芳香性和反芳香性
芳香性
4-tr an s
3 -tr an s
这两种结构的转变并无太大的空间障碍， 这两种结构的转变并无太大的空间障碍，键 长在1.35 1.41Å，不呈现长短交替变化。 1.35长在1.35-1.41 ，不呈现长短交替变化。但 由于环内H原子的非键排斥，该平面并不很平。 由于环内H原子的非键排斥，该平面并不很平。 因而该化合物不十分稳定。 因而该化合物不十分稳定。
heat +
cis
trans
环葵五烯不显示芳香性这一事实不能否定 Hückel的4n+2规则，因为这完全有立体因素 规则， 规则 所造成的。实验证明，若把状态(a)环内的 所造成的。实验证明，若把状态 环内的 二个H原子用亚甲基桥替代 原子用亚甲基桥替代， 二个 原子用亚甲基桥替代，环形成平面型 的萘骨架后，这类化合物具有芳香性。 的萘骨架后，这类化合物具有芳香性。
α −1.618β α + 0.618β α + 2β α − 2β
α − 1.802β α − 0.445β α + 1.247β
α − 1.414β α α + 1.414β
α + 2β
苯的共轭能为： β 苯的共轭能为：2β 注意：对于不同分子体系，其稳定化能β 注意：对于不同分子体系，其稳定化能β值是 不等的。 不等的。所以苯的电子离域能并不能简单地用 同一个β值计算。 同一个β值计算。 已经测定出：苯的电子离域能为165.5kJ/mol。 已经测定出：苯的电子离域能为 。 环丁二烯的去稳定化能为62-83 kJ/mol。 环丁二烯的去稳定化能为 。 环辛四烯分子为了避免将二个电子填入非键 轨道内，常以一种扭曲状态，即非平面， 轨道内，常以一种扭曲状态，即非平面，存 在。
芳香性和反芳香性
04 芳香性和反芳香性的研究 进展
理论研究
01
分子轨道理论
通过分子轨道理论，可以解释芳 香性分子的电子结构特点和稳定 性。
特殊电子云分布
芳香性物质具有特殊的电 子云分布，使其具有特殊 的物理和化学性质。
芳香性化合物实例
苯
最典型的芳香性化合物之一，具有平面六元环 结构，π电子数为6，符合4n+2规则。
呋喃、吡咯、噻吩
这些化合物也具有芳香性，因为它们也具有平面结构， π电子数符合4n+2规则。
环戊二烯负离子
具有10个π电子，符合4n+2规则，因此也具 有芳香性。
光谱电化学技术
光谱电化学技术可以用来研究芳香性分子在电极 表面的吸附和电子传递过程。
应用研究
分子电子器件
芳香性分子在分子电子器件领域 有广泛的应用，如分子开关、分
子导线等。
化学传感器
芳香性分子可以作为化学传感器， 用于检测气体、液体和生物分子等。
药物设计
芳香性分子在药物设计中也有应用， 如抗癌药物、抗病毒药物等。
02
分子振动光谱
03
计算化学方法
利用分子振动光谱技术，可以研 究芳香性分子的振动模式和结构 稳定性。
通过计算化学方法，可以预测和 模拟芳香性分子的电子结构和性 质。
实验研究
核磁共振谱
核磁共振谱技术可以用来研究芳香性分子的核自 旋磁矩和化学环境。
X射线晶体学
X射线晶体学可以用来解析芳香性分子的空间结构 和分子间的相互作用。
高等有机化学-第2章-芳香性讲解
归纳起来，芳香性的表现主要有三点：
1.独特的化学反应性能； 2.独特的热力学稳定性； 3.独特光谱性质（主要表现在NMR谱）。
2.2 苯的结构和共振结构式
苯具有平面正六角形结构，每两个相邻碳原子 之间的距离是一样的，分子中每个碳原子都以sp2杂 化轨道分别与一个氢和两个碳以σ键结合，三个键 之间的夹角都是120°。每个碳还剩下一个p电子， 处于和苯环平面相垂直的p轨道上，这六个轨道相 互重叠发生离域。由于苯分子的对称性，电子云平 均分布在整个环上，形成一个连续不断的大键。
船形的环辛四烯，非芳香性
平面的环辛四烯，反芳香性
[12] 轮烯，具有反芳香性，它不稳定，自发地在环内成键而成双 环。 [16] 轮烯、 [20] 轮烯、[24] 轮烯，都是反芳香性的。
一般情况下反芳香性分子是很少存在的，因为一切分子总趋 向于使自己的能量最低，因此，具有4n 电子的分子，力图使本 身不成为平面以减少反芳香性。比如环辛四烯呈船形，足以使反 芳香性消失而成为非芳香性分子。
杯烯
或
当环外双键的电子流向五元环时，五元环形成六电子 体系，而三元环失去电子成二电子体系，符合休克尔的 4n+2规则(n=1和0)而具有芳香性。能发生亲电取代反应，如 溴化和硝化，有的偶极矩很大。
3. 环戊二烯衍生物
H H
环戊二烯
H
环戊二烯负离子
环戊二烯酸性很强，它的pKa为16.0。因环戊二烯负离 子有六个电子而具有芳香性。
扩展：少数是sp杂化碳原子参与共轭！ 注意：该规则具有较好的普遍性，但针对具体化合物时还需要考虑 “角张力和非键张力大小”等因素！
《高等有机化学》课件-第二章 芳香性
4、苯的分子轨道模型
分子轨道理论认为六个p轨道线性组合成六个π分子轨道，其中三个成键 轨ψ1ψ2ψ3 和三个反键轨道ψ4ψ5ψ6 。
在这个分子轨道中，有一个能量最低的ψ1轨道，有两个相同能量较高的ψ2 和ψ3轨道，各有一个节面，这三个是成键轨道。ψ4ψ5能量相同，有两个节面， ψ6能量最高有三个节面，这三个是反键轨道。
