1碳环化合物的芳香性碳环化合物的芳香性魏荣宝 陈苏战 刘秀明天津理工大学生物与化学工程学院 天津 300191摘要 本文介绍碳环化合物的芳香性，非芳香性，反芳香性，同芳香性及反同芳香性简单 判断的方法及在有机化学中的应用1 芳香性，非芳香性，反芳香性，同芳香性及反同芳香性的判断芳香性，非芳香性，反芳香性，同芳香性及反同芳香性的判断 芳烃一般具有苯环结构，它们是环状闭合共轭体系，π 电子高度离域，体系能量低， 较稳定在化学性质上表现为易进行亲电取代反应，不易进行加成和氧化反应，即具有不 同程度的芳香性是不是具有芳香性的化合物一定具有苯环？1931 年德国化学家休克尔 (Hückel)从分子轨道理论的角度，对环状多烯烃（亦称轮烯）的芳香性提出了如下规则， 即 Hückel 规则其要点是：化合物是轮烯，共平面，它的 π 电子数为 4n+2（n 为 0，1，2，3…，n 整数） ，共面的原子均为 sp2或 sp 杂化1954 年伯朗特（Platt）提出了 周边修正法，认为可以忽略中间的桥键而直接计算外围的电子数，对 Hückel 规则进行了完 善和补充但仍有一些不足之处[1]本文根据教学实践，提出了简单判断碳环化合物的芳 香性、非芳香性、反芳香性、同芳香性及反同芳香性的方法及在有机化学中的应用[2]。
1.11.1 芳香性芳香性一些稠环烃也可将之看成轮烯，画经典结构式时，应使尽量多的双键处在轮烯上，处 在轮烯内外的双键写成其共振的正负电荷形式，将出现在轮烯内外的单键忽略后，再用 Hückel－Platt 规则判断1）双键碳处在不与轮烯共用的内部，计算电子时，只计算轮烯上的电子，内部的不 记下面的化合物 A 和 D 周边分别有双键 6 个和 5 个，如此时判断他们的芳香性就会造成 错误而它们的 B 和 E 式分别有双键 7 个和 6 个，将内部的双键写成其共振的正负电荷形 式 C 和 F 后，将出现在轮烯内外的单键忽略后，用 Hückel－Platt 规则判断得 A 为芳香性 物质，而 D 不是芳香性物质ABCDEF14e12e（2）双键与轮烯直接相连，计算电子时，将双键写成其共振的电荷结构，负电荷按 22个电子计，正电荷按 0 计，内部不计如下面物质均有芳香性：14e10e6e6eOO2e6eOO6e10e2e6e（3）轮烯内部通过单键相连，且单键碳与轮烯共用，单键忽略后，下列物质萘、蒽、 菲均有芳香性：10e8e12e14e12e14e（4）轮烯外部通过单键相连，且单键碳与轮烯共用，单键忽略后，分别计算单键所连 的轮烯的芳香性，下列物质均有芳香性：31.21.2 反芳香性反芳香性 反芳香性是指化合物共平面，它的 π 电子数为 4n（n 为 0，1，2，3…，n 整数） ，共 面的原子均为 sp2或 sp 杂化的轮烯，它的稳定性小于开链烃。
