Sifat Aromatik Menurut Teori Huckel

Pada tahun 1931, kimiawan Jerman dan fisikawan Erich Hückel mengusulkan aturan untuk menentukan apakah molekul cincin planar akan memiliki sifat aromatik. Aturan ini menyatakan bahwa jika, molekul planar siklik memiliki 4+ 2 = π elektron, itu adalah aromatik . Aturan ini dikenal sebagai aturan Huckel.

Empat Kriteria untuk Aromatisitas
Ketika memutuskan apakah senyawa aromatik, pergi melalui daftar berikut. Jika senyawa tidak memenuhi semua kriteria berikut, kemungkinan tidak aromatik.
1
Molekul adalah siklik (cincin atom)
2
Molekul adalah planar (semua atom dalam molekul pada bidang yang sama)
3
Molekul sepenuhnya terkonjugasi (p orbital pada setiap atom di atas ring)
4
Molekul ini memiliki 4+ 2 = π elektron (n = 0 atau bilangan bulat positif)
Mengapa 4n + 2 π Elektron?
Menurut Huckel tentang Teori Orbital Molekul, senyawa ini sangat stabil jika semua orbital ikatan molekul diisi dengan elektron berpasangan. Hal ini berlaku dari senyawa aromatik, yang berarti mereka cukup stabil. Dengan senyawa aromatik, 2 elektron mengisi energi terendah orbital molekul, dan 4 elektron mengisi setiap tingkat energi berikutnya (jumlah tingkat energi berikutnya dilambangkan dengan n), Meninggalkan semua orbital ikatan yang terisi dan tidak ada orbital anti-ikatan diduduki. Hal ini memberikan total 4+ 2 = π elektron. Anda dapat melihat bagaimana ini bekerja dengan diagram orbital molekul untuk senyawa aromatik, benzena, di bawah ini.

Gambar 1: Tingkat Orbital Molekul untuk Benzene

Benzene memiliki 6 π elektron. 2 π elektron pertama mengisi orbital dengan energi terendah, dan memiliki 4 π elektron yang tersisa. 4 π elektron mengisi orbital dari tingkat energi yang lebih tinggi. Perhatikan bagaimana semua orbital ikatan yang diisi, namun tidak satupun dari orbital anti-ikatan memiliki elektron apapun.
4n + 2 = 6
4n = 4
n = 1
Untuk benzena, kami menemukan bahwa n = 1, yang merupakan bilangan bulat positif, sehingga aturan terpenuhi.

Bagaimana Bisa Mengatakan Elektron mana yang termasuk π Elektron?
Mungkin bagian terberat dari Peraturan Huckel ini adalah mencari tahu mana elektron yang sebenarnya termasuk π elektron. Aturan ini cukup mudah. π elektron terletak pada p orbital . Sp 2 hibridisasi atom memiliki 1 p orbital masing-masing. Jadi jika setiap molekul dalam senyawa siklik adalah hibridisasi sp2, ini berarti molekul sepenuhnya terkonjugasi (memiliki 1 p orbital pada setiap atom), dan elektron di orbital p ini adalah π elektron. Cara mudah untuk mengetahui apakah atom hibridisasi sp2 adalah untuk melihat apakah ia memiliki 3 atom terpasang dan tidak ada pasangan elektron.  Dalam senyawa hidrokarbon siklik dengan ikatan tunggal dan ganda, masing-masing karbon melekat 1 hidrogen dan 2 karbon lainnya. Oleh karena itu, setiap karbon hibridisasi sp2  dan memiliki p orbital. (pasti bingung ya? Saya pun juga bingung memberikan penjelasannya hehe). Mari kita lihat contoh sebelumnya yaitu benzena:


Setiap ikatan ganda (π bond) selalu memberikan kontribusi 2 π elektron. Benzene memiliki 3 ikatan rangkap, sehingga memiliki 6 π elektron.

Aromatik Ion
Aturan Huckel juga berlaku untuk ion. Selama senyawa memiliki 4n + 2 π elektron, tidak masalah jika molekul netral atau memiliki muatan. Misalnya, anion cyclopentadienyl adalah ion aromatik. Bagaimana kita tahu bahwa itu sepenuhnya terkonjugasi? Artinya, bagaimana kita tahu bahwa setiap atom dalam molekul ini memiliki 1 p orbital? Mari kita lihat angka berikut. Karbon 2-5 yang hibridisasi sp2  karena mereka memiliki 3 atom yang melekat dan tidak memiliki pasangan elektron menyendiri. Bagaimana karbon 1? Aturan sederhana lain untuk menentukan apakah atom hibridisasi sp2 adalah jika atom memiliki 1 atau lebih pasangan mandiri dan melekat ke atom hibridisasi sp2, maka bahwa atom adalah hibridisasi sp2 juga. Oleh karena itu, karbon 1 memiliki p orbital. Cyclopentadienyl anion memiliki 6 π elektron dan memenuhi 4n + 2 aturan.


Senyawa Aromatik Heterosiklik
Sejauh ini, Anda telah menemukan banyak cincin karbon homocyclic, tetapi senyawa dengan unsur-unsur selain karbon dalam cincin juga bisa aromatik, selama mereka memenuhi kriteria untuk Aromatisitas. Molekul-molekul ini disebut senyawa heterosiklik karena mengandung 1 atau lebih atom yang berbeda selain karbon dalam cincin. Sebuah contoh umum adalah furan, yang berisi sebuah atom oksigen. Kita tahu bahwa semua karbon di furan hibridisasi sp2. Tetapi apakah atom oksigen hibridisasi sp2? Oksigen memiliki setidaknya 1 pasangan elektron tunggal dan melekat ke atom hibridisasi sp2, sehingga hibridisasi sp2 juga. Perhatikan bagaimana oksigen memiliki 2 pasang elektron. Berapa banyak dari elektron yang tersedia merupakan π elektron? atom hibridisasi sp2 hanya memiliki 1 p orbital, yang hanya bisa menampung 2 elektron, sehingga kita tahu bahwa 1 pasangan elektron dalam orbital p, sementara pasangan lainnya adalah dalam orbital sp2. Jadi, hanya 1 oksigen ini 2 pasangan elektron menyendiri yang dianggap  π elektron (jangan pusing, maksdnya terdapat 2 π elektron). Furan memiliki total 6 π elektron dan memenuhi aturan 4n + 2.