第四章_芳香性
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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.芳香性及其理论1865年,德国化学家凯库勒提出了著名的苯分子的正六边形环状结构式,并正式引入“芳香性”这一概念来描述苯及与苯有关的化合物的物理、化学性质。
此后芳香化学引起了人们极大的兴趣。
随着测试技术和量子化学的发展,人们对芳香性的认识逐步深化。
有关芳香性理论的研究一直是有机化学家、结构化学家和理论化学家的主要研究课题之一。
一、芳香性的涵义芳香性(aromaticity)是一个理论概念,其涵义随理论的发展而不断深化。
芳香性是有机化学中最难准确表述的概念之一。
一般所谓的芳香性分子具有以下几个特点:1、C/H比例高芳香性分子大多具有较高的C/H原子比。
从C/H原子比来看,芳香性分子属于高度不饱和分子。
例如:苯(C6H6)的C/H原子比为1﹕1;萘(C10H8)的C/H原子比为1.25﹕1;富勒烯(C60、C70)的C/H原子比甚至为∞。
而脂肪族分子,除乙炔(C2H2)、丁二炔(C4H2)等少数几个以外,绝大多数C/H原子比教低。
2、键长均一化芳香性分子中碳碳单键与碳碳双键键长有趋于一致的倾向,极端情况为苯分子。
X-射线衍射测定表明苯分子中碳碳键并无单双键之别,所有的碳碳键长均为0.1395nm,介于普通的碳碳单键键长(0.154nm)和碳碳双键键长(0.135nm)之间。
3、分子平面化芳香性分子的一个显著特征就是芳环上的组成原子都处在一个平面或接近一个平面内。
虽然平面分子不一定就是芳香性分子,但芳香性分子总是要求分子具有一定程度的平面性。
4、化学性质“反常”化不饱和分子的典型化学性质就是容易发生加成反应。
芳香性分子虽然属高度不饱和分子,却表现出“反常”的化学性质,即难以进行加成反应,更发生易取代反应,而后者正是饱和分子的典型化学性质。
有机化学基础知识点整理芳香性和芳香化合物的性质芳香性和芳香化合物的性质有机化学是化学领域中的一个重要分支,研究有机物的结构、性质和合成方法等。
芳香性和芳香化合物是有机化学中的重要概念和研究内容之一。
本文将对芳香性和芳香化合物的基础知识点进行整理。
一、芳香性的概念芳香性是指含有芳香环结构的化合物所特有的性质或现象。
它是由芳香环中的π电子云形成的高度共轭体系所决定的。
具备芳香环结构的化合物表现出一系列独特的性质,包括稳定性高、反应活性低、呈现特殊的气味等。
二、芳香性的规则和条件1. 符合Hückel规则Hückel规则是判断一个化合物是否具备芳香性的一个重要准则。
根据Hückel规则,一个环状分子具备芳香性必须满足:- 分子是平面的;- 分子中含有 4n+2 个π电子,其中 n 是非负整数。
2. 产生高度共轭体系芳香性是由共轭体系中的π电子云形成的,因此产生芳香性的分子通常具有大范围的共轭结构。
对于苯环来说,由于其电子云在整个环上共轭,因此苯是最简单的芳香化合物。
3. 具备极性芳香化合物中的芳香环带有电负性较大的原子团,如氧、氮等,因此具备一定的极性。
然而,芳香化合物整体上常表现出较弱的极性,主要由于π电子在环上的扩散。
三、芳香化合物的性质1. 化学稳定性芳香化合物的共轭结构使其更加稳定。
对于具有芳香性的化合物,由于能量更低,其化学稳定性也相对较高。
这也是为什么芳香化合物常用作药物、染料和香料等方面的原料。
2. 同位素标记由于芳香化合物的稳定性,可以通过同位素标记来追踪其在化学反应中的转化过程。
同位素标记技术在有机化学的研究和应用中扮演着重要的角色,有助于揭示化学反应的机理和动力学。
3. 气味和香味芳香化合物常常具有独特的气味和香味,广泛应用于香水、香料和食品添加剂等方面。
因为芳香化合物形成的芳香环结构能够与嗅觉受体结合,产生特殊的感官效应。
4. 光谱特性芳香化合物在红外光谱、紫外光谱和核磁共振光谱等光谱中表现出特殊的峰值和吸收特性,这对于准确鉴定和表征芳香化合物具有重要意义。
有机化学基础知识点整理芳香性的定义与判断芳香性的定义与判断有机化学是研究碳元素化合物的化学性质和反应机理的学科。
在有机化学中,芳香性是一个重要的概念,指的是具有芳香性质的化合物。
