芳香性与休克尔规则

苯与环辛四烯

当将环辛烯氢化为环辛烷时，会释放96 kJ mol⁻¹的能量，而将环辛四烯氢化时，则会释放410 kJ mol⁻¹的能量，后者数值近似等于前者的四倍。然而，由环己烯得到环己烷的氢化热为120 kJ mol⁻¹，但苯在氢化时只给出 208 kJ mol⁻¹，远低于用环己烯数值的三倍。因此，苯具有一些环辛四烯所没有的，给它带来了额外稳定性的东西，这种额外的稳定性就是苯所具有的芳香性。

苯的分子轨道

苯最低能的分子轨道ψ1，没有波节，所有轨道都同相结合；次低能的分子轨道具有一个节面，这个节面可以以两种方式排列，它既可以穿过键也可以穿过原子，这样会得到两条具有相同能量的不同分子轨道，我们可以把它们都称作ψ2；同样，排列两个节面也有两种方式，于是也有两条简并的分子轨道ψ3；能量最高的的分子轨道ψ4会具有三个节面，这意味着所有p轨道异相重叠。苯的六个π电子整齐地进入最低能的三个成键轨道中。

其它环状烃的π分子轨道

观察苯的能级图，其整体布局是顶点向下的正六边形。事实证明，任何p轨道规则的环状排列所得的分子轨道的布局，都是顶点向下的正多边形。水平线（红色）代表p轨道本身的能量，任何在此线上的能级都代表非键分子轨道。所有能级低于此线的分子轨道都是成键轨道，高于此线的分子轨道都是反键轨道。

分子轨道和芳香性

苯具有六个π电子，这意味着它所有的三个成键分子轨道都被完全占据，给出闭壳层的结构。虽然环辛四烯有八个电子，但它们却不能如此整齐地填入轨道。其中六个电子会填入成键轨道，但还剩下两个电子，它们必须进入简并的一对非键轨道。平面形环辛四烯不具有苯所具有的闭壳层结构，因此它的共轭并没有带来足够抵消平面形张力的稳定性，因此环辛四烯还是采取了避免不利电子排列的、有定域键的浴缸形状。

休克尔规则

具有(4n+2)个π电子的平面形、完全共轭的单环体系具有全部填在成键轨道中的电子闭壳层，并且格外的稳定，我们称这样的体系是芳香性的；类似的具有4n个π电子的体系被称为是反芳香性的，以上就是休克尔（Hückel）规则。

六以后的下一个(4n+2)数字是十，因此我们会推测所对应的环状烯烃，[10]轮烯也是芳香的，然而其具有五根顺式双键，如果保持平面形，键角为144˚，环张力太大。因此[10]轮烯即便有十个π电子，但不会采取平面形，不具有芳香性。[18]轮烯同样是(4n+2)π电子体系(n=4)，它会采取平面形构象，而且是芳香性的，反–反–顺的双键排列方式使所有键角都可以为120˚。[20]轮烯大概也能形成平面形，但由于它是4nπ电子体系，平面形结构也获得不了芳香性，因而它的结构不是平面的，显示出定域的单双键。

Hückel规则能帮我们预测和理解大量其他体系芳香的稳定性。比如环戊二烯具有两根共轭双键，但它的环中包含一个sp3碳，因此共轭体系并非环状。不过，这个化合物相对容易被去质子，并给出一个所有键长都相同的非常稳定的阴离子。

参考资料：Jonathan Clayden etal., Organic chemistry