Règle de Hückel
En chimie, la règle de Hückel s'exprime ainsi :
« Un hydrocarbure est aromatique s'il est plan et s'il possède 4n + 2 électrons délocalisables dans un système cyclique (où n est un entier naturel quelconque)[1]. À titre d'exemple, le benzène qui comporte un seul cycle et 6 électrons délocalisés est un aromatique, de même que les annulènes. »
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La règle de Hückel est le critère d'aromaticité. C’est-à-dire qu'il est (de manière générale) nécessaire que la règle de Hückel soit respectée pour qu'un annulène (molécule ou ion ne possédant que des carbones insaturés (hybridés sp2)) soit dit aromatique.
Cette règle ne s'applique pas pour tous les composés polycycliques avec des cycles accolés. Par exemple, le pyrène comporte 16 électrons délocalisés sur 4 cycles (il ne respecte donc pas la règle des 4n + 2 électrons) et est aromatique. De même, le coronène est aromatique et possède 24 électrons délocalisés.
Une lacune électronique permet la délocalisation sur un cycle. De manière générale, la délocalisation des électrons est le fait de polyènes conjugués
Hydrocarbures monocycliques
La règle peut être employée pour comprendre la stabilité des hydrocarbures monocycliques pleinement conjugués (dits annulènes), ainsi que leurs cations et leurs anions.
L'exemple le mieux connu est le benzène (C6H6) avec un système conjugué de six électrons pi, ce qui égale 4n + 2 si n = 1. La molécule démontre une forte tendance à subir les réactions de substitution qui conservent le système de six électrons pi, plutôt que les réactions d'additions qui le détruiraient. La stabilité de ce système d'électrons pi est dite l'aromaticité.
L'anion cyclopentadienyl (C5H5–) avec six électrons pi est bien plus stable que soit le radical neutre cyclopentadienyl avec cinq électrons pi, soit son cation avec quatre[1]. De même le cation tropylium (C7H7+) possède six électrons pi, ce qui explique qu'il est plus stable que soit le radical cycloheptatrienyl radical (C7H7•) soit son anion[1].
Le [18]annulène est un exemple avec n = 4 et alors 4n + 2 = 18. Il est une molécule stable conforme à la règle de Hückel, dont la synthèse est effectuée en 1988[2].
Les molecules planes en anneau qui possèdent 4n électrons pi ne sont pas conformes à la règle de Hückel, et la théorie prédit qu'elles sont moins stables avec des états fondamentaux triplets et deux électrons non-appariés. En pratique ces molécules sont déformées et ne sont pas polygones plans réguliers. Le cyclobutadiène (C4H4) avec quatre électrons pi n'est stable qu'aux températures inférieures à 35 K et possède une géométrie rectangulaire plutôt que carrée[1]. Le cyclooctatétraène (C8H8) avec huit électrons possède une géométrie non-plane en forme de baignoire. Cependant le dianion C8H82– avec dix électrons pi est conforme à la règle de 4n + 2 si n = 2; cet ion est plan[1].
Références
- (en) Ira N. Levine, Quantum chemistry, Englewood Cliffs, N.J, Prentice Hall, , 4e éd., 629 p. (ISBN 978-0-205-12770-2 et 978-0-205-13010-8, OCLC 22624448), p. 559-560
- K. Stöckel and F. Sondheimer, [18]Annulene, Org. Synth., coll. « vol. 6 », , p. 68
Voir aussi
Articles connexes
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