芳香性的定义与判断是有机化学基础知识点中的一部分。
本文将从芳香性的定义、芳香性的判断以及具有芳香性的常见化合物等方面进行整理。
一、芳香性的定义芳香性是指具有芳香环结构的化合物所具有的一种特殊性质。
芳香环是由6个碳原子构成的六元环结构,其中的每个碳原子通过σ键相连,同时具有3个π电子。
芳香性是由芳香环上的π电子形成的共轭体系所决定的。
具有芳香性的化合物通常表现出稳定性高、反应性低的特点。
二、芳香性的判断判断一个化合物是否具有芳香性,需要考虑以下几个方面:1. 符合芳香环结构:化合物中存在由6个碳原子构成的六元环结构,其中的每个碳原子通过σ键相连,同时具有3个π电子。
这个结构通常被称为芳香环或芳香骨架。
2. 共轭体系存在:对于具有芳香性的化合物,芳香环上的π电子会形成一个共轭体系,即π电子在整个芳香环内进行共享。
这种共轭体系的存在是芳香性的重要特征。
3. Huckel规则的满足:Huckel规则是判断一个分子体系是否具有芳香性的经验规则。
根据Huckel规则,化合物中的π电子数必须满足4n+2的形式,其中n为任意正整数。
根据以上条件进行判断,如果化合物符合芳香性的定义,即具有芳香环结构、共轭体系存在以及满足Huckel规则,则可以判定该化合物具有芳香性质。
三、具有芳香性的常见化合物1. 苯:苯是最简单的芳香化合物,化学式为C6H6。
苯的芳香环结构由6个碳原子组成,每个碳原子上还连接有一个氢原子。
苯是一种无色液体,具有特殊的香味。
2. 甲苯:甲苯是另一种常见的芳香化合物,化学式为C7H8。
甲苯的芳香环结构由一个苯环和一个甲基基团组成。
甲苯是一种无色液体,具有特殊的香气。
3. 香兰素:香兰素是一种常见的天然芳香化合物,化学式为C8H6O3。
有机化学基础知识点整理芳香性与芳香族化合物芳香性与芳香族化合物是有机化学中重要的基础知识点。
本文将对芳香性的定义、芳香族化合物的特点以及其常见的衍生物进行整理和讨论。
1. 芳香性的定义芳香性是指化合物具有很强的香气或特殊的气味。
最早由药学家法默尔首次提出,之后由克劳葛斯汀进行了进一步研究并给出了更为精确的定义。
根据克劳葛斯汀的定义,芳香性是由于分子中含有具有共轭的π电子系统。
2. 芳香族化合物的特点芳香族化合物是一类具有芳香性的有机分子。
它们通常具有以下特点:- 具有共轭的π电子系统:芳香族化合物的分子中通常存在连续的π键,这些π键通过杂化形成轨道重叠,形成共轭的π电子系统。
- 稳定性较高:芳香族化合物的共轭π电子系统使得其分子结构稳定,具有较高的热稳定性和不容易发生化学反应的特点。
- 符合亲电取代规则:在芳香族化合物上进行取代反应时,通常遵循亲电取代规则,即取代基会优先进攻电子密度较高的位置,从而保持芳香性。
3. 芳香族化合物的常见衍生物芳香族化合物衍生物的取代位置与种类多种多样,常见的有以下几种:- 单取代体:当芳香环上只有一个取代基时,被称为单取代体。
根据取代基的位置不同,可以分为间位、邻位和对位取代体。
- 双取代体:当芳香环上有两个取代基时,被称为双取代体。
根据取代基的位置关系,可以分为邻位-邻位、邻位-对位以及对位-对位取代体。
- 多取代体:当芳香环上有三个或更多的取代基时,被称为多取代体。
多取代体的取代位置关系更加复杂,常见的有三取代体和四取代体等。
4. 芳香性与反应性芳香性对芳香族化合物的反应性具有重要影响。
由于芳香性的存在,芳香族化合物往往不容易发生加成反应和氧化反应等。
然而,芳香族化合物可以通过亲电取代反应进行取代反应,从而引入新的官能团或改变分子结构。
总结:芳香性与芳香族化合物是有机化学的基础知识点之一。
芳香性的定义是由分子中的共轭π电子系统所引起的香气或特殊气味。
芳香族化合物具有共轭π电子系统、稳定性较高和符合亲电取代规则的特点。
