L’aromaticitat en sistemes esfèrics de capa oberta. La regla 2N2+2N+1

Investigadors de l’Institut de Química Computacional de la Universitat de Girona han proposat una extensió de la regla d’aromaticitat de Hirsch per sistemes esfèrics capa oberta (Chem Comm. 2011, 47, 11.647-11.649).

La famosa regla d’Hückel permet estimar si una molècula cíclica conjugada té propietats aromàtiques. Quan la molècula posseeix 4N+2 electrons π és aromàtica i quan té 4N electrons π és antiaromática. La regla d’Baird representa una extensió de la regla de Hückel per a sistemes capa oberta. Així, d’acord amb la regla de Baird, l’estat triplet més baix en energia d’un sistema de 4N electrons π és aromàtic i el d’un sistema de 4N+2 electrons π és antiaromàtic. L’estabilitat extra dels sistemes Hückel de 4N+2 electrons π prové de la seva configuració electrònica capa plena, mentre que l’estabilitat dels sistemes Baird de 4N electrons π la proporciona una capa semiplens amb electrons del mateix espín.

El 2000 Andreas Hirsch i col·laboradors varen trobar una regla per predir l’aromaticitat dels sistemes esfèrics, coneguda com la regla 2(N+1)². Seguint la mateixa filosofia utilitzada per Baird per estendre la regla de Hückel a sistemes capa oberta, els autors d’aquest treball proposen ampliar la regla de Hirsch a sistemes esfèrics capa oberta. Així, els compostos de simetria esfèrica que omplin fins a la meitat el nivell d’energia més alt amb electrons del mateix espín, és a dir, aquells amb 2N²+2N+1 electrons i espín N + ½, haurien de ser aromàtics. Estudis computacionals basats en l’anàlisi dels índexs de deslocalització multicèntrics, l’anàlisi de la geometria dels sistemes, i càlculs de desplaçament químic independent del nucli, NICS per les seves sigles en anglès, avalen aquesta hipòtesi i demostren que sistemes com el C₆₀¹⁹⁺ (S = 9 / 2) i C₆₀^1-(S = 11 / 2) tenen un caràcter clarament aromàtic (Figura 1). Aquesta nova regla de aromaticitat podria resultar una eina útil per al desenvolupament d’imants moleculars.