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。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。反芳香性一词是由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。
反芳香性(antiaromaticity)含有4n个π电子的环状
共轭体系。由于π电子的离域而不稳定。这种由于共轭而引起的能量大大提高、
热力学稳定性大大降低的性质叫反芳香性。例如,
环丁二烯和环丙烯
阴离子都是反芳香性的,在低温下也不稳定。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。
化合物具有反芳香性(antiaromaticity)的条件是:
轮烯,π
电子与P电子总数为4n,共平面,即
共面的
原子均为sp2或sp杂化。
总之,
除环辛四烯外,具有4nπ结构的轮烯一般都是反芳香性的物质。
最简单的反芳香性化合物有环丙烯
阴离子、环丁二烯和环戊二烯正离子。理论计算和实验事实都证明了它们的稳定性比相应的非
芳香性化合物还要差。
其能量比
烯丙基负离子要高19kcal/
摩尔,化合物(2)的氢交换速度要比化合物(1)快6000倍。这说明化合物(1)失去
质子形成环丙烯负离子要比化合物(2)失去质子形成一般的环
丙基负离子困难得多,也就是说,环丙烯负离子比相应的环丙基负离子更不稳定。
简单的环丁二烯为极不稳定的化合物,它的寿命极短,极易通过Diels-Alder反应发生二聚作用。向环丁二烯中加入
丙炔酸甲酯时,可按下列反应得到
苯甲酸甲酯:
简单的环丁二烯的高度活泼性不仅仅是由于
环张力引起,因为它的环张力不会大于简单的环丙烯,而环丙烯是可以存在的。因此,环丁二烯的这种高度活泼性只能是反芳香性引起的。
环戊二烯正离子也是反芳香性的。例如,环
戊基碘在
丙酸中用
高氯酸银处理时,迅速发生
溶剂解而得到中间体环戊基正离子;但在相同条件下5-碘环戊二烯不发生溶剂解,即没有形成环戊二烯正离子,这表明环戊二烯正离子的稳定性比环戊基正离子差得多。