芳香性

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两种不同的共振形式的苯(上部)结合产生一种平均结构(底部)

芳香性是一种化学性质,有芳香性的分子中,由不饱和键、孤对电子和空轨道组成的共轭系统具有特别的、仅考虑共轭时无法解释的稳定作用。可以将芳香性看作是环状离域和环共振的体现。一般认为在这些体系中的电子,可以自由在由原子组成的环形结构上运动(离域),这些环形结构含有单键和双键相间,离域的结果是环键的键级趋于均化,给予体系稳定作用。

芳香性的理论最初由凯库勒发展出来,是以六元的分子为原型建立起来。理论中的有两个共振形态,并有单键和双键相间,但理论上的两种苯(环己三烯)衍生物的这类异构体在实际上无法检测或分离出来,苯事实上是这两个异构体的“杂化体”,并且具有不考虑电子离域时无法解释的稳定性。

理论[编辑]

苯环

右上图中的双箭头于化学中代表共振的意思,但不代表该分子会变成那两个形态,反而是指该分子处于该两个形态的混合状态。事实上,那两个形态都不能代表分子实际的形态,但指出了电子大概的分布。由此可见,分子真实的形态就是那两个形态的融合,而它所发出的电磁波波长就是该两个形态所发出的平均长度。

用组成π键的电子密度分布的位置,来更准确地解释就是电子分布在分子的环的上、下。

历史[编辑]

凯库勒最初在苯之中发现芳香性这特性,其后于1931年才有人以量子力学来解释此现象。当年亦证实芳香性之中的π电子的数量必定是4n+2的定律,并肯定芳香族分子的环必定是平面的。

芳香性化合物的特征[编辑]

被分类为芳香性的化合物通常有以下的条件:

  1. 有一些离域电子组成一些π键,并且令整个环系统可以当成单与双键的组合;
  2. 给出离域电子形成π键的原子需处于同一个平面;
  3. 原子需组成一个环;
  4. 组成π键的电子总数需为 4n+2,即不是4的倍数的双数(休克尔规则);
  5. 可进行亲电芳香取代反应亲核芳香取代反应

苯就是一个较好的例子,它适合以上所有条件,并且有6个离域电子(即n=1)。有4n+2个π电子的化合物通常都是芳香性的。环丁二烯只有4个离域电子,所以不属于芳香性化合物。这些只有4n个π电子而又具近似平面结构的环状化合物称为反芳香性化合物。

非芳香族的有机物就叫做脂肪族,脂肪族没有芳香族具有的特殊的共振稳定作用。在受到与平面垂直的外磁场作用时,离域的π电子环电流产生的感应磁场可将整个空间划分为屏蔽区与去屏蔽区,可在核磁共振结果上显示出来。

在商业中最重要的芳香化合物就是甲苯,每年产量极高。从石油中得到的苯和甲苯可用来做其他极有用的日用品材料,包括苯乙烯苯酚苯胺尼龙

芳香性化合物的分类[编辑]

芳香性化合物大致可分为:简单的芳香化合物、多环芳香化合物杂环化合物

杂环化合物[编辑]

杂环化合物之中组成环的原子不仅包括,还包括等原子,例如五元的吡咯呋喃噻吩、六元的吡啶、多环的吲哚喹啉等。

多环芳香化合物[编辑]

多环芳香化合物中有一类多环芳香烃,其分子由超过一个不包含杂环或取代基的芳香环融合在一起并同时分享两个碳原子所组成,当中有一些是致癌物质。例子有

简单的芳香化合物[编辑]

芳香烃有大量的有机化合物的结构当中都包含简单的芳香环,例如DNA(包含嘌呤嘧啶等)、三硝基甲苯(含苯环)、乙酰水杨酸(含苯环)和对乙酰氨基酚(含苯环)等。

参考文献[编辑]

参见[编辑]