end lies on the side of the heteroatom, with a dipole moment of
1.58 D.
Pyrrole is also weakly acidic at the
酸性比较：
N–H position, with a pKa of 17.5 乙酸>苯酚> 吡咯 >环己醇
在基态时，苯分子的6个p电子成对地填入三个成键轨道，这时所有能量低 的成键轨道，全部充满了电子，所以苯分子是稳定的，体系能量较低。
5、核磁波谱（ NMR）特性 NMR波谱法也是一种确定芳香性的实验手段。芳香化合物 的特点是它们呈现抗（反、感）磁环电流。这个环电流可以看 成在NMR波谱仪磁场的影响下，离域π体系中电子的移动。环流 是芳香性化合物中磁场大范围各向异性的结果。这个诱发的环 流引起了与环垂直的局部磁场，其方向与外加磁场方向相反。 所以处于芳香环平面上、下方的核，感受到与外加磁场相反的 磁场（屏蔽区），并出现在NMR波谱中的较高场处（化学位移 δ值较小）；而在环平面中的核，即直接和环相连的原子，感受 到与外加磁场同向的磁场（去屏蔽区），出现在NMR波谱中的 较低场处（化学位移δ值较大） 。 这种化学位移的出现，可以作为芳香性的证据，但这不是绝 对的判据！
强调：n不是环上碳的原子数)； • 共面的原子均为sp2或sp杂化，环上π电子能够发生
有机化学基础知识点整理芳香性的定义与判断
有机化学基础知识点整理芳香性的定义与判断芳香性的定义与判断有机化学是研究碳元素化合物的化学性质和反应机理的学科。
在有机化学中，芳香性是一个重要的概念，指的是具有芳香性质的化合物。
芳香性的定义与判断是有机化学基础知识点中的一部分。
本文将从芳香性的定义、芳香性的判断以及具有芳香性的常见化合物等方面进行整理。
一、芳香性的定义芳香性是指具有芳香环结构的化合物所具有的一种特殊性质。
芳香环是由6个碳原子构成的六元环结构，其中的每个碳原子通过σ键相连，同时具有3个π电子。
芳香性是由芳香环上的π电子形成的共轭体系所决定的。
具有芳香性的化合物通常表现出稳定性高、反应性低的特点。
二、芳香性的判断判断一个化合物是否具有芳香性，需要考虑以下几个方面：1. 符合芳香环结构：化合物中存在由6个碳原子构成的六元环结构，其中的每个碳原子通过σ键相连，同时具有3个π电子。
这个结构通常被称为芳香环或芳香骨架。
2. 共轭体系存在：对于具有芳香性的化合物，芳香环上的π电子会形成一个共轭体系，即π电子在整个芳香环内进行共享。
这种共轭体系的存在是芳香性的重要特征。
3. Huckel规则的满足：Huckel规则是判断一个分子体系是否具有芳香性的经验规则。
根据Huckel规则，化合物中的π电子数必须满足4n+2的形式，其中n为任意正整数。
根据以上条件进行判断，如果化合物符合芳香性的定义，即具有芳香环结构、共轭体系存在以及满足Huckel规则，则可以判定该化合物具有芳香性质。
三、具有芳香性的常见化合物1. 苯：苯是最简单的芳香化合物，化学式为C6H6。
苯的芳香环结构由6个碳原子组成，每个碳原子上还连接有一个氢原子。
苯是一种无色液体，具有特殊的香味。
2. 甲苯：甲苯是另一种常见的芳香化合物，化学式为C7H8。
甲苯的芳香环结构由一个苯环和一个甲基基团组成。
甲苯是一种无色液体，具有特殊的香气。
3. 香兰素：香兰素是一种常见的天然芳香化合物，化学式为C8H6O3。
芳香性判定
（个人感悟详细版）芳香性:环状闭合共轭体系,π电子高度离域,具有离域能,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,不易进行加成反应和氧化反应,这种物理,化学性质称为芳香性. 一,芳香性判据——Hückel规则Hückel规则:一个单环化合物只要具有平面离域体系,它的π 电子数为4n+2(n=0,1,3,…整数),就有芳香性(当n>7 时,有例外).对能看懂这篇文章的人说:苯有有芳香性,那就是废话了.非苯芳烃:凡符合Hückel规则,不含苯环的具有芳香性的烃类化合物,非苯芳烃包括一些环多烯和芳香离子等.二,一些非苯芳烃1.环多烯烃:(通式CnHn )又称作轮烯(也有人把n≥10 的环多烯烃称为轮烯).环丁烯,苯,环辛四烯和环十八碳九烯分别称[4]轮烯,[6]轮烯,[8]轮烯和[18]轮烯.它们是否具有芳香性,可按Hückel规则判断,首先看环上的碳原子是否均处于一个平面内,其次看π 电子数是否符合4n+2.[18]轮烯环上碳原子基本上在一个平面内,π 电子数为4n+2(n=4),因此具有芳香性.又如[10]轮烯,π 电子数符合4n+2(n=2),但由于环内两个氢原子的空间位阻,使环上碳原子不能在一个平面内,故无芳香性.2,芳香离子:某些烃无芳香性,但转变成离子后,则有可能显示芳香性.如环戊二烯无芳香性,但形成负离子后,不仅组成环的 5 个碳原子在同一个平面上,且有 6 个π 电子(n=1),故有芳香性.与此相似,环辛四烯的两价负离子也具有芳香性.因为形成负离子后,原来的碳环由盆形转变成了平面正八边形,且有10 个π 电子(n=2),故有芳香性.环戊二烯负离子其它某些离子也具有芳香性,例如,环丙烯正离子(Ⅰ),环丁二烯两价正离子(Ⅱ)和两价负离子(Ⅲ),环庚三烯正离子(Ⅳ).因为它们都具有平面结构,且π 电子数分别位2,2,6,6,符合4n+2(n 分别位0,0,1,1).具有芳香性的离子也属于非苯芳烃.3,稠环体系:与苯相似,萘,蒽,菲等稠环芳烃,由于它们的成环碳原子都在同一个平面上,且π 电子数分别为10 和14,符合Hückel 规则,具有芳香性.虽然萘,蒽,菲是稠环芳烃,但构成环的碳原子都处在最外层的环上,可看成是单环共轭多烯,故可用Hückel 规则来判断其芳香性.与萘,蒽,等稠环芳烃相似,对于非苯系的稠环化合物,如果考虑其成环原子的外围π 电子,也可用Hückel 规则判断其芳香性.