有機化合物之芳香性

作者簡介：高巍，女，博士，講師，研究方向為天然藥物有效成分結構修飾；武雪芬，女，教授，碩士生導師，學科主任，研究方向為新型藥物的合成與修飾。

摘要：許多有機化合物都具有芳香性，正是由于其中很多化合物都散發著芳香的氣味。可是，到底要怎樣判斷一個化合物是否具有芳香性呢？這是許多學生都會遇到的難題。本文不但分析了不同結構類型的芳香化合物，還對休克爾規則中最重要的π電子數的計算方法進行了歸納總結。

關鍵詞：芳香性；休克爾規則；共軛

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1673-9795(2012)01(a)-0000-00

現實生活中，人們總留戀于美好的事物，自然對那些有芳香氣味的物質更貪戀一些。人們所熟悉的苯和其同系物、衍生物，還有芳香雜環化合物及其它一些環狀化合物等等都屬于芳香化合物的范疇。那么，難道它們真的都散發著迷人的芬芳嗎？

早在十九世紀，人們就研究了具有香味的物質，像冬青油、茴香油、香草等的主要成分都是苯系化合物[1]，故將這一類化合物命名為芳香化合物。后來，隨著研究的不斷深入，人們發現，許多與苯性質相似的化合物不但沒有芳香氣味，有些甚至還有惡臭的氣味（如：吡啶）。但是，由于它們在性質上的相似性，即高度不飽和卻具有特殊的穩定性[2]，人們將這種性質稱為芳香性，將具有這種性質的化合物統稱為芳香化合物。芳香化合物在結構上必須滿足休克爾規則[3]。

休克爾規則：（1）環狀閉合共軛體系；（2）所有成環原子處于同一平面；（3）電子數符合4n+2（n≥0）規則。

符合休克爾規則的芳香化合物按照結構類型的不同分為兩大類：苯系芳烴和非苯芳烴。苯系芳烴中除只含一個苯環的苯及其同系物、衍生物外，還包括像萘、蒽、菲等稠環芳烴。與苯相似，由于它們的成環碳原子都在同一平面上，且電子數分別為10和14，符合休克爾規則，是芳香化合物。雖然萘、蒽、菲是稠環芳烴，但構成環的碳原子都處于最外層環上，可看成是單環共軛多烯，故可用休克爾規則判斷芳香性。

非苯芳烴主要分為四部分：

1）小環環烯離子

a. 環狀閉合共軛體系，4n個電子，且分子多為非平面環結構：根據休克爾規則，不具有芳香性。如：環丁二烯、環辛四烯。

凡具有4n個電子的一類環烴，不但都沒有芳香性，而且它們的能量一般還比相應的直鏈多烯烴高，即它們的穩定性很差。通常稱為反芳香性化合物。

若要使它們具有芳香性，須得失2個電子，成為離子形式。

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b. 環狀非閉合共軛體系：根據休克爾規則，無論是否符合4n+2規則，均不具有芳香性。如：環丙烯、環戊二烯。若要使它們具有芳香性，須得或失1個電子，成為離子形式。

；

以上兩類環狀結構本無芳香性，在得失≤2個電子的范圍內，可以使得到的離子滿足4n+2（n≥0）規則從而具有芳香性。

c. 特殊的小環環烯：

如托酚酮（環庚三烯酚酮），其環狀結構是由7個原子7個電子構成的非芳香體系。由于是環酮結構，極性羰基上電負性高的氧原子吸引電子，使環帶有了部分正電荷，變成6個電子的共振結構，而具有了芳香性。

2）大環輪烯及其離子

電子數為4n+2（n≥2）的大環共軛烯烴，基本滿足休克爾規則，本應具有芳香性。但由于這類結構還需考慮輪內氫原子是否具有空間排斥作用，就給判斷是否具有芳香性帶來了困難。

例如，[10]-輪烯和[14]-輪烯：電子數符合休克爾規則，但由于輪內氫原子在空間擁擠，具有強烈的排斥作用，會向環平面外翹起，使成環原子不能在同一平面上，故沒有芳香性。而[18]-輪烯的輪內氫原子空間位阻小，排斥力很微弱，是典型的芳香大環化合物。

因此，成環原子數為10-17時，無論是分子形式還是離子形式，輪內氫原子均具有不同程度的空間排斥作用，分子沒有芳香性。當成環原子數≥18時，忽略輪內氫原子空間排斥作用，無論是分子形式還是離子形式都認為具有芳香性。

3）芳香雜環化合物：如吡咯、呋喃、吡啶等。分子中均含有非苯的環狀共軛結構，但它們都符合休克爾規則，是芳香化合物。

4）非苯系的稠環芳烴：

如藍烴（azulene），是由一個七元環和一個五元環稠合而成的。成環原子的外圍有十個電子，符合休克爾規則；七元環有把電子給予五元環的趨勢，這樣七元環上帶一個正電荷，五元環上帶一個負電荷，結果每個環上都分別有6個電子。

休克爾規則中，最重要的一點是4n+2（n≥0）規則。一般認為，含4n+2個電子的環狀閉合共軛體系的化合物都具有一定程度的芳香性。苯系芳烴不需要計算電子數，因為它們一定都滿足4n+2個電子。而非苯芳烴由于形式多樣，學生計算電子數并不容易。

因此，將非苯芳烴電子數的計算總結成如下公式：

電子數 ＝ 成環原子數 ± 得失電子數

由此，無論非苯芳烴是以何種形式出現（分子形式或離子形式），只要學生熟練掌握上述公式，再大的難題也不會成為問題。

參考文獻

[1] 胡小銘.芳香性的定義[J].九江師專學報(自然科學版)，1999，18(5).

[2] 康俊卿等.論芳香性[J].山西農業大學學報，1987，(2).

[3] 吉卯祉等.有機化學(第2版)[M].北京:科學出版社，2009.