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☑回复“有机化学群”带你直达友军部队☑回复“真题”获取考研真题解题方法与技巧芳香性的判断定义一般具有芳香性的化合物都具有如下特征:

(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)。

芳香性的判据单环体系芳香性的判断休克尔(Hückel)提出的 4n+2 规则最初是用来判断单环体系的芳香性,其内容是:在sp2杂化碳原子组成的单环体系内,含有4n+2 个π电子的体系将具有类似于惰性气体的闭壳层结构,因而会显示出芳香性。后来又用简化的分子轨道法计算了这些分子轨道的能级,说明具有芳香性的分子恰好是成键轨道全充满的体系。

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

环状离子化合物芳香性的判别

一些环状的共轭烯烃,它的正离子或负离子具有芳香性。

例如:(1)环丙烯衍生物( 环丙烯正离子只有两个π电子,电子的数目符合休克尔规则,具有芳香性。 )

(2)环丁二烯衍生物

(3)环戊二烯衍生物( 环戊烯负离子只有两个π电子,电子的数目符合休克尔规则,具有芳香性。 )

稠环芳香体系的判断

大量实验事实的基础上,有人提出了多环修正法。修正法指出,在多环体系中, 如果体系接近或在一个平面上,且π电子数为4n+2时,则该体系也具芳香性。也就是说,可以忽略中心的桥键,直接用休克尔规则来判别它们的芳香性。

例如萘、蒽和菲都是具有芳香性的化合物。

又如下列一组多环体系。

化合物( I )有 8个π电子,(Ⅲ)有12个π电子,不符合4n+2规则,不具有芳香性。化合物( Ⅱ)和(Ⅳ)各有10个π电子,符合4n+2规则,因此,它们具有芳香性。

注意:应用修正法时,要注意这仅适用于那些两个环碳原子的多环体系。而对于那些有三个以上环共用一个碳原子的多环体系,不能简单地套用这一方法。

解题技巧

1.平面单环碳原子化合物判定芳香性的方法。

在这种化合物中碳原子一般是sp2杂化。通过分析碳原子轨道杂化的结构可以知道,参与形成π键的电子数和参与sp2的碳原子数是相等的。例如,苯的六个碳原子都参加了sp2杂化,所以苯就有6个π电子。若是出现带电荷的环状化合物,那么π电子数=参与sp2杂化的碳原子数-该化合物所带正电荷数=参与sp2杂化的碳原子数+该化合物所带负电荷数。

例如,环丙烯基正离子,π电子数=3-1=2.

2.杂环化合物芳香性的判断。

先判断杂原子提供几个π电子,再看几个杂原子与几个相邻原子键合,从而确定杂原子的杂化轨道式,求剩下的p电子数,就是该原子给出的π电子数。

它可以分为两类:

  1. 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6π电子的4n+2离域体系。

    它们的芳香性大小是:噻吩>吡咯>呋喃。

  2. 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。

3.杯烯型分子芳香性的判别

最典型的杯烯化合物是(Ⅶ)和(Ⅷ),它们都被证明具有芳香性。考查这类分子量好把它们写成偶极结构,这样化合物(Ⅶ)两个环就分别具有环丙烯正离子和环戊二烯负离子的结构,而化合物(Ⅷ)两个环则分别具有环戊二烯负离子和环庚三烯正离子的结构。

4.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。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。

  1. 吡咯的N的孤对电子(孤对电子在p轨道)要算进去,在加两双键上的4个电子,共有6电子,有芳香性.(成环的四个碳原子和一个杂原子都是sp2杂化,所以你看的图中 N还要再连接一个H.  N总共5个电子,连接了三个达到八电子饱和 故其还有一对电子对未画出,所以是两个双键4个再加N的一对孤电子对2个总共六个)

  2. 吡啶中N原子上连有双键,N上孤对电子(孤对电子在sp2杂化轨道)不能算进去,三双键共轭,共有6个π电子,有芳香性.(一个原子提供一个π电子 既然已经双键提供过一次 就只算一次 理论上解释是sp2轨道的孤电子无法与P平行,即无法和π键共轭)

  3. 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.(遇到这种没双键的 但是有正负电子的 我一般是 先数双键 然后数几个折角 即连接处 然后 是正的话减去 减去正的个数 是负的话加上负的个数理论依据是 正电荷的话带0个π电子 而负电荷的话带两个π电子,补充下自由基带一个π电子)

    真题(中国药科大学2004)

练习题

参考答案

  1. (2)、(3)、(4)

  2. (2)、(4)

  3. (2)

  4. (1)、(2)

  5. (4)

  6. (4)

模拟题

1.下列化合物中,有芳香性的是( )

2.下列化合物中,有芳香性的是( )

参考答案

  1. A,B,C

  2. B

提示:D不共面

([14]轮烯和[10]轮烯因为环内的2个H间隔太近,斥力很大,以至于整个环必须变成不在同一平面(让这两个H上下错开)才行,丢失了芳香性。)

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