芳香性怎么判断
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2023年2月21日发(作者：外研社比赛)芳香性
目录
定义
芳香性概述
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编辑本段定义
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.
编辑本段芳香性概述
芳香性判据
芳香性判据——休克尔规则
是不是具有芳香性的化合物一定要含有苯环德国化学家休克尔而从分子轨道理论的
角度，对环状化合物的芳香性提出了如下的规则，即休克尔规则：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=0,1,2,3，…整数），就有芳香性(当n>7时，有
例外）.其中n相当于简并的成键轨道和非键轨道的组数.苯有六个π电子，符合4n+2规
则，六个碳原子在同一平面内，故苯有芳香性.而环丁二烯，环辛四烯的π电子数不符合
4n+2规则，故无芳香性.
凡符合休克尔规则，具有芳香性.不含苯环的具有芳香性的烃类化合物称作非苯芳烃，
非苯芳烃包括一些环多烯和芳香离子等.
轮烯
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，可按休克尔规则判断，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.
非苯芳烃及芳香性判据
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.
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.薁的偶极矩为3.335×10-30C·m，其中环庚三烯带有正电荷，环戊
二烯带有负电荷，可看成是由环庚三烯正离子和环戊二烯负离子稠合而成的，两个环分别有
6个电子，所以稳定，是典型的非苯芳烃.
莫比乌斯体系
与Hückel体系共轭分子芳香性不同，若将Hückel体系共轭分子，以一个端点碳原子
为原点，把分子链上的其它碳原子,在共轭平面中作扭转，其结果恰好使另一个端点碳原子
转动180°，然后，再将头尾两个碳原子相连，使之形成单环共轭多烯烃.在这类单环共轭多
烯烃中，头尾两个碳原子的p轨道位相相反（或位相转换数为1）.这种体系叫莫比乌斯体
系.在莫比乌斯体系中，若π电子数为4n(n=0,1,2......），则形成稳定的闭壳层电子结构，
分子稳定，具有芳香性.
莫比乌斯体系主要用于芳香过渡态理论.
芳香过渡态理论
目录
芳香过渡态理论
应用
1965年WoodWard和Hoffman提出分子轨道对称性守恒原理,说明了分子轨道的对称
性质对化学反应进行难易程度及产物构型的决定作用,成为考察反应机理的主要理论方法.
对这一原理的描述,除了大家熟悉的―前线分子轨道理论‖和―能量相关理论‖外,还有―Mobius
结构理论‖(芳香过渡态理论).Mobius结构理论是1966年man发展了
Heilbronner关于大环多烯扭曲会产生Mobius型化合物的设想,提出的另一种解释周环反应
的方法,即Huckel-Mobius芳香过渡态的概念.与前线轨道理论和能量相关理论不同之处是它
不考虑轨道的对称性,而是认为周环反应经历了一个芳香过渡状态。
编辑本段芳香过渡态理论
与基态分子一样，周环反应的过渡态也可分为芳香性的和反芳香性的。芳香性的过渡
态具有较低的活化能，若反应能够形成芳香性过渡态，则反应是允许的。反芳香性过渡态具
有较高的活化能，若反应形成反芳香性过渡态，反应将是不利的或禁阻的。
当了解了相互作用轨道的排列方式及其所涉及的电子数后，在判断相应的过渡态是芳
香性的还是反芳香性时，有两种概念：休克尔（Hückel）轨道体系和莫比乌斯（Mobius）
轨道体系的概念。对于环状共轭多烯，休克尔轨道体系和莫比乌斯体系是不同的。
环状共轭多烯的π轨道，在基态时位相可以发生扭转，扭转1、3、5、…奇数次的叫
莫比乌斯体系，扭转2、4、6、…偶数次的叫休克尔体系。例如，已知苯的分子轨道分别有
0、2、4、6转化记号，是休克尔体系，
而莫比乌斯体系
对于休克尔体系，含有4n+2个电子时是芳香性的（稳定的），含有4n个电子时是反
芳香性（不稳定的）；就莫比乌斯体系而言，虽然在周环反应的环状过渡态中发现了这种扭
转体系，但实际上并未找到这种结构的分子。莫比乌斯体系的分子轨道是指环状过渡态位相
颠倒奇数次，最常见的是一次，莫比乌斯轨道理论断言：含有个4n电子时是芳香性的（稳
定的），而含有4n+2个电子时是反芳香性的（不稳定的）。
利用休克尔和莫比乌斯体系及其所规定的芳香性的概念，对周环反应选择规律进行解
释的理论，叫―芳香性过渡态‖理论。
对于周环反应，使用芳香性过渡态概念时，需要知道相邻原子轨道的转化记号数目和
轨道所包含的电子数目。
按照芳香性过渡态概念，对于周环反应，若能形成芳香性过渡态（休克尔体系含有4n+2
个电子，莫比乌斯体系含有4n个电子），反应在加热下即可进行。因为这样的过渡态具有
较小的能量。若反应通过反芳香性过渡态（休克尔体系含有4n个电子，莫比乌斯体系含有
4n+2个电子），则需在光的作用下才能进行。因为在光化学反应中，将激发态的反应物转
变成基态的产物起着决定的作用。对于反芳香性过渡态，激发态和基态之间的能量差较小，
因此比较容易进行。
编辑本段应用
1，3-戊二烯氢原子的[1，5]σ移位有两种可能的立体化学途径，同面和异面过程的过
渡态分别如下：
同面移位的过渡态没有转化记号，是休克尔体系，而异面过程的过渡态有一个转化记
号（箭头处），是莫比乌斯体系。已知参与反应的电子数是4n+2时，休克尔体系是芳香性
的，而参与反应的电子数是4n时，莫比乌斯体系是芳香性的。在此过渡态中有6个电子，
属于休克尔芳香体系，所以同面过程是允许的。
同面过程休克尔体系异面过程莫比乌斯体系
在氢原子的[1，5]σ移位反应中，由于同面过程形成了芳香性过渡态，故在加热下即可
完成。而异面过程因形成反芳香性过渡态，故需在光照下才能完成。
对于1，3–丁二烯和环丁烯的相互转化，应用芳香性过渡态理论可作如下分析：这是
涉及4电子的π体系或π-σ体系，顺旋是符合莫比乌斯体系，4个电子有一次记号转化，
是芳香性的。对旋有两次记号转化，是休克尔体系，但有4个电子，是反芳香性的。所以
顺旋能量上是有利的，反应是允许的，而对旋是禁阻的，则需在光的作用下反应才能进行。
顺旋对旋
1，3–丁二烯的电环化反应
也可以这样看，旋转后休克尔体系中，分子轨道节点数为零或偶数个，而莫比乌斯体
系为奇数个。
芳香性过渡态理论并不需要考虑轨道的对称性，这是它的方便之处。