例如,薁(蓝烃)是由一个五元环和一个七元环稠合而成的,其成环原子的外围π 电子有10 个,相当于[10]轮烯,符合Hückel 规则(n=2),也具有芳香性.三.π 电子数的计算也许你在做题目的时候对于π 电子数的计算弄糊涂了,比如:觉得怎么同是N原子怎么有时候要把它的孤对电子算进去,有时候又不要呢.我以前就是这样的,现在基本知道判断芳香性了,只是有点经验,有些具体原理我还是不懂.下面是我的一些心得体会,若有错误还请留言指正.下面用的例子中的杂原子是N,其他原子类推.吡咯的N的孤对电子要算进去,在家两双键上的4个电子,共有6电子,有芳香性.（成环的四个碳原子和一个杂原子都是sp2杂化，所以你看的图中 N还要再连接一个H. N总共5个电子，连接了三个达到八电子饱和故其还有一对电子对未画出，所以是两个双键4个再加N的一对孤电子对2个总共六个）吡啶中N原子上连有双键,N上孤对电子不能算进去,三双键共轭,共有6个π电子,有芳香性.(貌似是一个原子提供一个π电子既然已经双键提供过一次就只算一次跟三键有点类似)两个N都与双键相连,孤对电子也都不算,还是6个π电子（跟刚才上面解释差不多相当于3个双键）有一个N与双键相连,有一个没有.按以上的思路,与双键相连的N上的孤对电子不算进去,而右边的N原子上的孤对电子要算进去,结果也是6个π电子（上面三个题的组合即没有双键的N提供电子对有双键的按提供一个所以是两个双键加一个电子对的2个π电子共六个）这种结构的也具有芳香性,看起来这个七元环没有达到共轭结构,我的也是经验,两双键中间隔了一个碳正离子,你就把这个碳正离子去掉再来计算π电子数,也是6个.注意:若隔的是碳负离子就不能这样了,一定要是碳正离子才可以这样算.（遇到这种没双键的但是有正负电子的我一般是先数双键然后数几个折角即连接处然后是正的话减去减去正的个数是负的话加上负的个数理论依据是正电荷的话使其sp杂化而负电荷的话使其sp2杂化）这个和上面那个有点相似,但隔的是碳负离子,一个碳负离子算2个电子,图中有2个碳负离子,还有3个双键,有10个π电子.（理由同上）图中左边,一双键连接两个环,可以写出它的共振体,当然尽量往有芳香性的写,而且芳香性的环稳定,贡献大.这样下面的五元环有6π电子,上面的三元环有2π电子.都有芳香性.（遇到这种先拆开难理解的双键然后再分成若干小原子团）因为三键中两π键互相垂直,孤只有一个能与其他双键共轭,（貌似是无机的知识三键算一个双键）。
芳香性判断依据
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]。
1.1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。
A B CD E F14e12e （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2个电子计，正电荷按0计，内部不计。
芳香性的判断
同芳香性
• 同芳香性是指共平面，π电子数为4n+2，共面旳 原子均为sp2或sp杂化旳轮烯上带有不与轮烯共 平面旳取代基或桥。如：
H
R
10e 14e
反同芳香性
• 反同芳香性是指共平面，π电子数为4n，共面旳 原子均为sp2或sp杂化旳轮烯上带有不与轮烯共 平面旳取代基或桥。如：
4e
8e
同芳构造旳物质得到或失去电子成为4n体系是极 难旳，因为要生成更不稳定旳反同芳构造。
反芳香性
• 轮烯，共平面，π电子数为4n，共面旳原子均为 sp2或sp杂化)，它旳稳定性不大于同类开链烃。如：
稳定性：
>
>
非芳香性
• 非芳香性分子不共平面旳多环烯烃或电子 数是奇数旳中间体。如环辛四烯、10-轮烯、 14-轮烯等。
HH
H
H HH
3e
5e
•10-轮烯、14-轮烯均是因为内H旳位阻使其不能共 平面。将14-轮烯中旳一种双键换成三键，因为消 除了两个氢旳位阻，而具有芳香性。
芳香性旳判断
• 1931年德国化学家休克尔(Hückel)从分子轨道理论 旳角度,对环状多烯烃(亦称轮烯)旳芳香性提出了如 下规则，即Hückel规则。
• 其要点是:化合物是轮烯,共平面, • 它旳π电子数为4n+2 (n为0,1,2,3…,n整数), • 共面旳原子均为sp2或sp杂化。
1954年伯朗特(Platt)提出了周围修正法，以为能 够忽视中间旳桥键而直接计算外围旳电子数，对 Hückel规则进行了完善和补充。
Hückel理论旳修正
• 周围修正法 • 某些稠环烃可将之看成轮烯。 • 画经典构造式时，应使尽量多旳双键处于轮
烯上，处于轮烯内外旳双键写成其共振旳正 负电荷形式，将出目前轮烯内外旳单键忽视 后，再用Hückel-Platt规则判断芳香性。
04芳香性
4.1 芳香性和休克尔规则
6
3.随着科学技术的发展，人们又借助核磁共振来判断化 合物是否具有芳香性。若环状共轭烃在外加磁场的作用 下，产生高抗磁性此种特征的磁屏蔽效应可以从质子核 磁共振谱中看出，则这种化合物具有芳香性。 4.对芳香性作深入和系统研究，奠定芳香性理论基础的 是Hü ckel 4n+2 规则。即在闭合共轭多烯体系中，构 成环的原子在同一平面或接近同一平面上，同时其π 电 子数符合4n+2 (n=0,1,2……)，则该化合物具有芳香性。
22
六. Y 芳香性
胍是较强的碱，因为它的共轭酸是具有 芳香性结构的物质。
NH2 HN C NH2 NH2 + H 2N C NH2 H2N + NH2 C NH2 H 2N NH2 C + NH2
H+
4.6 Y芳香性
23
七. 方克酸类
方克酸是一类较强的酸(pKa1=1.5, pKa2=3.5)， 因为其共轭碱是非常稳定的芳香结构。
4.1 芳香性和休克尔规则
8
1. 单环共轭多烯（轮烯） ［4］轮烯 成环原子共平面,π 电子数4n.
