第四节 杂环的芳香性

休克尔规则也可应用于杂环。需要的条件与碳环一样，包括杂原子在内的环是平面型，环内有个电子处于体系。吡啶是一个典型的芳香族杂环化合物。在这个杂环内，五个碳原子和一个氮原子用杂化轨道形成键，环上每个原子还有一个P电子，它们组成包括六个原子在内的分子轨道。在氮原子上还有一对未共用电子，它们是在杂化轨道上，氮原子的这对未共用电子并不参加在体系中。由于氮原子的电负性大于碳原子，环上的电子云向氮原子转移而降低，吡啶比苯难于发生亲电取代反应，容易发生亲核取代反应和加成反应。吡啶 的离域能约为110kJ/mol，比苯的离域能（150.6kJ/mol）为小。

 呋喃、噻吩和吡咯是五元杂环的母体，杂原子为杂化，与环上两个键形成有五个P轨道六个电子的环状闭合的共轭体系，呋喃、噻吩和吡咯环都具有芳香性。实验证明，噻吩比吡咯有较大的芳香性，在这三者之中以呋喃的芳香性为最小。它们的离域能依次约为121、88和67kJ/mol。

                            呋喃     噻吩    吡咯

由于环上五个原子共有六个电子，呋喃、噻吩和吡咯属于富电子环，它们的亲电取代反应比苯要活泼得多。吡咯的活性与苯胺或苯酚相当，而噻吩是三者中活性最差的，但在室温及乙酸中与溴反应的速度仍为苯的10⁹倍。

 四个吡咯环和四个次甲基（-CH=）交替相连组成的大环叫卟吩（porphine），这个环过去曾叫“（音lei）环”。天然色素血红素和叶绿素的分子结构中都含有这个基本结构。卟吩结构是有十八个电子的共轭体系（结构式中粗线所表示的），这个体系符合休克尔规则（，是一个大型芳香杂环。

  卟吩

    休克尔规则只应用于单环体系，但如只计算多环体系（平面型）的外围电子，也可以得到某些成功。

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