同芳香性是指共平面，π電子數(shù)為4n+2，共面的原子均為sp或sp雜化的輪烯上，帶有不與輪烯共平面的取代基或橋。判斷芳香性重要的規(guī)則是休克爾規(guī)則。
基本定義
同芳香性：是指含有一個(gè)或多個(gè)sp雜化碳原子位于非定域平面外邊的體系。這種相隔一個(gè)飽和碳原子的非鄰接的sp雜化碳原子上的π軌道之間也可以發(fā)生有效的重疊，形成同共軛作用。如果所構(gòu)成的同共軛體系具有4n+2個(gè)π電子，并呈現(xiàn)環(huán)狀平面結(jié)構(gòu)，那么它應(yīng)具有芳香性，這種芳香性稱同芳香性。
例如，環(huán)辛三烯基正離子和雙環(huán)[3.2.1]-2,6-辛二烯基負(fù)離子都是同芳香性化合物。
判定依據(jù)
芳香性判據(jù)——休克爾規(guī)則，化合物是否具有芳香性，不一定要含有苯環(huán)，德國化學(xué)家休克爾從分子軌道 理論的角度，對(duì)環(huán)狀化合物的芳香性提出了如下規(guī)則，即休克爾規(guī)則：一個(gè)單環(huán)化合物只要具有平面離域體系，它的 π 電子數(shù)為 4n+2(n=0，1，2，3，…整數(shù))，就有芳香性(當(dāng) n>7 時(shí)，有例外)。其中n相當(dāng)于簡并的成鍵軌道和非鍵軌道的組數(shù)。苯有六個(gè)π電子，符合 4n+2 規(guī)則，六個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)，故苯有芳香性。而環(huán)丁二烯，環(huán)辛四烯的 π 電子數(shù)不符合 4n+2 規(guī)則，故無芳香性。凡符合休克爾規(guī)則，具有芳香性，不含苯環(huán)的具有芳香性的烴類化合物稱為非苯芳烴。非苯芳烴包括一些環(huán)多烯和芳香離子等。
規(guī)則作用
1.特點(diǎn)分子的分析
從休克爾規(guī)則我們可以得知，具有芳香性的通常是具有如下四個(gè)特點(diǎn)的分子：
（1）它們是包括若干數(shù)目π鍵的環(huán)狀體系；
（2）它們具有平面結(jié)構(gòu)，或至少非常接近平面（平面扭轉(zhuǎn)不大于0.1nm）；
（3）環(huán)上的每一個(gè)原子必須是sp2雜化（某些情況也可以是sp雜化）；
（4）環(huán)上的π電子能夠發(fā)生離域。
2.分子具有芳香性的標(biāo)志
分子具有芳香性的標(biāo)志是：
（1）這類化合物雖有不飽和鍵，但不易進(jìn)行加成反應(yīng)，而與苯相似，容易進(jìn)行親電取代；
（2）通過氫化熱或燃燒熱對(duì)離域能的熱化學(xué)測量表明，這類具有芳香性的環(huán)狀分子比相應(yīng)的非環(huán)體系具有低的氫化熱低的燃燒熱，而顯示特殊的穩(wěn)定性。
（3）用物理方法和核磁共振譜進(jìn)行測定，這類化合物的質(zhì)子與苯及其衍生物的質(zhì)子一樣，顯示類似的化學(xué)位。
規(guī)則原理
具有芳香性原因：
為什么4n+2個(gè)π電子平面單環(huán)共軛體系才具有芳香性呢？從分子軌道能級(jí)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)平面單環(huán)體系中的成鍵軌道數(shù)目為2 n+1時(shí)，如果有4n+2個(gè)π電子剛好能給滿成鍵軌道，從而具有類似惰性氣體的電子排布，而將具有最大的成鍵能而變得穩(wěn)定，平面或接近平面，電子的離域才有效；當(dāng)環(huán)上的原子存在空間的排斥作用而破壞環(huán)的平面時(shí)，4n+2規(guī)則不適用。
在單環(huán)共軛多烯分子中，π電子數(shù)目符合4n+2規(guī)則具有芳香性的原因，可以這種體系的分子軌道能級(jí)圖得到答案。在單環(huán)共軛多烯體系的分子軌道能級(jí)圖中，都有能量最低的成鍵軌道和能量最高的反鍵軌道。對(duì)于能量最高的反鍵軌道，在p軌道是單數(shù)時(shí)有兩個(gè)（簡并軌道）；在p軌道是雙數(shù)時(shí)，只有一個(gè)。其它那些能量較高的成鍵軌道和反鍵軌道或/和非鍵軌道都是兩個(gè)（簡并的）。根據(jù)休克爾理論，當(dāng)成鍵軌道充滿電子時(shí)，它們具有與惰性氣體相似的結(jié)構(gòu)，因此體系趨向穩(wěn)定，除能量最低的成鍵軌道需要2個(gè)電子充滿外，其它能量較高的兩個(gè)成鍵軌道和非鍵軌道需要4個(gè)電子才能充滿，即只有（4n+2）個(gè)π電子才能充滿這些軌道，使體系處于穩(wěn)定，而具有芳香性。
相關(guān)知識(shí)
反芳香性：是指共平面，π電子數(shù)為4n，共面的原子均為sp或sp雜化的輪烯上，帶有不與輪烯共平面的取代基或橋。同芳結(jié)構(gòu)的物質(zhì)得到或失去電子成為4n體系是很難的，因?yàn)橐筛环€(wěn)定的反同芳結(jié)構(gòu)。
參考資料 >