［8］轮烯
H H
成环原子不共平面: π 电子数4n.
［10］轮烯 由于有环内氢,相互干扰, 成环原 子不共 平面 . π 电子数4n+2. ［18］轮烯 成环原子共平面, π 电子数4n+2. ［22］轮烯 成环原子共平面, π 电子数4n+2.
作业答案
34
第四章测试
1.根据 Hü 规则判断下列各化合物是否具有 ckel (反)芳香性, (反)同芳香性，非芳香性。
H H
本章测试
35
2. 用芳香性的知识解释苯环易进行亲电取代反应， 而不是亲电加成反应。
杂环化合物 同芳香性 反芳香性
杂环化合物; 组成碳环化合物的一个或多个环碳原子，被O、S、N、Se、P、As……等非碳原子置换而形成的化合物，称为杂环化合物；这些非碳原子则称为杂原子。
但通常将周期表中的零族和第一族元素的原子以及其他金属元素的原子除外。
前者是由于尚未发现由它们组成的、稳定的杂环化合物；后者虽能参与成环，但性质特殊，通常列入金属有机化合物类。
常见的杂环化合物由五元、六元环组成，但也有三元、四元环及七元、八元环的，甚至还有十元以上的大环。
环内的杂原子可由一个至多个相同或不相同的杂原子组成。
成环的形式有单杂环及稠杂环；稠杂环可以是碳环与杂环并合，也可以是杂环与杂环并合。
因而杂环化合物的种类繁多、数目庞大。
在环状有机化合物中，成环原子除碳外，还含有氧、硫、氮等其他原子的环状有机化合物称为杂环化合物。
有脂杂环和芳杂环，通常说的杂环主要是指芳杂环。
芳杂环可以按照杂原子的种类、数目和结合方式，分成若干系。
杂环化合物上述杂环化合物都符合休克尔规则，故都有芳香性。
π电子数计算技巧：双键C 阳离子阴离子单键杂原子双键杂原子1 02 2 1具有芳香性化合物的特点是：(1)必须是环状的共轭体系；(2) 具有平面结构——共平面或接近共平面(平面扭转＜0.01nm)；(3) 环上的每个原子均采用SP2杂化(在某些情况下也可是SP杂化)；(4) 环上的π电子能发生电子离域，且符合4n + 2 的Hückel规则。
具有芳香性化合物在性质上的标志是：(1) 与苯类似，容易发生亲电取代反应，而不易发生加成；(2) 氢化热和燃烧热比相应的非环体系低，而显示出特殊的稳定性；(3) 在NMR谱中与苯及其衍生物的质子有类似的化学位移。
根据休克尔规则，环丁二烯应没有芳香性。
环丁二烯右4个π电子，不符合4n+2规则，它有一组简并的非键轨道和一个成键轨道，基态下其中两个π电子占据能量最低的成键轨道，但两个简并的非键轨道只有两个π电子数，就是说它是半充满的，按照洪特规则，它是非常不稳定的。
第5章 芳香性
桥基共扼体系化合物E、F也可以使分子变成平面分子，
因此这些分子都具有芳香性。
H H O
Ac N
D
E
F
② [14]-轮烯
[14]-轮烯有明显的反磁环流，而且具有键长交替现象。 它有两种较稳定的处于平衡中的构型异构体A和B 。[14]轮烯的内腔要比[10]-轮烯大，故环内氢的干扰相对较小， [14]－轮烯的3，6，10和13位碳有点偏离平面。
环体系不在一个平面里。而表现出非芳香
性。
① [10]-轮烯
即环癸五烯，具有三种异构体。A和C度不稳定，B碳原
子按类似萘的骨架排列，它的角张力最小，但是两个环内氢 原子的非键斥力严重地阻碍了环的稳定性。 [10]－轮烯不显
芳香性。
H
H
A
B
C
全顺式
反-顺-反-顺-顺五烯
顺-顺-顺-顺-反
[10]－轮烯不显芳香性，有人用架桥基取代这两个环 内氢（图D）能使分子变成平面分子体系。以杂原子为架
休克尔的分子轨道理论揭示了结构和芳香性
的关系。HMO法计算可以得出环状共扼多烯分子
轨道的能量。根据Pauli不相容原理和能量最低原理。
基态分子的 电子优先占据成键分子轨道并把这些
轨道全都填满时，分子就是稳定的。
3
6
+ 1 .4 1 + 1 .4 1 +2
则。因为它可以存在着下列偶极形式而呈现芳香 性，使体系稳定。
O
或
O
2.五元环
① 环戊二烯 环戊二烯的酸性所得到的环戊二烯负离子具有芳香性， 它符合4n＋2规则，6个π电子均匀地分布在环上五个原子 所在的分子子轨道中。
H
芳香性判断依据
有机化学期中论文学校院系：西北大学化工学院班级：化学工程与工艺学号：2009115065姓名：崔尧论碳环化合物的芳香性的判断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。
一芳香性，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）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。
芳香性判断——精选推荐
芳香性判断13144233周楠乳品2班摘要 :探讨了几类环状化合物“芳香性”的判断方法 ,阐述了解决这类问题的基本思路.关键词:环状化合物 ;芳香性 ;判断方法。
