同芳香性

基本定义

同芳香性：是指含有一个或多个sp3杂化碳原子位于非定域平面外边的体系。这种相隔一个饱和碳原子的非邻接的sp2杂化碳原子上的π轨道之间也可以发生有效的重叠，形成同共轭作用。如果所构成的同共轭体系具有4n+2个π电子，并呈现环状平面结构，那么它应具有芳香性，这种芳香性称同芳香性。

例如，环辛三烯基正离子和双环[3.2.1]-2,6-辛二烯基负离子都是同芳香性化合物。

判定依据

芳香性判据——休克尔规则，化合物是否具有芳香性，不一定要含有苯环，德国化学家休克尔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为非苯芳烃。非苯芳烃包括一些环多烯和芳香离子等。1

规则作用

1.特点分子的分析

从休克尔规则我们可以得知，具有芳香性的通常是具有如下四个特点的分子：

（1）它们是包括若干数目π键的环状体系；

（2）它们具有平面结构，或至少非常接近平面（平面扭转不大于0.1nm）；

（3）环上的每一个原子必须是sp2杂化（某些情况也可以是sp杂化）；

（4）环上的π电子能够发生离域。

2.分子具有芳香性的标志

分子具有芳香性的标志是：

（1）这类化合物虽有不饱和键，但不易进行加成反应，而与苯相似，容易进行亲电取代；

（2）通过氢化热或燃烧热对离域能的热化学测量表明，这类具有芳香性的环状分子比相应的非环体系具有低的氢化热低的燃烧热，而显示特殊的稳定性。

（3）用物理方法和核磁共振谱进行测定，这类化合物的质子与苯及其衍生物的质子一样，显示类似的化学位。

规则原理

具有芳香性原因：

为什么4n+2个π电子平面单环共轭体系才具有芳香性呢？从分子轨道能级计算发现，当平面单环体系中的成键轨道数目为2 n+1时，如果有4n+2个π电子刚好能给满成键轨道，从而具有类似惰性气体的电子排布，而将具有最大的成键能而变得稳定，平面或接近平面， 电子的离域才有效；当环上的原子存在空间的排斥作用而破坏环的平面时，4n+2规则不适用。

在单环共轭多烯分子中，π电子数目符合4n+2规则具有芳香性的原因 ，可以这种体系的分子轨道能级图得到答案。在单环共轭多烯体系的分子轨道能级图中，都有能量最低的成键轨道和能量最高的反键轨道。对于能量最高的反键轨道，在p轨道是单数时有两个（简并轨道）；在p轨道是双数时，只有一个。其它那些能量较高的成键轨道和反键轨道或/和非键轨道都是两个（简并的）。根据休克尔理论，当成键轨道充满电子时，它们具有与惰性气体相似的结构，因此体系趋向稳定，除能量最低的成键轨道需要2个电子充满外，其它能量较高的两个成键轨道和非键轨道需要4个电子才能充满，即只有（4n+2）个π电子才能充满这些轨道，使体系处于稳定，而具有芳香性。

相关知识

反芳香性：是指共平面，π电子数为4n，共面的原子均为sp2或sp杂化的轮烯上，带有不与轮烯共平面的取代基或桥。同芳结构的物质得到或失去电子成为4n体系是很难的，因为要生成更不稳定的反同芳结构。