反芳香性

反芳香性是指一类环状体系所具有的共同特性，当其中的电子离域时（π电子或孤电子对）体系的稳定性变低，通常反芳香性分子含有4n个π电子。与满足休克尔规则（4n+2个π电子）、拥有较高稳定性和键长平均化的芳香性化合物不同，反芳香性化合物高度不稳定，并表现出键长交替变化的趋势，反芳香性分子可能会自发地改变形状，比如扭转为非平面分子。[1]通过1H NMR光谱可以观察到，反芳香性化合物中具有顺磁环电流，而芳香性化合物中则具有抗磁环电流，有研究者认为NICS磁判据是一种简单而可靠的芳香性判断依据[2]。

反芳香性化合物的例子：A 戊搭烯；B 联苯烯；C 环戊二烯阳离子

反芳香烃的代表分子有戊搭烯（A）、联苯烯（B）、环戊二烯阳离子（C）。环丁二烯通常被认为是一类反芳香性分子，但也有研究者提出质疑，认为环丁二烯的不稳定性并不是因为反芳香性[3]。

定义

反芳香性一词是由Ronald Breslow（英语：Ronald Breslow）在1967年提出的，他将“环状体系中电子离域时失稳的情况”定义为反芳香性[4]。IUPAC金皮书对反芳香性的判断标准如下[5]：

  1. 分子必须是环状的
  2. 分子必须是平面的（或是近平面）
  3. 分子环内必须有完整的共轭π电子体系
  4. 分子必须含有4n个π电子（n≠0）

从该标准可以看出，与芳香性的判断标准相比只有共轭系统中π电子数的要求不同，而非芳香性的判断标准则不同，可以是非环状、非平面或没有完整共轭π电子系统的分子。

芳香性、反芳香性、非芳香性的比较
芳香性 反芳香性 非芳香性
是否为环状分子 是 是 至少有一项不满足
是否有p轨道排列成的完整共轭体系 是 是
是否为平面分子 是 是
共轭体系中的π电子数量 4n+2 (2, 6, 10, …) 4n (4, 8, 12, …) N/A

尽管一个平面、环状的共轭体系是芳香性的基本判据，但现实中仅凭借分子结构是无法判断其是否完全共轭，也不能因此判断其是否具有芳香性或反芳香性，通常会通过几何判据、化学判据、能量判据和磁判据等多方面信息来帮助判断[6]。

反芳香性化合物在动力学与热力学上是不稳定的，通过计算共轭体系的π电子总能量可以帮助识别反芳香性化合物，但能量差距随着电子数n的增多会逐渐趋同，因而只能作为参考判据[7]。

参见

参考文献

  1. ^ IUPAC Gold Book: Antiaromaticity. [27 October 2013]. （原始内容存档于2014-10-30）. 
  2. ^ Paul von Ragué Schleyer; Christoph Maerker; Alk Dransfeld; Haijun Jiao; Nicolaas J. R. van Eikema Hommes. Nucleus-Independent Chemical Shifts:  A Simple and Efficient Aromaticity Probe. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118 (26): 6317–6318. doi:10.1021/ja960582d. 
  3. ^ Wu, Judy I-Chia; Mo, Yirong; Evangelista, Francesco Alfredo; von Ragué Schleyer, Paul. Is cyclobutadiene really highly destabilized by antiaromaticity?. Chemical Communications. 2012, 48 (67): 8437–9. ISSN 1359-7345. PMID 22801355. S2CID 19920318. doi:10.1039/c2cc33521b. 
  4. ^ Breslow, Ronald; Brown, John; Gajewski, Joseph J. Antiaromaticity of cyclopropenyl anions. Journal of the American Chemical Society. August 1967, 89 (17): 4383–4390. doi:10.1021/ja00993a023. 
  5. ^ Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure. Pure and Applied Chemistry. 1995, 67: 1307–1375 [2022-10-19]. doi:10.1351/pac199567081307. （原始内容存档于2016-06-22）. 
  6. ^ Podlogar, Brent L.; William A. Glauser; Walter R. Rodriguez; Douglas J. Raber. A Conformational Criterion for Aromaticity and Antiaromaticity. Journal of Organic Chemistry. 1988, 53 (9): 2127–2129. doi:10.1021/jo00244a059. 
  7. ^ Breslow, Ronald. Antiaromaticity. Accounts of Chemical Research. December 1973, 6 (12): 393–398. doi:10.1021/ar50072a001.