正文：关于“芳香性”的早期定义是考虑动力学稳定性 ,即化合物的取代反应比加成反应更容易发生. 后来定义则依靠化学的稳定性 ,以共振能的大小来量度. 最近的定义提供用光谱及核磁的标准 ,磁有向性在平面π电子体系中能受感应 ,并可用质子磁共振 (Pmr)光谱中位移到较低的场来检定或借反磁性的灵敏度上升的测定 ,π电子流也产生电子光谱 ,和简单的共轭烯类所显示的光谱有重大的不同.关于“芳香性”的另一种物理标准 ,为整个芳香体系具有相同键长和共平面的特性 ,这种分析需要 X光结晶学、微波光谱或电子衍射技术。
一．关于芳香性概念芳香性是化学中使用频率最高且最重要的概念之一。
“芳香性”研究真正始于1825年，因为当年Michael Faraday 成功分离出具有特殊芳香气味的苯。
此后人们把具有类似气味的化合物统称为芳香化合物。
最初芳香性内涵特指像苯及其衍生物之类的有机分子的化学反应性质的总称，认为芳香分子，如苯、萘、蒽，是平面环状的、共轭的、含有4n+2个π电子，并且具有容易进行亲电取代反应，但不易发生加成、氧化等特殊的化学性质。
然而环丁二烯和环辛四烯化学性质活泼，分别具有4、8个π电子，则具有反芳香性。
容易看出，早期芳香性定义实际上是一个特别强调化学反应性能的“化学定义”。
随着研究的深入，当前芳香化合物已经先后扩展到杂原子分子、有机金属、全金属化合物。
在范畴上，已经成功地实现了从有机物到无机物、由非金属化合物到全金属化合物的过渡；在几何结构上，也从最初的二维平面分子延展到准平面分子，甚至三维封闭式笼状分子；类型上，由早期单纯的π型芳香性扩展到σ芳香性甚至δ芳香性。
二．常见芳香性判据及讨论芳香性的判据和定义是密切相关的。
所谓判据就是判断是否具有芳香性的依据或标准。
4芳香性
芳香性
Chapter four Aromaticity
第一节 芳香性、非芳香性、反芳香性的概念
1、定义 【芳香性】是指苯型的化合物由于π电子离域具有特殊的热稳 定性。环上易发生取代反应，不易发生加成反应，在结构上 C-C键长介于单双键之间，在核磁共振谱上表现出较大的化学 位移的性质。 反芳香性是指苯型的化合物，由于π电子离域它的稳定性 比相应的非环共轭烯烃稳定性小的现象。 非芳香性是指环形的化合物，由于没有π电子离域现象， 它的稳定性和相应的非环共轭烯烃稳定性相当的现象。
CH2
例如：下列化合物是否具有芳香性 ⑴ ⑵
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⑶
判断的方法；先写出其偶极结构，得到两个电荷相反的 共轭环，然后看着两个环是否都满足休克尔规则，如果满足 则有芳香性，则反之。 ⑴无芳香性。 ⑵有芳香性。
⑶有芳香性。
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完
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3、芳香化合物的结构特征
见教材101～102页。
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第二节 芳香性的判据
目前，判断一个有机化合物，有两种方法：
一种是：休克尔(E.Hückel)的4n＋2规则； 另一种是：芳香环上氢质子的化学位移最大差值。 下面我们主要学习休克尔(E.Hückel)的4n＋2规则。 1、单环体系芳香性的判断 单环体系芳香性的判断，注意四点： ①、体系的平面性 ②、具有4n＋2个π电子 ③、 4n＋2个π电子的取值极限（0≤n≤5）
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2、芳香化合物的特点 ⑴、C/H高 ⑵、键长趋于平均化 芳香性分子具有比正常的碳碳双键的键长(1.35Å)稍长双键 和相比正常的碳碳单键的键长(1.54Å)稍短的单键。无芳香性的 多烯分子中单键和双键的键长特征很明显，分别为1.44-1.48Å和 1.34-1.36Å，芳香性分子的碳碳键长处于1. 38Å和1.40Å之间。 苯环中六个碳碳键长彼此相等，约为1.395Å。 ⑶、分子的共平面性 具有芳香性的分子一个显著特征是环上原子的平面性或 几乎平面性。有平面结构的化合物并不都是有芳香性的。但 芳香性总是伴随着一定程度的平面性。 [18]-轮烯是近乎乎面的， [16]-轮烯是非平而的，前者是芳香性分子，后者并无劳香性。
芳香性化合物精华版
2
芳香性是指芳香族化合物所特有的性质。芳香 族化合物是指苯和类苯化合物，这是一类具有 高度不饱和性的环状化合物。芳香性的含义是 在不断发展的，经过一个由浅到深的过程。
1. 最初芳香性的定义着重于苯一类的环状共轭 体系的化学性质,这类化合物它们具有特殊的 稳定性，不易发生氧化或加成反应，容易发 生亲电取代反应。
芳香性
2014-4-21
22
22
2. 芳性离子 某些环烃没有芳香性,转变成离子(正或负离子) 后,有可能具有芳香性.
