芳香性及其判据摘要以及莫比乌斯芳香性
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！
有机化学基础知识点整理芳香性和芳香化合物的性质
有机化学基础知识点整理芳香性和芳香化合物的性质芳香性和芳香化合物的性质有机化学是化学领域中的一个重要分支，研究有机物的结构、性质和合成方法等。
芳香性和芳香化合物是有机化学中的重要概念和研究内容之一。
本文将对芳香性和芳香化合物的基础知识点进行整理。
一、芳香性的概念芳香性是指含有芳香环结构的化合物所特有的性质或现象。
它是由芳香环中的π电子云形成的高度共轭体系所决定的。
具备芳香环结构的化合物表现出一系列独特的性质，包括稳定性高、反应活性低、呈现特殊的气味等。
二、芳香性的规则和条件1. 符合Hückel规则Hückel规则是判断一个化合物是否具备芳香性的一个重要准则。
根据Hückel规则，一个环状分子具备芳香性必须满足：- 分子是平面的；- 分子中含有 4n+2 个π电子，其中 n 是非负整数。
2. 产生高度共轭体系芳香性是由共轭体系中的π电子云形成的，因此产生芳香性的分子通常具有大范围的共轭结构。
对于苯环来说，由于其电子云在整个环上共轭，因此苯是最简单的芳香化合物。
3. 具备极性芳香化合物中的芳香环带有电负性较大的原子团，如氧、氮等，因此具备一定的极性。
然而，芳香化合物整体上常表现出较弱的极性，主要由于π电子在环上的扩散。
三、芳香化合物的性质1. 化学稳定性芳香化合物的共轭结构使其更加稳定。
对于具有芳香性的化合物，由于能量更低，其化学稳定性也相对较高。
这也是为什么芳香化合物常用作药物、染料和香料等方面的原料。
2. 同位素标记由于芳香化合物的稳定性，可以通过同位素标记来追踪其在化学反应中的转化过程。
同位素标记技术在有机化学的研究和应用中扮演着重要的角色，有助于揭示化学反应的机理和动力学。
3. 气味和香味芳香化合物常常具有独特的气味和香味，广泛应用于香水、香料和食品添加剂等方面。
因为芳香化合物形成的芳香环结构能够与嗅觉受体结合，产生特殊的感官效应。
4. 光谱特性芳香化合物在红外光谱、紫外光谱和核磁共振光谱等光谱中表现出特殊的峰值和吸收特性，这对于准确鉴定和表征芳香化合物具有重要意义。
芳香性及其判断规则
4
Recommendation
Aromaticity
Michael Faraday discovered benzene in 1825
Chemists in the early 19th century first just used the term “aromatic”
Aromatic compounds are more stables often far
currents or “aromaticity”, whereas positive values (i.e., deshielded) at each
point denote paratropic ring currents and “antiaromaticity”.
Negative
Interior positions
P. v. R. Schleyer, and F. Puhlhofer, Org. Lett. 4, 2873 (2002)
Magnetic criteria of aromaticity
Ring currents
Nucleus-Independent Chemical Shifts（NICS）
Ring Currents
NICS
P. v. R. Schleyer et al., J. Am. Chem. Soc. 118, 6317 (1996). 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Record Count
The ability to sustain a diatropic ring current is the defining characteristic of aromatic species. Cyclic electron delocalization results in enhanced stability, bond length equalization,and special magnetic as well as chemical and physical properties.
