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稠环体系的判断
含有稠环体系的分子,结构中会存在多个环系(各自的小环、外圈的大环等)。严格意义上说,芳香性是针对某个特定环的,但很多情况下(尤其是习题、考试中) 经常会要求大家笼统地判断整个分子有无芳香性。如遇到这类问题,大致可采取如下做法:
先判定最外圈大环有无芳香性
若大环无芳香性,再针对各小环判定
各环中只要有一个芳香环,则可认为是具有芳香性的分子
例3:请判断如下三个分子有无芳香性。
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这三个分子都是两个小环共用一条边形成的稠环体系。依据前述的原则,先大环再小环我们挨个儿判断。
第一个分子厑,大环上所有十个原子均为sp2杂化,可以形成共轭回路。每个原子一个π电子,共轭体系电子总数为10,刚好均有芳香性。
第二个分子吲哚,外圈大环八碳一氮,均为sp2杂化,可以形成共轭回路。结构式中氮原子旁侧均为单键,提供两个π电子,共轭体系电子总数为10,也具有芳香性。
第三个分子,外圈大环九个原子,注意到其中右下角碳原子明显是sp3杂化,这导致大环中无法形成共轭回路。单就最外圈大环而言, 它并没有芳香性。
大环没芳香性也不碍事儿,我们再考查分子中的小环。注意到左侧六元环明显是苯环,不用说了,这个分子肯定也具有芳香性。
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环外双键的处理
在判定芳香性时还有最麻烦的一种情况:在环外还有其它原子通过重键(一般是双键)连接环上原子,此时原则上说这个环外原子也可以参与共轭体系。 撞上这类分子在应用Hückle规则的 内容过长,仅展示头部和尾部部分文字预览,全文请查看图片预览。 我们又得把这根双键拆开。
之前的两个例子都是碳与杂原子形成的双键,由于电负性的差异,电子转移时的方向非常明确。现在这根环外双键处于碳原子之间, 两端电负性相同,略微有些疑惑,究竟这对电子向何处转移呢?
一时确定不了方向其实也没太大关系,我们把两种可能的情况都画画看。如果环外双键上一对电子转移至外侧(左上角碳),我们将 得到下图中间的共振极限式。反之如果转移至内侧(中心碳),我们将得到下图右侧的共振极限式。如此一来我们得到了两个满足无环外双键条件 的共振极限式。
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这两个共振式我们分别判断。中间这个外侧碳上带负电荷,提供两个π电子,连同其它十个电中性碳,外圈环上总共是12个共轭电子,应当不具有芳香性。
而右侧共振式,外侧碳上带正电荷,提供0个π电子,连同其它十个电中性碳,外圈环上总共是10个共轭电子,应当又具有芳香性。
这下看起来有麻烦了,一个共振式有芳香性,一个又没有,彼此矛盾。那究竟有没有芳香性呢?
答案是有。原因也很简单,我们经过之前共振论的学习,知道分子实际结构是共振极限式的平均化,而各共振极限式平均化时的权重又与其稳定性相关。 而具有芳香性的共振极限式,明显稳定性要强于非芳香性的电荷分离式,权重自然来得更高。换句话说整个分子的实际结构其实更加接近于具有芳香性 的极限式。因此类似这种情况,两个看起来差不多的电荷分离式,其中只要有一个满足Hückle规则,整个环系也将具备一定的芳香性。
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