2K 2e
π 电子数
2
2
6
芳香性
6
6
2014-4-21
23
23
3.非苯稠环
蓝烃：天蓝色晶体，是一种稳定的化合物。它是五 元环的环戊二烯和七元环的环庚三烯稠合而成的， 分子结构中不含有苯环。结构如下： 它含有10个π 电子，符合休克尔规则， 所以有芳香性。 实际上，它的七元环带有 正电荷，五元环带有负电 荷，是一个典型的极性分 子，结构也可以表示如下：
2014-4-21 14
轮 烯
CmHm的 环状烯烃。 当m=2k+1(奇数)时，为自由基，不稳定。 当m=2k（偶数）时，是稳定的环状共轭多烯
具有C2kH2k分子式的环状共轭多烯称：轮烯。
多环芳烃电子数的计算方法 1954年，Platt提出了周边修正法，对于多环芳烃 可以忽略中间的双键而直接计算外围的电子数。 对休克尔规则进行了完善和补充。 (1) 经典结构式的写法 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，再用休克尔规 则判断。
NH2 + H 2N C
NH2 C + NH2
高等有机化学第五章芳香性化合物的反应
于容易热环化为双环体系。
用一个原子代替两个氢原子得1，6-桥-[10]环共轭多烯，有芳香性：
O
X
(D)
(E) X= O, CH2, NH, NCH3
iii）大于[10]-轮烯的例子
[14]-轮烯
0 ppm
H H HH
7.6 ppm （H之间相互作用小）有芳香性
H
HH HH
有两对氢原子会发生相互作用，共轭能不高， 芳香稳定性不明显
第五章：芳香性和芳香化合物
的取代反应
在脂肪族碳原子上的取代反应主要为亲核取代 反应，而在芳香族主要为亲电取代反应，这是 由于芳香环上具有较高的电子云密度，进攻试 剂为正离子或偶极及诱导偶极的正的一端，而 离去的原子团不带成键电子对。
强吸电子基团取代的芳香化合物在一定条件下 也可以进行亲核取代反应。在亲核取代反应中， 进攻试剂是负离子或具有未共用电子对的原子 或基团，离去基团以弱碱负离子或分子的形式 离去，其实用价值不如亲电取代反应。
ii) 五员环
N H
共振能： 21
O
S
16
29 千卡/摩尔
象这种含有杂原子的芳香化合物称为杂芳香 化合物。可分为两类：一类利用芳香π体系 中的杂原子的未共享电子对；一类不利用此 未共享电子对。
富烯
R
R‘
有偶极矩，有芳香性的 非芳香化合物
R
R‘
iii) 七员环和八员环
H
H - H+
不稳定
H
H
- H-
H 8.67 - 8.16 ppm - 4.25 ppm
H3C
CH3
两对氢原子的相互作用，可使其成桥
键来消除掉，有芳香性
[18] - 轮烯
关于芳香性的概念
第15卷 第4期 大学化学2000年8月关于芳香性的概念姚子鹏 高 翔 任平达 黄毕生 (复旦大学化学系 上海200433) (云南大理师专化学系 云南671000) 摘要 简要介绍了芳香性概念的发展历史,并从结构、稳定性、反应性能等方面进行了总结。
在有机化学中,芳香性是一个重要的概念。
为了使学生能较好理解和掌握这一概念,我们在教学中从经典的芳香性概念、共振论对芳香性的看法、Hückel规则到核磁共振对芳香性化合物的测定,介绍了这一概念不断深化发展的过程。
并从结构、稳定性、反应性能等方面进行了总结,取得了较好的教学效果。
现把我们的看法进行简单介绍,以供教学参考。
1 芳香性的经典概念 1825年法拉第从鲸油裂解产生气体的冷凝液中发现了苯,接着测定了苯的组成、蒸气压、熔点等物理性质,并得出了苯的正确分子式C6H6。
此后,人们又发现许多具芳香气息的物质中含有苯的母核。
德国化学家凯库勒推断出苯的结构式为。
苯这种高度不饱和的化合物具有与一般不饱和烯烃不同的特殊性质,主要是:(1)环较稳定,在通常情况下不易被化学试剂破坏。
例如:甲苯易被氧化成苯甲酸,保留了苯环。
(2)易取代,难加成。
例如:苯在三氯化铁催化下和氯反应生成氯苯,而没有得到加成产物。
价键理论问世后,后一条表述为苯易亲电取代,难亲电加成。
上面两条就是经典的芳香性概念。
2 共振论对芳香性概念的发展 共振论认为苯主要是Ⅰ和Ⅱ的共振杂化体。
由于共振,共振杂化体(苯的真正结构)比较稳定。
通过比较苯和环己三烯的氢化热(以3个环己烯计),可以计算出苯的共振能为150.6 kJ/mol。
即苯比环己三烯稳定150.6kJ/mol。
Ⅰ∴Ⅱ 如果说经典的芳香性概念中,芳香环的稳定性是根据环对化学试剂的稳定性而言,那么,共振论则进一步把芳香环的稳定性与它具有较低的内能明确地联系起来。
通过氢化热、燃烧热等数值,计算出了一大批芳香族化合物的共振能,从而可以比较各种芳香环的稳定性高低或芳香性强弱。
一、芳香性的概念一般所谓的芳香性化合物大多具有下列几
芳 烃一、芳香性的概念一般所谓的芳香性化合物大多具有下列几个特点。
⑴较高的碳/氢比例 许多芳香族化合物都有较高的碳/氢之比。
比如苯和萘。
相对而言， 在脂肪族化合物中，除少数几个化合物和炔烃外，绝大部分的碳/氢比例都较低。
⑵键长的平均化 芳香性分子具有比正常的碳碳双键的键长稍长的双键和比正常的碳 碳单键的键长稍短的单键。
无芳香性的多烯分子中单键和双键的键长特征很明显，芳香性分 子的碳碳键长位于单双键之间，苯环中6 个碳碳键长相等，环中并无单键双键之分。
⑶分子的共平面性 具有芳香性的分子的一个显著特征是环上原子的平面性或几乎平 面性的排列。
有平面结构的化合物并不都是有芳香性的，但芳香性总是伴随着一定程度的平 面性。
