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17.6 : 芳香度标准和 Hückel 4n + 2 规则

与苯一样,环丁二烯和环辛四烯是具有交替单双键的环状化合物。 然而,它们的化学行为与苯不同,因为它们不稳定且非芳香族。 那么,芳香族不饱和化合物有哪些结构特征呢?

德国化学物理学家埃里克·休克尔 (Eric Hückel) 首次推导出芳香族化合物的一系列结构特征。 这就是现在所称的 Hückel 规则或 4n + 2 规则。 根据这一规则,芳香族化合物必须是环状、平面、连续共轭的,具有奇数对 π 电子或 4n + 2 个 π 电子,其中 4n 是整数 (n = 0, 1, 2…)。 因此,芳香族化合物应具有 2 (n = 0)、6 (n = 1)、10 (n = 2)、14 (n = 3) 等 π 电子数或 1、3、5、7 个 等,π电子对。

例如,1,3,5-己三烯和苯有6个π电子; 即使如此,1,3,5-己三烯也不是芳香族的,因为两个末端碳原子上的 p 轨道不重叠,因为键不连接这些碳。 因此,化合物必须是环状的才能是芳香族的。

Figure1

虽然它是具有连续四个π键的八元环状化合物,但环辛四烯不稳定且不具有芳香性。 这是因为环辛四烯是非平面的; 它采用盆式结构。 因此,p 轨道有效重叠以形成 π 电子云的闭环是不可行的。 值得注意的是,与苯不同,它会发生加成反应。

对于连续共轭的化合物,它必须具有 sp2 杂化的所有碳,每个碳上都有半填充的未杂化 p 轨道。 例如,1,3-环己二烯和1,3,5-环庚三烯具有sp3杂化碳,不具有未杂化的p轨道,因此连续重叠是无法实现的。 因此,它们都不是芳香族的。

Figure2

另一方面,环丁二烯是一种具有连续共轭的环状平面化合物,不稳定且非芳香族。 它具有 2 对 π 电子或 4 个 π 电子,不满足具有 4n + 2  π 电子的标准。 因此,它不具有芳香性。

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AromaticAromaticityH ckel Rule4n 2 RuleConjugationPlanarCyclicPi Electrons

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