休克爾規(guī)則的應用技巧及拓展運用

1、休克爾規(guī)則的應用技巧及拓展運用楊云（西北大學化學系04級應用化學專業(yè)西安710069）摘要：教材上介紹的休克爾規(guī)則在做題應用時比較麻煩。本文從實用性的角度介紹了休克爾 理論在做題時的應用技巧，以及簡單的拓展運用。關鍵詞：休克爾規(guī)則 芳香性 兀電子一. 引言早年人們把苯和含苯壞的化合物稱作芳香化合物，它的結構特點和性質(zhì)被稱為芳香性。 隨著有機合成化學，測試手段和量子化學的發(fā)展，乂發(fā)現(xiàn)了很多非苯結構，但性質(zhì)與苯相似 的化合物，稱為非苯芳香性化合物，從而加深了對芳香性的認識。芳香性化合物的共同特點 是（1）不易發(fā)生加成而易發(fā)生取代反應。（2）結構為環(huán)狀且具有平血性。（3）芳環(huán)中的鏈 趨于平均化。（4

2、）具有環(huán)狀閉合兀體系且具有較大的共振能。（5）在磁場中可產(chǎn)生抗磁環(huán)流。 這些性質(zhì)無疑對我們認識這些化合物有很好的幫助。那么，怎樣判別一個化合物是不是具有 芳香性？二. 休克爾規(guī)則的主要內(nèi)容德國化學家休克爾而從分子軌道理論的角度，對環(huán)狀化合物的芳香性提出了如下的規(guī) 則，即休克爾規(guī)則：一個單環(huán)化合物只要具有平面離域體系，它的7t電子數(shù)為4n+2 （n=o, 1, 3,整數(shù)），就有芳香性（當n7時，有例外）。其中n相當于簡并的成鍵軌道和非 鍵軌道的組數(shù)（如圖）。例如：苯有六個k電子，符合4n+2規(guī)則，六個碳原子在同一平 面內(nèi)，故苯有芳香性。而環(huán)丁二烯、環(huán)辛四烯的兀電子數(shù)不符合4n+2規(guī)則，故無芳香性

3、。反鍵軌道 卄一卄非鍵軌道 卄卄成鍵軌道卄10a“電手數(shù)環(huán)多烯姪（crn）的71分子軌道能級和基態(tài)電手構型山31分手軌道能級的簡易表示法（把正多邊形的一個頂角朝下放置，正多邊形中心相當于非鍵軌道的能量，每個角代表一個兀軌道的能級）氏丸分干軌道的能級及基態(tài)電子構型三. 做題技巧及注意事項上而的圖示是為了幫助我們理解。但在實際應用吋，休克爾規(guī)則可簡單表述如下：單 環(huán)，平而，閉合兀體系，具有4n+2個兀電子的化合物具有芳香性。如何計算兀電子數(shù)目？18輪烯由于碳正離子，碳負離子，碳自由基中碳原子在一般有機物中均采用雜化，它們參與共 轆的p軌道中電子數(shù)目分別是0, 2, 1,這樣可認為它們分別提供0,

4、2, 1個兀電子。且一 定要注意分子的結構必須是單環(huán)，平面，閉合兀體系。這些條件缺一不可。例如環(huán)庚三烯雖 有6個兀電子，但并非閉合兀體系，因此無芳香性。18輪烯環(huán)上碳原子基本上在一個平面 內(nèi)，7t電子數(shù)為4n+2(n=4)，因此具有芳香性。又如10輪烯，兀電子數(shù)符合4n+2(n=2), 但由于環(huán)內(nèi)兩個氫原子的空間位阻，使環(huán)上碳原子不能在一個平而內(nèi)，故無芳香性。10輪烯還應引起注意的是，當兩個環(huán)被一雙鍵相連時，可試著把雙鍵兀電子移向其屮一個環(huán), 使生成兩個電荷分離的閉合兀體系。若兩個中的兀電子數(shù)均符合4n+2規(guī)則，化合物具令芳 香性。如果雙鍵兀電子移動后，只有一個環(huán)符合4n+2規(guī)則，而另一個環(huán)不

5、符合，貝i該化合 物不具有芳香性。在判別稠環(huán)化合物是否具有芳香性時，可將其作為單環(huán)處理。下而舉例丫 以說明。四. 舉例說明2電子 6電子有芳香性4電子 6電子無芳香性6電子 有芳香性五. 拓展運用芳香性也可用于比較分子的偶極矩和酸性等。 例4：比較a和b的偶極矩：解：a：2電子 6電子 有芳香性b：無芳香性由于a生成較穩(wěn)定的芳香環(huán)系，使發(fā)生電荷分離，具有較大的偶極矩；而b不是芳香 化合物，不能發(fā)生電荷分離，因此偶極矩a>b。例5：比較c和d的酸性。解：由于以離解原子后牛成環(huán)戊二烯負離子，環(huán)中具有6個兀電子，是典型的芳香化 合物，所以較穩(wěn)定。而d離解后不可牛成芳香負離子，穩(wěn)定性差，因此本酸性c>do 六總結由此可見，了解休克爾規(guī)則的原理后，休克爾規(guī)則在應用吋其實很簡單，而且判別一個 化合物是否具有芳香性有著廣泛的用途。休克爾規(guī)則所預言