有机化学中的芳香性与反芳香性
有机化学中的芳香性与反芳香性有机化学是研究有机化合物的合成、性质和结构的学科。
其中，芳香性和反芳香性是有机化学中常见的概念。
本文将讨论芳香性与反芳香性的定义、特征以及其在化学反应和有机合成中的应用。
一、芳香性的定义和特征芳香性最早是由德国化学家奥古斯特·考库勒于1825年提出的。
它是指一类分子具有稳定的环状结构，并且在化学反应中表现出与它们的结构有关的稳定性、活性和特殊性质。
具有芳香性的分子通常由苯环（C6H6）或类似结构组成，其中每个碳原子都与一个氢原子相连，并且有共轭的π电子体系。
这种π电子体系的存在使得芳香性分子具有以下特征：1. 稳定性：芳香性分子相对稳定，不容易发生化学反应，尤其是加成反应。
2. 共轭系统：具有芳香性的分子的π电子呈现共轭结构，形成共轭系统。
这种共轭能够提高分子的稳定性。
3. 共平面性：芳香性分子中的原子排列通常呈平面结构，由于π电子的共轭作用，这种平面结构也增强了分子的稳定性。
4. 可遵守6π电子规则：具有芳香性的分子必须满足Hückel的4n+2（n为整数）规则，即共轭体系中π电子的数目必须为6的倍数加2。
二、反芳香性的定义和特征反芳香性是与芳香性相对应的概念。
反芳香性分子也有稳定的环状结构，但其具有与芳香性相反的特征。
反芳香性分子通常由四个或更多的π电子构成的环状结构组成。
与芳香性相比，反芳香性分子有以下特征：1. 不稳定性：反芳香性分子相对不稳定，容易参与化学反应，并且往往表现出高反应活性。
2. 不遵守6π电子规则：与芳香性分子不同，反芳香性分子不遵守Hückel的4n+2规则，其π电子的数量不是6的倍数加2，而是4n（n为整数）。
3. 反共轭系统：反芳香性分子的π电子体系呈现反共轭结构，不同于芳香性分子中的共轭结构。
4. 异常活性：由于反芳香性分子的不稳定性，容易发生环扩张、开环反应等化学反应。
三、芳香性与反芳香性的应用芳香性和反芳香性不仅仅是有机化学的基础概念，还在各种化学反应和有机合成中发挥着重要作用。
5. 芳香性
H H
+
H
+
(2) 环壬四烯负离子
双环[6.1.0]壬三烯氯化物与金属锂作用形成环壬 双环[6.1.0]壬三烯氯化物与金属锂作用形成环壬 [6.1.0] 四烯负离子，它有10 10个 电子，符合H ckel规则， ckel规则 四烯负离子，它有10个π电子，符合Hückel规则， 是芳香化合物。 是芳香化合物。
奥（萘的同分异构体） 萘的同分异构体）
7 6 5 4 3 8 1 2
350℃ ℃
具 有 较 大的 偶 极 矩 π电子数为10，符合Huckel Rule， 具有芳香性
亲电 取 代 发 生 在电 子 云 密 度 较大 的 五 元 环 上
1 3 COR AlCl3 RCOCl + COR COR
[14]-轮烯 轮烯
[10]-轮烯 轮烯
H H
(A)
全顺式
(B)
反, 顺, 顺, 顺, 顺
(C)
反, 顺,反, 顺, 顺 反
都没有芳香性； 都没有芳香性；在C中由于角张力及环内两个氢的排斥力 影响分子的稳定性, 使之不具芳香性；[10]影响分子的稳定性, 使之不具芳香性；[10]-环共轭的不稳 定性可导致容易热环化为双环体系－ 定性可导致容易热环化为双环体系－萘。
Hb
3 H+ 4 5 6 7 符合4n+2规则，有芳香性。 规则， 符合 规则 有芳香性。 2 1
0.3ppm Ha
5.1ppm
同芳香体系中，饱和原子的存在破坏离域π 同芳香体系中，饱和原子的存在破坏离域π体系的物理 连续性却不破坏离域体系。 连续性却不破坏离域体系。
同芳正离子这种越过一个碳原子的同芳香性叫单同 芳香体系， 芳香体系，越过二个或三个饱和碳原子的则分别叫 双同或三同芳香体系。 双同或三同芳香体系。 含有两个或十个电子的同芳香性化合物为已知的。 含有两个或十个电子的同芳香性化合物为已知的。
芳香性判断
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.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. 两个N都与双键相连,孤对电子也都不算,还是6个π电子有一个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.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.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.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,http://206.108.48.51/forumdisplay.php?fid=63。
有机化合物的芳香性
环戊二烯负离子轨道表示式
环戊二烯负离子轨道结构
环庚三烯正离子
环庚三烯正离子盐如溴化物具有芳香性。环庚三烯正离子 是容易从氯化环庚三烯得到的，它的水溶性和IR光谱都表明了 它的稳定性和对称性。
Br
芳香性的含义是在不断发展的，经过一个由浅到深的过
程。随着人们对芳香化合物认识的不断深入，芳香性一词的
使用范围日益扩大，从最初的苯系化合物扩充到非苯系化合 物；由中性分子扩充到离子；由碳环化合物扩充到含杂原子 的环状有机物．
L/O/G/O
Thank You!