⑷共轭性 苯环上的6 个π电子在所有的碳原子上离域而相互交盖并得到稳定， 其稳定 化的程度可用离域能或共轭能表示。
只要分子是有芳香性的，它必定由于电荷离域而具有正 的共轭能，反之，反芳香性分子和非芳香性分子则由于电荷离域而分别具有负共轭能和零共 轭能。
⑸特征光谱 芳香体系的振动光谱和电子光谱与脂肪体系及简单的共轭体系有明显的 差异。
如苯环的紫外光谱上有184nm,202nm（K 带）和 254nm（B 带）三个特征峰；红外光 谱上分别在 30003100， 1600， 1570， 1500， 10001100cm 1 等区域及指纹区有特征峰。
1 HNMR 谱则是芳香性分子表现出特殊现象的最明显标志。
⑹化学性质 早期所谓芳香性即是指苯的化学反应性的总称，认为具有芳香性特征的 分子都是具有特殊稳定性的环结构不易被破坏的环状化合物。
如，甲苯易氧化为苯甲酸但环 结构得到保留。
芳香族化合物中都含有不饱和键，但它们似乎具有饱和性，很难发生加成反 应，一般仅发生取代反应，这和一般的不饱和化合物明显不同。
由于芳香性化合物所显示的性质范围如此广泛， 以至于很难用一个简单的定义把上述各 性质归纳起来。
新型芳香族·反芳香族化合物
新型芳香族·反芳香族化合物
新型芳香族和反芳香族化合物是有机化合物的两种重要类别，它们在化学领域具有重要的应用和研究价值。
首先，让我们来谈谈新型芳香族化合物。
新型芳香族化合物是指具有芳香性质的有机分子，但其分子结构不同于传统的苯环结构。
这些化合物通常具有较大的共轭体系，如多环芳烃、杂环化合物等，其具有良好的稳定性和特殊的光电性能，因此在材料科学、药物化学等领域具有重要的应用前景。
例如，多环芳烃类化合物在有机发光二极管（OLED）和有机太阳能电池等器件中被广泛应用，杂环化合物则常用于药物设计和生物标记物方面。
接下来，我们来讨论反芳香族化合物。
反芳香族化合物是指具有特殊的环状结构，其环内原子数为4n而不是传统的芳香族化合物的4n+2规则。
这类化合物通常具有较高的反应活性和特殊的化学性质，例如容易发生亲核取代反应、环内亲核加成反应等。
典型的反芳香族化合物包括环戊二烯、环庚三烯等，它们在有机合成和材料科学领域有着重要的应用价值。
此外，反芳香族化合物也常常作为配体参与到配位化学和有机金属化学中，发挥着重要作用。
总的来说，新型芳香族和反芳香族化合物在化学领域具有重要
的研究和应用价值，它们的特殊结构和性质为我们提供了丰富的化学资源，对于推动化学领域的发展具有重要意义。
在未来的研究和实践中，我们可以进一步探索这些化合物的合成方法、性质表征以及在材料、药物等领域的应用，以期发现更多的潜在价值和应用前景。
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本章主要内容: 一.芳香性 1.芳香性的一般讨论 2.Hückel 4n+2规则 3 .化合物芳香性的判断(轮烯体系,带电荷
环, 稠环体系,杂环及稠杂环体系)
• 二.芳香化合物的取代反应 • 1. 亲电取代反应 • 2. 芳环上亲核取代反应 • A. 加成－消除机理 • B. SN1机理 • C.消除－加成机理 （苯炔机理） • 三. 芳环上的取代反应及其应用 • 1. Friedel - Crafts 反应 • 2. Rosenmund - Braun 反应
• b．芳正离子的形成是决定步骤．在此步中，底物 的活性（即芳环π电子密度的高低）与亲电试剂 的活性一起决定反应的快慢．
在考试中一定要灵活运用． 例１ ：用浓Ｄ２Ｓ０４处理甲苯可以产生氘
代甲苯衍生物
例２: 用浓硫酸处理苄醇可以得到树脂状物质
• 芳环上亲电取代反应补充：
• 芳环上可以发生通常的“六化”反应外，还 可发生下述几种反应：
必须说明:到现在为止,对芳香性这一概念还没有统 一定义
• 芳香化合物的特点： • Ａ.较高的C/H比 • Ｂ.键长趋于平均化 • Ｃ.分子共平面 • Ｄ.具有较大的稳定化能(共轭能,共振能) • Ｅ.有特殊的波谱:如苯: • UV: 184nm,204nm,254nm
IR: 3010cm-1,1600～1450cm-1,
Ph
Ph Ph
6.3 D
Ph Ph
• 下面各化合物无芳香性：
: :
:: ::
• ⑤杂环及稠杂环体系
4
5
3
6
2
N1
Pyridine 吡啶
4
4
3
5
2
N H
1
Pyrrole 吡咯
4
3
5
2
O1
Furan 呋喃
5
N3
1N
6
2
N1
N
2
H
P y rim id in e 嘧啶
In d o le 吲哚
4
3
5
2
S1
• 休克尔规则只涉及单环体系，有关理论可用于多 环体系[只计算边缘的平面电子]。
• 如：
• 联亚苯：
有芳香性
薁
有芳香性
• 下列两种物质，酸性及偶极矩大的是：
A
COOH
B HOOC
Ａ偶极矩大于Ｂ Ｂ酸性大于Ａ
戊塔烯
+2e
戊塔烯的双负离子
• ④富烯体系 富烯:
环丙富烯：
杯烯
Ph Ph
Ph Ph
Ph Ph Ph
OH Cl
+ CH 3C=NHZnC 2 l
OH H2O
OH
HO
HO H3CC=NH
HH CO l
COC 3 H
⑥:Reimer-Timann反应
酚的碱溶液与氯仿作用，在芳环上生成醛类 的反应：
OH +
OH
OH
CHO
3CHCl
+
CHO
反应机理：氯仿在碱的作用下发生α－消 除形成二氯卡宾，后者作为亲电试剂进攻芳 环，然后水解得到产物
