芳香性的本質有了進一步的了解。因此芳香性更廣泛的含義為：分子必須是共平面的封閉共軛體系；鍵發生了平均化；體系較穩定（有較大的共振能）；從實驗看，易發生環上的親電取代反應，不易發生加成反應；在磁場中，能產生感磁環流；從微觀上看，π電子數符合4n+2規則。
規則作用
1.特點分子的分析
從休克爾規則我們可以得知，具有芳香性的通常是具有如下四個特點的分子：
（1）它們是包括若干數目π鍵的環狀體系（π電子總數必須等於4n+2，其中n為自然整數（注意n不是指環碳原子數））；
（2）它們具有平面結構，或至少非常接近平面（平面扭轉不大於0.1nm）；
（3）環上的每一個原子必須是sp2雜化（某些情況也可以是sp雜化）；
（4）環上的π電子能夠發生離域。
2.分子具有芳香性的標誌
分子具有芳香性的標誌是：
規則原理及證明
具有芳香性原因
為什麼4n+2個π電子平面單環共軛體系才具有芳香性呢？從分子軌道能級計算發現，當平面單環體系中的成鍵軌道數目為2 n+1時，如果有4n+2個π電子剛好能給滿成鍵軌道，從而具有類似惰性氣體的電子排布，而將具有最大的成鍵能而變得穩定，平面或接近平面， 電子的離域才有效；當環上的原子存在空間的排斥作用而破壞環的平面時，4n+2規則不適用。
在單環共軛多烯分子中，π電子數目符合4n+2規則具有芳香性的原因 ，可以這種體系的分子軌道能級圖得到答案。在單環共軛多烯體系的分子軌道能級圖中，都有能量最低的成鍵軌道和能量最高的反鍵軌道。對於能量最高的反鍵軌道，在p軌道是單數時有兩個（簡併軌道）；在p軌道是雙數時，只有一個。其它那些能量較高的成鍵軌道和反鍵軌道或/和非鍵軌道都是兩個（簡併的）。根據休克爾理論，當成鍵軌道充滿電子時，它們具有與惰性氣體相似的結構，因此體系趨向穩定，除能量最低的成鍵軌道需要2個電子充滿外，其它能量較高的兩個成鍵軌道或/和非鍵軌道需要4個電子才能充滿，即只有（4n+2）個π電子才能充滿這些軌道，使體系處於穩定，而具有芳香性。
證明
休克爾4n+2規則可用微擾分子軌道理論即PMO法從理論上加以證明。
在休克爾規則的啟示下，近二十年合成了芳香體系的化合物，於是出現了一系列非苯芳烴，及一些不含苯環結構，但具有一定程度的芳香性的烴，稱為非苯芳烴。
2. 環丁烯基雙負離子 它的π電子數等於6，環上的四個碳位於一個平面內，符合休克爾4n+2（n=1）規則，有芳香性。
3. 環辛三烯雙正離子 它的π電子數等於6，分子形狀是平面八邊行，符合休克爾4n+2（n=1）規則，有芳香性。
4. 環壬四烯負離子 它的π電子數等於10，環上碳原子近似於一個平面，符合休克爾4n+2（n=2規則，有芳香性。
7. 蘭烴（又名阿族啉）是少數共軛駢聯非苯烴，有芳香結構。此芳烴經X射線和電子衍射法測量它的鏈長大致相近而不相等，有較大的偶極距（1.08D），指出兩個環的電荷不等環庚三烯帶正電荷，環戊二烯帶負電荷，彼此由電荷的“去”和“得”，而得到穩定。
8.環戊二烯負離子當環戊二烯懸浮於苯中的金屬鈉或鎂作用時形成環戊二烯金屬化合物，它在液態氨中有明顯的導電性，證明了環戊二烯負離子的存在。環戊二烯負離子的π電子數目為兩個雙鍵上的四個和亞甲基上的兩個，形成環狀六個π電子體系，符合休克爾4n+2規則，現已證明它是一個平面的對稱體系。從分子軌道理論計算結果，環戊二烯負離子是一個滿電子構型體系，所以具有芳香性。
11.薁（yu，音“欲”）它是一個五元環的環戊二烯和七元環的環庚三烯稠合而成的。π電子數為10，符合休克爾4n+2規則，因此它具有芳香性。
12. 環十八碳九烯—[18]輪烯它有十八個π電子，符合爾4n+2規則。。此芳烴經X射線證明，環中碳碳鍵長几乎相等，整個分子幾乎處於一個平面上，扭轉不大於0.1nm。說明輪內氫原子的排斥力很弱，它也具有一定的芳香性。
同芳香性
規則不足之處
判別環狀共軛體系芳香性的休克爾規則一般適用於單環共軛烴。對於多環共軛體系，有的適用有的不適用。例如芘(1)、蔻(2)和偶苯(3)，它們的 π電子數分別為16、24和12，都不符合休克爾規則，但它們都是芳香性的。而丁搭烯(4)、二環[6，2，0]癸五烯(5)和辛搭烯(6)，它們的π電子數分別為6、10、14，在不考慮分子的非平面性時，它們都符合休克爾規則，似乎應該是芳香性的。但是(4)、(5)、(6)卻不是芳香烴。
多環共軛體系
多環共軛體系