在休克尔规则的启示下，近20年合成许多芳香体 系的化合物，出现一系列非苯芳烃。
最初芳香性的定义着重于结构不饱和，但化学性质却相 对稳定的的“另类”有机化合物，如苯、萘、蒽等，它们具 有特殊的性质 ( 不容易发生加成反应而容易发生饱和结构化
合物的性质取代反应)—即芳香性。
0.1334nm
H H
［10］轮烯 环内氢原子间强烈排斥作用使 成环原子不共平面. π电子数10
[18] 轮烯
[22] 轮烯
芳香性
环内氢排斥力微弱，成环原 子共平面,π电子数4n+2
薁（azulene）
薁又名蓝烃，是一个蓝色的片 状物质，熔点 90 ℃ 。它是由一个七 元环和一个五元环稠合而成的。成 环原子的外围有十个π电子，符合休 克尔规则，故具有芳香性，可以发 生某些芳香亲电取代反应。
薁具有明显的 极性，其中五元环 是负电性的，七元 环是正电性的。
+
_
NMR研究证明蓝烃的芳香性。蓝烃分子的化学活性相当 于一个活泼的芳香化合物。亲电取代很容易地发生在 1(3)位置 上，亲核取代发生在 4(8)位置上。蓝烃似乎不发生加成反应。 这样的化学活性也表明此烃的芳香性。
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目前较为广泛使用的芳香性判据是核磁共振化 学位移，常用1H-NMR，用无量纲量δ表示。 以苯为例，当苯分子处在垂直于其平面的外加 磁场Ho作用下，离域的π电子在一定方向上产生环 电流，又因环电流而建立起一个垂直于分子平面的 感应磁场Hi。 在环的外测，Hi和外加磁场Ho相同，应此质子 所受磁场（H= Ho + Hi ）比外加磁场Ho大，这时质 子就可以在一个较低的外加磁场Ho下发生共振，即 移向低场。 在环的内侧刚好相反， Hi和外加磁场Ho相反， 质子所受磁场（H= Ho - Hi ）比外加磁场Ho小，质 子在一个较高的外加磁场Ho下发生共振，即移向高 场。
通过计算分析键长，键角和能量，表明a具有Mobius 芳香性 。这使芳香化合物的合成开始进入了一个崭新的阶段
参考文献
[1] 荣国斌. 高等有机化学基础[M]. 华东理工大学出版社 . [2] 汪秋安. 高等有机化学[M]. 化学工业出版社. [3] 严兢, 宋寅, 彭德高, 李珉. 芳香性概念的新发展[J]. 大学化学. [4] 张新明, 魏先文.芳香性研究的最新进展[J].有 机 化 学 [5] 封继康. 什么是“ 芳香性” 芳香性的定义、判据和无机芳香性化合物[J]. 分子 科学学报.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
芳香性及其判据的发展
随着人们对于芳香化合物认识的不断深入，芳 香性一词的使用范围日益扩大，从最初的苯系化合 物扩充到非苯系化合物；由中性分子扩充到离子； 由碳环化合物扩充到含杂原子的环状有机物,乃至不 含碳的无机环状化合物。 为了判别有机化合物的芳香性，早在1931 年， Huckel就提出了著名的“4n＋2”规则：一个具有平面 密闭共轭体系的单环多烯化合物,当π电子数为4n+2 时( n = 0 ,1 ,2 ,3 ,⋯) 才可能有芳香性。 但传统的Huckel规则只适用于平面或近乎平面 的环状共轭体系，且对于n>5单环多烯时，Huckel 规则也不适用。
芳香性及其判据摘要
及芳香性的新发展——莫比乌斯芳香性
芳香性的经典概念
自1825年Michael Faraday分离出了“苯” 之后，人们发现许多像苯一样具有特殊芳香气 味的化合物，称之为“芳香性化合物”。其主 要性质如下： （1） 环不饱和，但较稳定，在通常情况下不易 被化学试剂破坏。 （2） 易取代，难加成。价键理论问世后，后一 条表述为易亲电取代，难亲电加成。
1964 年, Heilbronner在Huckel分子轨道理论的基础上提出了 “Mobius 芳香性”。与Huckel [4n]体系相比,Mobius [4n] 体系因为有着 闭壳结构而稳定。近些年，人们和发现合成出具有Mobius 芳香性的化 合物。
例如，Ajami, Herges等人合成了一个中性的符合Mobius 拓扑结构的[4n]轮烯衍生物分子a，而同时得到的另一个 Hockel结构的异构体b。
环的外测： H= Ho + Hi 移向低场； 环的内侧： H= Ho - Hi 移向高场.
苯的质子在环的外侧，δ在7.24。[18] 轮烯12个环外氢的δ在9.28，6个环内 氢的δ在-2.99，Δδ很大（12.27）。
莫比乌斯(Mobius)芳香性
Mobius芳香性这个概念来源于拓扑学中的Mobius带。用一条纸带将一 端扭转180°, 然后将两端粘接起来形成的带, 即没有内面, 也没有外面。