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休克尔规则中π电子数计算的分子拓扑判据(二)

2021-11-22 11:24阅读:
休克尔规则中π电子数计算的分子拓扑判据(二)
3. 稠环体系
在用计算π键数、也就是π电子数的方法,来讨论稠环体系的芳香性时,一般要把稠环分子看作是单环体系。
而在稠环分子中,明明有多个原子环存在。在分子拓扑法中,对于稠环,是不能直接用式(3)来进行其芳香性判断的。
那么,在计算π 电子数方法中,为什么可以把它看做是单环体系呢?这似乎只是一个巧合。即用式(2)来计算它们的n值时,也可以得到相同的结果而已。
下面就稠环中一些有代表性的物质,如蒽、菲、(结构式分别如下)。
休克尔规则中π电子数计算的分子拓扑判据(二)

分别用式(2)(因为分子中有不同数目的原子环)来对它们进行芳香性的判断。
计算的结果如下表三:
名称
分子式
碳原子数
氢原子数
电荷数
n
判断
备注

C10H8
10
8
0
2
芳香性
双环

C10H8
10
8
0
2
芳香性
双环

C14H10
14
10
0
3
芳香性
三环

C14H10
14
10
0
3
芳香性
三环
即便考虑到这些分子中有双环或三环。用分子拓扑法来判断这些稠环体系的芳香性,所得结果也是可信的。
4. 芳香离子
在休克尔规则的启示下,人们合成了一些不含苯环结构但具有一定程度芳香性的非苯芳烃。其中的芳香离子(符合休克尔规则的离子)的结构尤为复杂,对其芳香性的解释、即其中π电子数的计算也最为困难。
对于芳香离子的π电子数计算,用分子拓扑法可能会更容易一些。
下面就讨论一些常见的芳香离子。如,环丙烯正离子、环丁二烯两价正离子、环丁二烯两价负离子、环戊二烯负离子、环庚三烯正离子、环辛四烯两价负离子
为了知道这些离子的出处,在下图中特意画出了其各自母体烃的结构式,在下表中也对部分母体烃的芳香性进行了讨论。
休克尔规则中π电子数计算的分子拓扑判据(二)
它们都是单环分子,用式(3)计算的结果如下表:
名称
分子式
碳原子数
氢原子数
Z
n
所属
备注
环丙烯正离子
C3H3+
3
3
+1
0
芳香性

环丁二烯
C4H4
4
4
0
0.5
无芳香性

环丁二烯两价正离子
C4H42+
4
4
+2
0
芳香性

环丁二烯两价负离子
C4H42-
4
4
-2
1
芳香性

环戊二烯
C5H6
5
6
0
0.5
无芳香性

环戊二烯负离子
C5H5-
5
5
-1
1
有芳香性

环庚三烯正离子
C7H7+
7
7
+1
1
芳香性

环辛四烯
C8H8
8
8
0
1.5
无芳香性

环辛四烯两价负离子
C8H82-
8

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