有机化学 ——芳香性
芳香性
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.芳香性及其理论1865年，德国化学家凯库勒提出了著名的苯分子的正六边形环状结构式，并正式引入“芳香性”这一概念来描述苯及与苯有关的化合物的物理、化学性质。
此后芳香化学引起了人们极大的兴趣。
随着测试技术和量子化学的发展，人们对芳香性的认识逐步深化。
有关芳香性理论的研究一直是有机化学家、结构化学家和理论化学家的主要研究课题之一。
一、芳香性的涵义芳香性（aromaticity）是一个理论概念，其涵义随理论的发展而不断深化。
芳香性是有机化学中最难准确表述的概念之一。
一般所谓的芳香性分子具有以下几个特点：1、C/H比例高芳香性分子大多具有较高的C/H原子比。
从C/H原子比来看，芳香性分子属于高度不饱和分子。
例如：苯（C6H6）的C/H原子比为1﹕1；萘（C10H8）的C/H原子比为1.25﹕1；富勒烯（C60、C70）的C/H原子比甚至为∞。
而脂肪族分子，除乙炔（C2H2）、丁二炔（C4H2）等少数几个以外，绝大多数C/H原子比教低。
2、键长均一化芳香性分子中碳碳单键与碳碳双键键长有趋于一致的倾向，极端情况为苯分子。
X-射线衍射测定表明苯分子中碳碳键并无单双键之别，所有的碳碳键长均为0.1395nm，介于普通的碳碳单键键长（0.154nm）和碳碳双键键长（0.135nm）之间。
3、分子平面化芳香性分子的一个显著特征就是芳环上的组成原子都处在一个平面或接近一个平面内。
虽然平面分子不一定就是芳香性分子，但芳香性分子总是要求分子具有一定程度的平面性。
4、化学性质“反常”化不饱和分子的典型化学性质就是容易发生加成反应。
芳香性分子虽然属高度不饱和分子，却表现出“反常”的化学性质，即难以进行加成反应，更发生易取代反应，而后者正是饱和分子的典型化学性质。
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！
芳香性
有机化学基本理论主讲人：史达清3. 芳香性芳香性化合物的特点：（1）较高的碳/氢比例；（2）键长的平均化；（3）分子的共平面性；（4）共轭能；（5）特征光谱（在1H NMR 出现环电流，使环上质子化学位移移向低场）；（6）化学性质（结构具有特殊稳定性，易被取代，不易被加成和氧化）。
芳香性的判据休克尔（Hückel）规则：在由sp2杂化碳原子组成的平面单环体系中，含有4n+2 个π 电子的体系将具有与惰性气体相类似的闭壳层结构，从而显示出芳香性。
在具体判断时，不能仅从4n+2 个π电子数进行判断。
一般要同时满足以下三个条件才具有芳香性：（1）闭环共轭体系；（2）成环的所有的原子在同一个平面上(即共平面) ；（3）4n+2 个π 电子举例：（1）环丙烯衍生物（2）环丁二烯衍生物（3）环戊二烯衍生物（4）环庚三烯衍生物（5）环辛四烯衍生物（6）轮烯类化合物其实对于单环共轭多烯，只有当成键轨道或非键轨道完全填充满电子时，才具有闭壳层结构。
如下图所示：（7）稠环芳烃一般，4n+2 规则只适用于平面单环体系，不适用于稠环体系。
对于稠环体系只能用分子轨道法经计算后确定成键轨道、非键轨道和反键轨道数目来看能否形成封闭的π 电子壳层而确定。
对较为简单的多环体系，其中没有三个以上的环所共用的原子，如果π 电子数为4n+2 ，则可以判别该体系是芳香性的。
（8）杂芳环化合物杂芳香性化合物是环上有杂原子取代的具有4n+2 个π 电子并显示芳香特点的化合物，它可以分为两类，一类是利用体系中杂原子上未共享电子对的一些化合物。
例如呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑等。
这些化合物中的氧、氮或硫原子上的未共享电子对和二烯部分的四个π 电子结合得到一个 6 π 电子的4n+2 离域体系。
它们的芳香性大小是：噻吩>吡咯>呋喃。
另外一类是环上杂原子上的未共享电子对并未参与芳香性稳定化作用，例如吡啶、嘧啶等。
此外，还有一些以氮为中心原子的周边共轭体系，例如环[3.2.2]嗪、环[4.4.3]嗪也都是稳定的芳香性化合物。
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。
有机化学基础知识点整理芳香性与芳香族化合物的特性
有机化学基础知识点整理芳香性与芳香族化合物的特性芳香性与芳香族化合物的特性有机化学是研究有机物质的结构、性质、合成和反应的学科。
其中，芳香性是有机化学基础知识中的重要概念之一。
本文将对芳香性以及芳香族化合物的特性进行整理和阐述。
一、芳香性的定义和特点芳香性是指某些有机化合物具有特殊的稳定性和特性，表现为具有香味、稳定的分子结构和特殊的化学反应。
它通常与化合物的环状共轭结构相关。
具有芳香性的化合物有以下几个特点：1.稳定的共轭体系：芳香化合物中的π电子会形成一个稳定的、闭合的共轭体系。
这种闭合的π电子结构使得芳香化合物相对于非芳香化合物来说更加稳定。
2.具有香味：芳香化合物通常具有特殊的香味，这也是芳香性得名的原因之一。
例如，苯味道甜，香水等化妆品中常含有芳香化合物。
3.化学反应活性低：由于芳香化合物的稳定性较高，它们的化学反应活性通常较低。
例如，芳香化合物不容易与氢发生加成反应，不容易被氧化剂氧化。
二、芳香族化合物的分类根据芳香性的不同表现形式，芳香族化合物可以分为以下几个类别：1.单环芳香族化合物：最简单的芳香族化合物是苯，它由六个碳原子形成一个环状结构，每个碳原子上有一个氢原子。