CuCl
该反应的历程一般认为： 可能并不经过ＨＣＯＣl,而是直接通过 下式形成：
HCl + 3CO + HA C +A lO C l4 -C l l
④: Gattermann反应
芳香化合物在三氯化铝或二氯化锌存在下
与ＨＣＮ和ＨＣl作用，在芳环发生甲酰化
反应：
NH
HCN + HCl
H C Cl
NH ArH +
• 用一个原子代替两个氢原子得1，6-桥-[10]环共轭多烯，有芳香性：
O
X
(D)
(E) X= O2,, NCHH, N3CH
• [14]-轮烯
Ａ：
H H H H
有 两 对 氢 原 子 会 发 生 相 互 作 用 ， 共 轭 能 不 高 ， 芳 香 稳 定 性 不 明 显
H
Ｂ：
H H
有３个环内Ｈ彼此干扰，共轭能也不 高．
C H 3 m. p: -15℃
｛ 非常活
泼的：
NO2+ X+
XOH2+
SO3
RSO2+
2H2SO4 + HNO3 X2 + MXn (X=Br,Cl )
HXO + H3O+
H2S2O7 RSO2Cl
｛R3C+
中等活性的：
RCH2+
R 3CX ( X = Br,Cl ) R3COH + H+ R2C=CHR/ + H+
2、 亲核取代
Cl pπ共 扼
当 芳 环 上 连 NO 2 CN CO CH 3 CF3 时 ， 也 可 发 生 亲 核 取 代 反 应
a. 加成－消除机理
X
X Nu
Nu-慢
决定步骤
Nu X-
X=卤素 NO2 OR等 Nu-=OH- NH2- RNH- RO-
Cl
OH
OH-
435500M ℃Pa
RCH2X + MXn
｛ 低活性的：
RC+=O R2C=O+H HCN+
+NO
ArN N+
RCOX + MXn R2C=O + H+
HCN + HX HNO2 + H+ ArNH2 + HNO2 +H+
• 注意亲电取代历程的以下几点： • a．体系中产生的正离子都可以作为亲电试剂进攻
芳环，形成产物或副产物；
ZnCl2
H C Cl
ArCH=NH HCl
H2O
ArCHO + N4HCl
• 也可以用Zn(CN)2/HCl 代替HCN/HCl，以避免 直接使用剧毒的HCN．
• 该反应与Gattermann-Koch反应不同的是：
• 可用于酚或酚醚，也可用于吡咯，吲哚等杂环 化合物，但不适用于芳胺（芳胺则需要剧烈的 条件）．例：
OH
+ HO
OH HCZN n 2C +l HH C 2O l
OH
HOCH=N HH OC HH CO l
• ⑤:Hoesch反应
• 用腈和HCl使芳环酰化的反应称为Hoesch反应 • 这个反应与Gattermann反应类似，只是以
RCN代替HCN，故反应结果得到芳酮：
Cl
CH 3CN
+
HCC l H 3C=NH
•②芳香离子
_ 是否具有芳香性性？
H
Cyclopentadienyl anion 环戊二烯负离子
Strong Base
+ H+ _
H
H
sp3
Cyclopentadiene 环戊二烯
It is not aromatic compound
sp2 Cyclopentadienyl anion 环戊二烯负离子
Thiophene 噻吩
6
7
5N
8
N4
N9
H
3
P u r in e 嘌啉
二.芳香化合物的取代反应
1、 亲电取代 机理:
HE E E+N u-
σ－络合物 （芳正离子） 例：硝化反应
H N O 3H 2 S O 4
N O 2
用硫酸催化硝基正离子的形成机理：
2 H 2 S O 4 H N O 3 H 3 O + 2 H S O 4 -N O 2 +
O O P Cl
Cl H
Cl
(H3C2)N C
+
H
亲电试剂
O OP Cl
Cl
N（ CH3）2 +
(H3C)2N
Cl C
H
N（ CH3）2
N（ CH3）2
(H3C)2N CH Cl
H
- H+
H2O
N（ CH3）2
(H3C)2N CH Cl
CHO
反应底物主要有：比苯更活泼的芳烃，如：
蒽，Ｎ，Ｎ－二取代苯胺，酚，酚醚，吡咯 等．
• NMR:存在反磁环流，使去屏蔽区内质子的δ值移 向低场（7 ～8），屏蔽区则移向高场．
• Ｆ．化学特性：易取代，难加成，难氧化
• 2．Hückel 4n+2规则
• Ａ： Hückel 规则的内容：含有4n+2个π
• 电子的平面共轭单环化合物应具芳香性．
• Ｂ： Hückel 规则的理论解释：
• 用分子轨道理论计算证明：凡含有 4n+2个的平面共轭单环体系，即为π电子 数恰好是成键轨道数的二倍．
例如：五元环共轭体系，其分子轨道数及其 能量如下图表示：
Ａ．当π电子数为４，则电子填充如下：
π电子数不是成键轨道数的２倍，因此无芳香 性．
Ｂ．当π电子数为５，则电子填充如下：
π电子数也不是成键轨道数的２倍，因此无 芳香性． Ｃ：当π电子数为６，则π电子数刚好是成键轨 道数的２倍，因此有芳香性
• 能级的确定方法：圆内接Ｎ边形法
一.芳香性
1.芳香性的一般讨论
早期:芳香化合物来源于植物精油树胶提取物,如苯 极其衍生物.它们都有芳香气味,当时化学家将有 机物分为芳香族化合物和脂肪族化合物.于是苯及 其衍生物的独特的化学性质就称为芳香性.
现代:由于环状共轭体系而具有特殊的稳定性结构， 易取代，难加成的性质----称为芳香性.
最近:有人提倡用光谱及磁的标准，磁有向性在平面 л电子体系中能受感应，并可用质子磁共振光谱 中位移到较低的场来鉴定