休克尔规则的应用技巧及拓展运用

1休克尔规则的应用技巧及拓展运用杨云（西北大学化学系04级应用化学专业西安710069）摘要：教材上介绍的休克尔规则在做题应用时比较麻烦。本文从实用性的角度介绍了休克尔理论在做题时的应用技巧，以及简单的拓展运用。关键词：休克尔规则芳香性π电子一．引言早年人们把苯和含苯环的化合物称作芳香化合物，它的结构特点和性质被称为芳香性。随着有机合成化学，测试手段和量子化学的发展，又发现了很多非苯结构，但性质与苯相似的化合物，称为非苯芳香性化合物，从而加深了对芳香性的认识。芳香性化合物的共同特点是：（1）不易发生加成而易发生取代反应。（2）结构为环状且具有平面性。（3）芳环中的链趋于平均化。（4）具有环状闭合π体系且具有较大的共振能。（5）在磁场中可产生抗磁环流。这些性质无疑对我们认识这些化合物有很好的帮助。那么，怎样判别一个化合物是不是具有芳香性？二．休克尔规则的主要内容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=0，1，3，…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（如图）。例如：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。三．做题技巧及注意事项上面的图示是为了帮助我们理解。但在实际应用时，休克尔规则可简单表述如下：单环，平面，闭合π体系，具有4n+2个π电子的化合物具有芳香性。如何计算π电子数目？2由于碳正离子，碳负离子，碳自由基中碳原子在一般有机物中均采用sp2杂化，它们参与共轭的P轨道中电子数目分别是0，2，1，这样可认为它们分别提供0，2，1个π电子。且一定要注意分子的结构必须是单环，平面，闭合π体系。这些条件缺一不可。例如环庚三烯虽有6个π电子，但并非闭合π体系，因此无芳香性。[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。还应引起注意的是，当两个环被一双键相连时，可试着把双键π电子移向其中一个环，使生成两个电荷分离的闭合π体系。若两个中的π电子数均符合4n+2规则，化合物具有芳香性。如果双键π电子移动后，只有一个环符合4n+2规则，而另一个环不符合，则该化合物不具有芳香性。在判别稠环化合物是否具有芳香性时，可将其作为单环处理。下面举例予以说明。四．举例说明例1：2电子6电子有芳香性例2：4电子6电子无芳香性例3：OOOOOO26电子有芳香性五．拓展运用芳香性也可用于比较分子的偶极矩和酸性等。例4：比较A和B的偶极矩：AB3解：A：2电子6电子有芳香性B：4电子6电子无芳香性由于A生成较稳定的芳香环系，使发生电荷分离，具有较大的偶极矩；而B不是芳香化合物，不能发生电荷分离，因此偶极矩A＞B。例5：比较C和D的酸性。CD解：由于以离解原子后生成环戊二烯负离子，环中具有6个π电子，是典型的芳香化合物，所以较稳定。而D离解后不可生成芳香负离子，稳定性差，因此本酸性C＞D。六．总结由此可见，了解休克尔规则的原理后，休克尔规则在应用时其实很简单，而且判别一个化合物是否具有芳香性有着广泛的用途。休克尔规则所预言的许多芳香化合物的母体及其衍生物都已陆续合成出来。此外，芳香性的规律不仅适用于单环多烯，而且已推广到稠环共轭体系，并扩展到多环非交替烃体系，均取得了有意义的成果。