基本內容
芳香性判據
芳香性判據——休克爾規則
是不是具有芳香性的化合物一定要含有苯環?德國化學家休克爾而從分子軌道理論的角度,對環狀化合物的芳香性提出了如下的規則,即休克爾規則 :一個單環化合物只要具有平面離域體系,它的π 電子 數為4n+2(n=1,2,3,…整數),就有芳香性(當 n>7 時,有例外)。或者說單環、平面、閉合兀體系、具有4n+2個丌電子的化合物具有芳香性 。其中n相當於簡併的成鍵軌道和非鍵軌道的組數.苯有六個π電子,符合4n+2規則,六個碳原子在同一平面內,故苯有芳香性。而環丁二烯,環辛四烯的π電子數不符合4n+2規則,故無芳香性。
凡符合休克爾規則,具有芳香性.不含苯環的具有芳香性的烴類化合物稱作非苯芳烴,非苯芳烴包括一些環多烯和芳香離子等。
輪烯
環多烯烴 (通式CnHn)又稱作輪烯(也有人把 n≥10 的環多烯烴稱為輪烯)。環丁二烯,苯,環辛四烯和環十八碳九烯分別稱[4]輪烯,[6]輪烯,[8]輪烯和[18]輪烯.它們是否具有芳香性,可按休克爾規則判斷,首先看環上的碳原子是否均處於一個平面內,其次看 π 電子數是否符合4n+2.[18]輪烯環上碳原子基本上在一個平面內,π 電子數為 4n+2(n=4),因此具有芳香性.又如[10]輪烯,π 電子數符合 4n+2(n=2),但由於環內兩個氫原子的空間位阻,使環上碳原子不能在一個平面內,故無芳香性。
非苯芳烴及芳香性判據
芳香離子
某些烴無芳香性,但轉變成離子後,則有可能顯示芳香性。如環戊二烯無芳香性,但形成負離子後,不僅組成環的5個碳原子在同一個平面上,且有6個π電子(n=1),故有芳香性.與此相似,環辛四烯的兩價負離子也具有芳香性.因為形成負離子後,原來的碳環由盆形轉變成了平面正八邊形,且有 10 個π電子(n=2),故有芳香性。
環戊二烯負離子
其它某些離子也具有芳香性,例如,環丙烯正離子(Ⅰ),環丁二烯兩價正離子(Ⅱ)和兩價負離子(Ⅲ),環庚三烯正離子(Ⅳ)。因為它們都具有平面結構,且π電子數分別為2,2,6,6,符合4n+2(n 分別位0,0,1,1)。
具有芳香性的離子也屬於非苯芳烴。
體系
稠環體系
與苯相似,萘、蒽、菲等稠環芳烴,由於它們的成環碳原子都在同一個平面上,且π電子數分別為10和 14,符合Hückel規則,具有芳香性。雖然萘、蒽、菲是稠環芳烴,但構成環的碳原子都處在最外層的環上,可看成是單環共軛多烯,故可用Hückel規則來判斷其芳香性。
與萘、蒽等稠環芳烴相似,對於非苯系的稠環化合物,如果考慮其成環原子的外圍π電子,也可用Hückel規則判斷其芳香性。例如,薁(藍烴)是由一個五元環和一個七元環稠合而成的,其成環原子的外圍π電子有 10 個,相當於[10]輪烯,符合 Hückel 規則(n=2),也具有芳香性.薁的偶極矩為3.335×10-30C·m,其中環庚三烯帶有正電荷,環戊二烯帶有負電荷,可看成是由環庚三烯正離子和環戊二烯負離子稠合而成的,兩個環分別有 6 個電子,所以穩定,是典型的非苯芳烴。
莫比烏斯體系
與Hückel體系共軛分子芳香性不同,若將Hückel體系共軛分子,以一個端點碳原子為原點,把分子鏈上的其它碳原子,在共軛平面中作扭轉,其結果恰好使另一個端點碳原子轉動180°,然後,再將頭尾兩個碳原子相連,使之形成單環共軛多烯烴。在這類單環共軛多烯烴中,頭尾兩個碳原子的p軌道位相相反(或位相轉換數為1)。這種體系叫莫比烏斯體系。在莫比烏斯體系中,若π電子數為4n(n=0,1,2......),則形成穩定的閉殼層電子結構,分子穩定,具有芳香性。
莫比烏斯體系主要用於芳香過渡態理論.