反芳香性

反芳香性是具有更高能量的 π 电子系统的环状分子的化学性质，即由于其中存在 4n 个离域（π 或孤对）电子，它不太稳定，与芳香性相反。 与遵循 Hückel 规则（[4n+2] π 电子）且高度稳定的芳香族化合物不同，抗芳香族化合物非常不稳定且具有高反应性。 为了避免反芳香性的不稳定性，分子可能会改变形状，变得非平面，从而破坏一些 π 相互作用。 与芳香族化合物中存在的反磁性环电流相反，反芳香化合物具有顺磁性环电流，这可以通过 NMR 光谱观察到。

抗芳族化合物的实例是戊二烯 (A)、亚联苯基 (B)、环戊二烯基阳离子 (C)。 反芳香性的典型例子环丁二烯是争论的主题，一些科学家认为反芳香性不是导致其不稳定的主要因素。

环辛四烯是采用非平面几何结构以避免反芳香性导致的不稳定的分子的一个例子。 如果它是平面的，它将在环周围有一个单一的八电子 π 系统，但它采用具有四个独立 π 键的船状形状。 由于抗芳烃化合物通常寿命短且难以通过实验进行研究，因此抗芳烃去稳定能通常通过模拟而不是实验来建模。

IUPAC 的反芳香性标准如下：

• 分子必须是环状的。
• 分子必须是平面的。
• 分子必须在环内具有完整的共轭π电子系统。
• 该分子必须有 4n 个 π 电子，其中 n 是共轭 π 系统中的任意整数。

这与芳香性的区别仅在于第四个标准：芳香分子在共轭 π 系统中具有 4n +2 个 π 电子，因此遵循 Hückel 规则。 非芳香族分子要么是非环状的、非平面的，要么在环内没有完整的共轭 π 系统。

拥有平面环系统对于最大化构成共轭 π 系统的 p 轨道之间的重叠至关重要。 这解释了为什么作为平面环状分子是芳香族和反芳香族分子的关键特征。 然而，实际上，仅通过观察其结构很难确定分子是否完全共轭：有时分子会扭曲以减轻应变，这种扭曲有可能破坏共轭。 因此，必须采取额外的努力来确定某种分子是否真正具有抗芳香性。

抗芳香化合物可以在动力学和热力学上证明其抗芳香性。 正如稍后将讨论的那样，抗芳香化合物具有异常高的化学反应性（高反应性并不“指示”抗芳香化合物，它仅表明该化合物可能是抗芳香化合物）。 还可以通过测量环状共轭 π 电子系统的能量来从热力学上识别抗芳族化合物。 在抗芳烃化合物中，分子中的共轭能明显高于适当的参考化合物。

实际上，建议在宣布一种潜在的抗芳香化合物确实具有抗芳香性之前，对其结构进行广泛的分析。 如果所讨论分子的实验确定结构不存在，则必须进行计算分析。 应针对各种几何形状探测分子的势能，以评估对称平面构象的任何变形。 推荐使用此程序，因为过去有多个例子表明分子在纸上看起来是反芳香的，但实际上并非如此。 这些分子中最著名（也最受争议）的是环丁二烯，这将在后面讨论。

抗芳族化合物的实例是戊二烯 (A)、亚联苯基 (B)、环戊二烯基阳离子 (C)。 反芳香性的典型例子环丁二烯是争论的主题，一些科学家认为反芳香性不是导致其不稳定的主要因素。 乍一看，环辛四烯似乎是反芳香性的，但它是采用非平面几何结构以避免反芳香性导致的不稳定的分子的一个很好的例子。 由于抗芳烃化合物通常寿命短且难以通过实验进行研究，因此抗芳烃去稳定能通常通过模拟而不是实验来建模。