如：环丁二烯环戊二烯正 离子等4e4e1.31.3 非芳香性非芳香性 非芳香性是指分子不共平面的多环烯烃，如：环辛四烯、10－轮烯、14－轮烯等 10－轮烯、14－轮烯均是由于内 H 的位阻使其不能共面HHH HH H1.4 同芳香性同芳香性 同芳香性是指共平面，它的 π 电子数为 4n＋2（n 为 0，1，2，3…，n 整数） ，共面的 原子均为 sp2或 sp 杂化的轮烯上带有不与轮烯共面的取代基或桥取代苯可看成有同芳结 构如：CH3HR10e6e14e6e1.5 反同芳香性反同芳香性 反同芳香性是指共平面，它的 π 电子数为 4n（n 为 0，1，2，3…，n 整数） ，共面的 原子均为 sp2或 sp 杂化的轮烯上带有不与轮烯共面的取代基或桥如：£« 2 在有机化学中的应用在有机化学中的应用 2.1 亲电取代反应亲电取代反应 苯环上可进行四大取代反应，该类反应均为放热反应，但反应均要加热，以保证能量 较高的反同芳中间体的生成，最后生成具有稳定结构的同芳化合物4CH3HCH3CH3Cl/AlCl3COCH3HCOCH3CH3COCl/AlCl3SO3HSO3H SO3ClHClCl2/AlCl3NO2HNO2H2SO4/HNO3·´ ͬ·¼ÖÐ ¼äÌåͬ·¼²ú Îï2.2 亲核取代反应亲核取代反应桥头卤代烃既不易发生 SN2 反应(空间位阻)，也不易发生 SN1 反应，下面结构的卤代 烃因为生成的中间体为反同芳结构不稳定，而更不易反应。
而桥上的卤原子反应迅速，因 为生成的中间体是具有芳香结构环丙稀正离子而稳定Cl++ClHH +H·´ ͬ·¼Ïã ÐÔ £¬²»Îȶ¨·¼Ïã ÐÔ £¬Îȶ¨Í¬·¼Ïã ÐÔ £¬Îȶ¨Í¬同理，3－氯环丙烯，7－氯环庚烯由于能形成芳香性中间体而稳定，该卤代烃反应活性高； 而 5－氯环戊二烯由于生成反芳结构中间体，能量高，而不易进行 SN1 反应因此，它的 反应活性低于开链的 3－氯 1，4－戊二烯[3]ClClClCl 2.3 取代苯的活性取代苯的活性 苯是最稳定的芳香化合物，但当苯环上有取代基时，苯环的稳定性下降，如第一类定 位基（苯酚）使苯环易被氧化成顺酐或醌，第二类定位基（硝基苯）使苯环易被还原成环5己烷这时可将取代苯看成是同芳结构物质因此，可以认为苯环上的取代基使苯由芳香 结构物质（稳定性好）转成了同芳结构物质（稳定性较好） ，使其稳定性下降，活性加大 一些需要将苯环破坏的物质的合成正是采用了该法，这也许可以看成同芳香性的一种应用OHV2O5/O2 OOOOONO2NH2K2Cr2O7[H]2.4 偶极矩偶极矩 一些化合物由于能形成稳定的芳香结构而产生较大的偶极矩。
如：OO2.5 酸碱性酸碱性 若共轭碱是芳香结构，则其共轭酸性较大如环戊二烯的酸性比开链戊二烯大 20 倍[3]， 而苯并环戊二烯和二苯并环戊二烯由于其共轭碱受芳香环的影响而减弱环丁烯酮由于其 共轭碱是反芳结构是个弱酸R3NÏà »¥Ó°ÏìÏà »¥Ó°ÏìËáÐÔ Ë³Ðò £º¡·¡·6¼îÐÔ Ë³Ðò £º¡·¡·OH HO·´ ·¼½á¹¹苯环有较大的电子云密度，但碱性很弱，只有在强酸中才能形成具有反同芳香性的共轭酸HHHHHHH+HH·´ ͬ·¼½á¹¹3 结论：结论：将苯看成 6－轮烯，而将之取代物看成同芳结构，认为不论是一类定位基还是第 二类定位基均活化了苯，降低了其稳定性并从另个角度解释了一些有机化学中 的问题参考文献参考文献 （1） 袁履冰 郝明 大学化学，复杂多环化合物的芳香性简单判断方法，2004 19（（4）） 49 （2） 魏荣宝编，有机化学，天津大学出版社，2003 （3 ）Isaacs N S ，物理有机化学，世界图书出版公司，1997 251。