第23卷第3期 大学化学 2008年6月 非苯系环状化合物芳香性的简单判定方法 施小宁 伏水师范学院生命科学与化学学院甘肃天水741001 摘要：在经典HOckel规则的基础上，阐述推广的Huckel规则及修正的HOckel规则和共妮回 路规则，为判断各种环系化合物的芳香性提供一种简单有效的方法 学习有机化学时经常会遇到芳香性概念。在现行的大部分大学教材中，关于芳香性的判 定方法一般只是简单地介绍了H©kel规则，而并未深入讨论。随着量子理论、合成方法和合 成新芳环的迅速发展，芳香性概念的应用范围日益扩大，已由苯系芳烃扩充到非苯系芳烃：由 中性分子扩充到芳香性离子；由碳环化合物扩充到含有各种杂原子的杂环化合物和金属整合 物，甚至扩充到不含碳原子的无机芳香环。为了适应现代教学的需要，使学生更好地理解 和掌握芳香性这一概念，我们在教学中，在重点讨论经典的H0ckel规则的基础上，相应地介绍 推广的HuckeI规则及修正的Hucke规则及共轭回路规则，为判别苯系化合物、非苯系单环 多环共轭化合物的芳香性提供一种简单有效的方法。 1H0cke4n+2)规则 1931年，E Huckel运用分子轨道法研究了单环共轭多烯的π电子能级，提出了判别化 合物芳香性的(4n+2)(n=0,1,2,3,)π电子规则，即H0ckel规则。其内容是：在p2杂化 碳原子组成的平面单环共轭体系中，含(4m+2)π电子的体系将具有与惰性气体相类似的闭 壳层结构，因而显示芳香性。此规则为判断单环共轭多烯化合物是否具有芳香性提供了一种 简单有效的定性判据。利用4+2规则判断单环共平面化合物芳香性的关键是正确求算环状 化合物的π电子数。 11碳原子组成的平面单环化合物π电子的计算 平面碳环化合物中，碳原子一般为单杂化，每个碳原子的3个p杂化轨道参与形成分 子平面的ō键，p轨道中占据1个电子，而形成环π键的正是由多个垂直环平面的p轨道侧面 重叠形成，即形成π键的电子数等于p轨道数，等于p杂化的碳原子数。如环丁二烯 (CH)有4个p杂化碳原子，所以电子数为4，苯(CH)有6个p杂化碳原子，电子 数为6。 若环状化合物带电荷时，则电子数等于环中甲杂化碳原子数减去环所带正电荷数或 加上环所带负电荷数。如环丙烯基正离子，”电子数=3(3个甲杂化碳原子)-1（带1个正 电荷)=2：环戊二烯负离子π电子数=5+1=6 68 1994-2009 China Academic Journal Electromc Publishing House.All righis reserved.hup:/www.cnki.net第 23卷 第 3期 大 学 化 学 2008年 6月 非苯系环状化合物芳香性的简单判定方法 施小宁 (天水师范学院生命科学与化学学院 甘肃天水 741001) 摘要 在经典 Hückel规则的基础上 ,阐述推广的 Hückel规则及修正的 Hückel规则和共轭回 路规则 ,为判断各种环系化合物的芳香性提供一种简单有效的方法。 学习有机化学时经常会遇到芳香性概念。在现行的大部分大学教材中 ,关于芳香性的判 定方法一般只是简单地介绍了 Hückel规则 ,而并未深入讨论。随着量子理论、合成方法和合 成新芳环的迅速发展 ,芳香性概念的应用范围日益扩大 ,已由苯系芳烃扩充到非苯系芳烃 ;由 中性分子扩充到芳香性离子 ;由碳环化合物扩充到含有各种杂原子的杂环化合物和金属螯合 物 ,甚至扩充到不含碳原子的无机芳香环 [ 1 ]。为了适应现代教学的需要 ,使学生更好地理解 和掌握芳香性这一概念 ,我们在教学中 ,在重点讨论经典的 Hückel规则的基础上 ,相应地介绍 推广的 Hückel规则及修正的 Hückel规则及共轭回路规则 ,为判别苯系化合物、非苯系单环、 多环共轭化合物的芳香性提供一种简单有效的方法。 1 Hückel( 4n + 2)规则 1931年 , E. Hückel [ 2 ]运用分子轨道法研究了单环共轭多烯的 π电子能级 ,提出了判别化 合物芳香性的 (4n + 2) ( n = 0, 1, 2, 3, …)π电子规则 ,即 Hückel规则。其内容是 :在 sp 2 杂化 碳原子组成的平面单环共轭体系中 ,含 (4n + 2)π电子的体系将具有与惰性气体相类似的闭 壳层结构 ,因而显示芳香性。此规则为判断单环共轭多烯化合物是否具有芳香性提供了一种 简单有效的定性判据。利用 4n + 2规则判断单环共平面化合物芳香性的关键是正确求算环状 化合物的 π电子数。 1. 1 碳原子组成的平面单环化合物 π电子的计算 平面碳环化合物中 ,碳原子一般为 sp 2 杂化 ,每个碳原子的 3个 sp 2 杂化轨道参与形成分 子平面的σ键 , p轨道中占据 1个电子 ,而形成环π键的正是由多个垂直环平面的 p轨道侧面 重叠形成 ,即形成 π键的电子数等于 p 轨道数 ,等于 sp 2 杂化的碳原子数。如环丁二烯 (C4 H4 )有 4个 sp 2 杂化碳原子 ,所以 π电子数为 4;苯 (C6 H6 )有 6个 sp 2 杂化碳原子 ,π电子 数为 6。 若环状化合物带电荷时 ,则 π电子数等于环中 sp 2 杂化碳原子数减去环所带正电荷数或 加上环所带负电荷数。如环丙烯基正离子 ,π电子数 = 3 (3个 sp 2 杂化碳原子 ) - 1 (带 1个正 电荷 ) = 2;环戊二烯负离子 π电子数 = 5 + 1 = 6。 68 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net