芳香性概述内容提要1. 芳香性1.1芳香性的定义与基本判据1.2芳香化合物的基本化学性质1.3芳香化合物的基本结构特征1.4芳香化合物的核磁共振性质和芳香性的检验手段1.4.1核磁共振原理1.4.2 电磁屏蔽效应1.4.3 全反式[18]轮烯的核磁共振1.4.4 芳香化合物的核磁共振性质1.4.5 芳香性的检验手段1.5芳香性的定性判据——休克尔规则1.5.1休克尔规则的表述1.5.2. 休克尔规则的应用举例1.5.3适用休克尔规则的常见非苯芳香化合物1.6周边修正1.6.1萘和薁1.6.2芘1.6.3双键修正在周边修正中的应用1.7芳香性定性判据的局限性2. 反芳香性2.1反芳香性的定义与基本判据2.2典型的反芳香化合物2.2.1 环丁二烯2.2.2 环戊二烯正离子3. 非芳香性4. 同芳香性4.1环辛四烯正离子4.2其它典型的同芳香性分子4.2.1环戊烯-4-正离子4.2.2降冰片烯-7-正离子4.2.3亚甲叉[10]轮烯5. Y芳香性6. 休克尔分子轨道理论6.1变分法概述6.2尝试波函数的构建方法6.3尝试波函数Ψ = c A A + c B B的构建举例6.4同核双原子分子的变分法构建结果6.5异核双原子分子的变分法构建结果6.6 αA和αB的差值对成键和反键轨道能E+和E-的影响6.7休克尔分子轨道法7. 富烯7.1线性π体系分子轨道能量的计算公式7.2使用休克尔分子轨道法简便求解分子轨道能和轨道系数的举例:1,3-丁二烯7.3富烯与1,3,5-己三烯7.3.1 富烯7.3.2 1,3,5-己三烯7.3.3 富烯与1,3,5-己三烯的比较7.3.4 休克尔分子轨道法的局限性8. 环丁二烯与姜泰勒畸变8.1单一环状π体系分子轨道能量的计算公式8.2多边形法则8.3休克尔分子轨道法对环丁二烯的处理8.4环丁二烯的真实情况与姜-泰勒畸变8.4.1 环丁二烯的真实情况8.4.2 姜-泰勒畸变正文1.芳香性(Aromaticity)1.1芳香性的定义与基本判据芳香化合物一词,最早源于苯的合成,天然产物安息香胶中,含有苯甲酸(俗称安息香酸),苯甲酸与碱共热可脱去羧基得到苯,其带有芬芳气味[1]最初,芳香化合物的范围仅限于苯与其同系物,后来随着人们对芳香性的认识不断加深,芳香性的概念也不断被扩展和重新定义公元1931年,德国物理学家和物理化学家艾瑞克·休克尔(Erich Hückel)提出,离域π电子数符合4n + 2规则的平面共轭多烯,具有芳香性,其中n是非负整数[2]。
第四章 芳香烃具有“芳香性”的碳氢化合物称芳香烃。
芳香性:难加成,难氧化,易取代;平面环p;特征光谱单环芳烃苯型芳烃多环芳烃非苯型芳烃芳烃3第一节 苯及其同系物一、苯的结构(一) 苯的 Kekulé 结构式简写为:H HH HHHH H碳为4有人提出质疑: 按照这个结构, 苯的二溴代物应有两种.结构式溴BrBrBr Br和但实际上只得到一种!预期的1,3,5-环己三烯键长数据134pm147pm(二) 苯分子结构的现代解释苯分子中6个C 都是sp 2杂化, 每个C 都以3个sp 2杂化轨道分别与2个相邻的C 和1个H 形成3个σ键,构成平面正六边形碳环结构。
每个C 还有1个未杂化的p 轨道,均垂直于碳环平面而相互平行。
每个p 都可与2个相邻C 的p 侧面重叠,形成一个包含6个原子6个π电子的闭合“大π键”。
o结构及性质特征:所有原子共平面; 形成环状大π键 碳碳键长全相等;环稳定、难加成、 难氧化、易取代虽然苯的结构在今天已得到完全阐明,但苯的结构式仍然采用当初Kekulé提出的式子。
或用圆圈代表环闭大π键的苯结构式。
苯的结构也可以用两个Kekulé 结构式的共振式或共振杂化体表示。
个共振式共振杂化体二、苯及其同系物的命名苯环上的氢原子被烃基取代后,所得产物为苯的同系物。
可分为一烃基苯、二烃基苯和多烃基苯等。
命名时,一般以苯作母体,将其它烃基作为取代基,称“某苯”。
3H 3C 3甲苯(toluene) 异丙苯(isopropylbenzene)二烃基苯有三种异构体,用邻或1,2-;间或1,3-;对或 1,4- 表示;间-二甲苯1,3-二甲苯m -二甲苯m -xylene对-二甲苯1,4-二甲苯p -二甲苯p -xylene 邻-二甲苯1,2-二甲苯o -二甲苯o -xylene CH 3CH 3CH 3CH 3CH 33具有三个相同烃基的取代苯也有三种异构体。
如:连-三甲苯1,2,3-三甲苯偏-三甲苯1,2,4-三甲苯均-三甲苯1,3,5-三甲苯CH 3CH 3CH 3CH 3CH 33CH 3H 3CCH 3(1,2,3-trimethylbenzene)若苯环上连接不同的烷基时,烷基名称的排列顺序按“优先基团”后列出的原则,其位置的编号应将简单的烷基所连的碳原子定为1-位,并以位号总和最小为原则来命名。