苯是最基本的芳香化合物，也是很多芳香性化合物的基础结构。
2.多环芳香族化合物：由多个苯环连接而成的化合物被称为多环芳香族化合物。
这些化合物通常具有比单环芳香族化合物更复杂的结构和性质。
3.杂环芳香族化合物：除了由碳原子组成的环外，杂环芳香族化合物中还含有其他元素的环结构。
例如，呋喃是一种含有含氧杂环的芳香族化合物。
三、芳香性的判定方法确定一个化合物是否具有芳香性可以采用以下几种方法：1.分子轨道理论：通过计算分子轨道理论中的能级情况，可以预测一个化合物是否具有芳香性。
芳香性的分子通常具有稳定的分子轨道能级结构。
2.环电流检测：通过测量分子内部环电流的大小，可以间接地判断一个化合物是否具有芳香性。
具有芳香性的分子中，环电流通常较大。
《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。
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
NH2
Cl
OCH3
2-甲 氧 基 -6- 氯 苯 胺
OH
CH3
1
COCH3
3-甲基-4-羟基苯乙酮
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
§5.2 苯的结构
3H2
208.5 kJ/mol
H2
119.3 kJ/mol
苯的氢化热：208.5 kJ • mol-1 环己烯氢化热的3倍：
3×119.3 ＝357.9 kJ•mol-1
＊ 5、芳烃侧链的反应
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
一、 芳环上亲电取代反应
试剂中的亲电部分从芳环上取代一个H原子
4–羟基–3–甲氧基苯甲醛
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
C O O H> SO 3H> C O O R> C O C l > C O N H 2> C H O> CO> O H> N H 2> CC >
COOH
1
CC> O R> C l > N O 2
对 -甲 酰 基 苯 甲 酸
CHO
轨道； 6 个π 电子离域在6个C原子上。
p6 6
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
图 5.2 苯的闭合的π轨道 4.环状的共轭体系导致苯分子具有相当高的稳 定性。电子云完全平均化，故无单双键之分。
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
苯分子中的骨架
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
CH3 C CHCH3
2–甲基–3–苯基戊烷 2–苯基–2–丁烯
PhC CH
苯乙炔
CH2
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芳香性
事实证明，环丁二烯和环辛四烯都不具有芳 香性。环丁二烯很不稳定，不易合成；环辛四烯 的8个碳原子不在同一平面上，而是盆形结构。
芳香性
芳香性的化合物有如下四个特点： (a) 它们包括若干数目π键的环状体系； (b) 它们具有平面结构，或至少非常接近于平 面（平面扭转不大于0.01nm）； (c) 环上的每一个原子必须是sp2杂化（在某些 情况下，它们也可以是sp杂化）； (d) 环上的π电子能够发生离域；
苯和吡啶具有芳香性 [10]轮烯不具有芳香性，两个 环内相互排斥ห้องสมุดไป่ตู้不稳定。 [18]轮烯和[22]轮烯具有芳香性
Platt周边修正法
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Hűckel规则进行了完善和补充。
处理方法： （1）一些稠环烃可看成轮烯； （2）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，并将出现在轮烯内外的单键忽略。
判断下列物质是否有芳香性
分子具有芳香特性的标志
(a) 虽有不饱和键，但不易进行加成反应，而是 容易进行亲电取代反应； (b) 具有低的氢化热和低的燃烧热，显示特殊的 稳定性； (c)用核磁共振谱进行测定，这类化合物的质子 与苯的质子一样，显示类似的化学位移。
Platt周边修正法
轮烯内外的双键写成其共振的正负电荷形式。
π电子数的计算
（1）对于中性化合物，有n个双键，就有n×2 个π电子； （2）对带正电荷的化合物，带一个正电荷无影 响，带两个正电荷，就有n×2－2个π电子； （3）对带负电荷的化合物，带一个负电荷，就 有n×2＋2个π电子，带两个负电荷就有n×2＋4 个π电子；
Hűckel规则
Hűckel于1931年通过分子轨道理论计算指出： 对于单环共轭多烯分子，当成环原子都处在同一 平面，且离域的π电子数是4n+2时，该化合物具 有芳香性。
n 4n＋2 代表化合物 1 6 苯、吡啶 2 10 [10]轮烯 4 18 [18]轮烯 5 22 [22]轮烯
Hűckel规则
理论有机化学 ——芳香性
姓名：？？ 学号：2017 专业：
芳香性
已知苯是由六个sp2杂化碳原子构成的环状 体系，每个碳原子的p轨道在侧面相互交盖形成 闭合共轭体系，具有芳香性。
它可看成是一个环状共轭多 烯，组成环的每个碳原子是 sp2杂化，同时有一个p轨道。 那么其他环状共轭多烯，如 环丁二烯和环辛四烯等，是 否也具有芳香性呢？