非苯芳烃及芳香性判据

非苯芳烃及芳香性判据

教学目标：了解非苯芳烃的结构特征及性质，掌握芳香性判据即休克尔（Hückel）规则。{插入化学家小传}

教学重点：休克尔规则判断化合物或离子是否具有芳香性

教学安排：G

>G12；30min

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基本概念：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——休克尔规则

是不是具有芳香性的化合物一定要含有苯环？德国化学家休克尔而从分子轨道理论的角度，对环状化合物的芳香性提出了如下的规则，即休克尔规则：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）。其中n相当于简并的成键轨道和非键轨道的组数（如图）。苯有六个π 电子，符合4n+2 规则，六个碳原子在同一平面内，故苯有芳香性。而环丁二烯、环辛四烯的π 电子数不符合4n+2 规则，故无芳香性。

凡符合休克尔规则，具有芳香性。不含苯环的具有芳香性的烃类化合物称作非苯芳烃，非苯芳烃包括一些环多烯和芳香离子等。

二、轮烯

环多烯烃（通式C n H n）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，可按休克尔规则判断，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。

非苯芳烃及芳香性判据

三、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。

四、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。薁的偶极矩为 3.335×10-30C·m，其中环庚三烯带有正电荷，环戊二烯带有负电荷，可看成是由环庚三烯正离子和环戊二烯负离子稠合而成的，两个环分别有 6 个电子，所以稳定，是典型的非苯芳烃。

五、关键词

非苯芳烃，芳香性判据，休克尔规则，轮烯，芳香离子