有机化学科普（一）：芳香性及其判断

芳香性和芳香化合物

芳香性，从字面意思上来看，就是一种有香味的性质。那么，相应地具有这种性质的化合物就被称为芳香性化合物。芳香性化合物最初被发现时就是从植物胶中提取出来的具有芳香气味的物质。

大部分从自然界提取出来的芳香性化合物是具有芳香性的，但是并非所有的芳香性化合物都具有香味，因为芳香性化合物不只来源于自然提取，还可以人工合成，一般人工合成的芳香性化合物就没有香味。所以，通过气味来辨识一个化合物是否具有芳香性并不准确。

现在对于芳香性化合物的界定，主要是将其与开链化合物和脂环烃区别开来，毕竟芳香性化合物具有其独特的性质，目前已经形成了一个具有独立性的体系。

判断一个化合物是否具有芳香性，必须用到一个判断准则，即休克尔规则。

休克尔规则由3个条件组成，即：①所判断的化合物中有闭环共轭体系；②成环的所有原子在同一个平面上；③环内有4n+2个π电子（n必须为0或任意正整数）。

这3个条件总结的简单一点就是：闭环共轭、共平面、4n+2个π电子。一个化合物只有同时满足这3个条件才可以认为其具有芳香性，否则就没有。

在这里有一些需要注意的点：

①共轭效应在环上一般是有两种：π-π共轭和p-π共轭。π-π共轭就是碳碳单键和碳碳双键交替出现；p-π共轭又分为三种类型，因为p轨道上填充的电子数量有三种，但是无论p轨道是空轨道还是填充了1个或者2个电子，都属于p-π共轭。

②原子杂化方式若为sp3杂化的话，这个原子在成键之后的构型为空间四面体，那么这个原子上必然没有p轨道，所以它不会和周围的双键形成p-π共轭；而且该原子连有4个单键，也不可能形成π-π共轭；其不仅满足不了共轭这个条件，同时也满足不了共平面这个条件，因为这个sp3杂化的原子上的4个sp3杂化轨道不在同一个平面上，结果导致了这个原子和其它原子不能共平面。

③原子杂化方式若为sp2杂化的话，其除了3个sp2杂化轨道外，还有一个p轨道，并且这3个p轨道处于同一个平面上形成一个平面三角形，同时p轨道与这个平面相垂直，这就满足了这个原子和其它sp2杂化的原子共平面的条件了；另外，sp2杂化的原子要么拥有一个p轨道，要么连有一个双键，所以其与邻近的双键是可以形成p-π共轭或者π-π共轭的。

举例判断芳香性

最经典的芳香性化合物就是苯，一个六元环状化合物，其上6个碳原子皆为sp2杂化，所有成环原子共处于同一个平面，环上有3个双键、3个单键，单双键交替出现，形成π-π大共轭，环上共有3个π键即共有6个π电子，满足4n+2个π电子的要求（n为1），所以苯是芳香化合物。

另外还有一些具有芳香性的化合物，如：环丙烯正离子、环戊二烯负离子、环庚三烯正离子、环辛四烯双负离子、环辛四烯双正离子。

在这里以环戊二烯、环戊二烯自由基、环戊二烯正离子、环戊二烯负离子为例进行分析一下这四个物质是否具有芳香性：

①环戊二烯

环戊二烯中5个碳原子中有4个是sp2杂化原子，有1个是sp3杂化原子，所以这个sp3杂化的碳原子上没有p轨道，也不连有双键，所以并不与相邻的双键形成p-π共轭或者π-π共轭，环上只有2个π键，共4个π电子，不符合4n+2的条件，所以环戊二烯不具有芳香性，不是芳香性化合物。

②环戊二烯自由基

环戊二烯自由基中5个碳原子皆为sp2杂化，形成自由基的那个碳原子上3个sp2杂化轨道形成一个平面三角形，并且在平面的垂直方向上有一个p轨道，该p轨道上填充有1个电子，所以该p轨道与两个π键形成p-π共轭，所以环上形成了一个闭环共轭结构，并且所有成环原子处于同一个平面，但是π电子却有5个，不符合4n+2的条件，所以环戊二烯自由基不具有芳香性。

③环戊二烯正离子

环戊二烯正离子中5个碳原子皆为sp2杂化，形成正离子的那个碳原子上3个sp2杂化轨道形成一个平面三角形，并且在平面的垂直方向上有一个p轨道，该p轨道上没有电子，所以该p空轨道与两个π键形成p-π共轭，所以环上形成了一个闭环共轭结构，并且所有成环原子处于同一个平面，但是π电子却有4个，不符合4n+2的条件，所以环戊二烯正离子不具有芳香性。

④环戊二烯负离子

环戊二烯负离子中5个碳原子皆为sp2杂化，形成负离子的那个碳原子上sp2杂化轨道形成一个平面三角形，并且在平面的垂直方向上有一个p轨道，该p轨道上填充有2个电子，所以该p轨道与两个π键形成p-π共轭，所以环上形成了一个闭环共轭结构，并且所有成环原子处于同一个平面，环上共有6个π电子，符合4n+2的条件（n为1），所以环戊二烯负离子具有芳香性。

环丙烯/环庚三烯及其自由基、正离子、负离子的芳香性判断方法和上述判断环戊二烯及其自由基、正离子、负离子的判断方法是一样的，可以参照上述步骤自行判断，以便增加对休克尔规则的理解程度。环辛四烯上只有8个π电子，所以环辛四烯上的π电子数不符合4n+2的条件，所以环辛四烯没有芳香性；环辛四烯双正离子比环辛四烯少2个π电子，共有6个π电子，符合4n+2，n为1，所以环辛四烯双正离子具有芳香性；环辛四烯双负离子比环辛四烯多2个π电子，共有10个π电子，符合4n+2，n为2，所以环辛四烯双负离子具有芳香性。

环辛四烯结构式如下：

环辛四烯双负离子结构式如下：

环辛四烯双正离子结构式如下：

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