芳香族化合物

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芳香族化合物(ほうこうぞくかごうぶつ、aromatic compounds)は、ベンゼンを代表とする環状不飽和有機化合物の一群。炭化水素のみで構成されたものを芳香族炭化水素 (aromatic hydrocarbon)、環構造に炭素以外の元素を含むものを複素芳香族化合物 (heteroaromatic compound) と呼ぶ。狭義には芳香族化合物は芳香族炭化水素と同義である。

19世紀ごろ知られていた芳香をもつ化合物の共通構造であったことから「芳香族」とよばれるようになった。したがって匂い(芳香)は芳香族の特性ではない。

分類[編集]

ベンゼン核を有する化合物は芳香族化合物の代表であるが、ベンゼン核を有することが芳香族である条件ではない。環の大きさ、縮合状態、複素元素や電荷の存在などベンゼンとは異なる構造を有する芳香族化合物が多数存在する。以下に芳香族化合物の分類と例を示す。

芳香族性[編集]

ベンゼンについて、炭素のπ電子と非局在化

芳香族性は、π電子を持つ原子が環状に並んだ構造を持つ不飽和環状化合物に現れる。その中でも、芳香族性を示す化合物は環上のπ電子系に含まれる電子の数が 4n + 2 (n = 0, 1, 2, 3, ...) 個であるもののみである。このような共役不飽和環構造を芳香環と呼び、またこの法則をヒュッケル則という。芳香環上のπ電子は非局在化し、環上にわたって分布している。また、共役の効率を高めるため環は平面構造をとる。このとき、π電子系とは二重結合由来のπ電子だけに限定されない。また6員環である必要もなく、5員環の芳香族化合物も数多く知られている。例えばシクロペンタジエニルアニオンはアニオンの電子がπ電子系に関与し、あるいはチオフェンでは硫黄の孤立電子対がπ電子系に関与して芳香族性を現わす。このためチオフェンの硫黄原子を酸化し SO とすると硫黄の孤立電子対は酸素との結合に用いられるため芳香族性を失い、ジエンとしての反応性を示すようになる。

非局在電子に由来する磁気の遮蔽効果(核磁気共鳴などを参照)はあたかも環状の電流が存在するように作用するため環電流と呼ぶことがあるが、実際に電子が周回しているわけではない。前述の非局在化という言葉の示す通り、π電子は特定の場所にすら存在しておらず、全体として雲のように拡がっている(量子力学を参照)。ただ、実際に有機化学反応を考える場合、複数の共鳴寄与構造の間でπ電子が往来している、と考えた方が理解が容易になり、また、それで十分な場合も少なくない。

芳香族固有の反応[編集]

芳香環は、他の不飽和環構造に比べ安定であると同時に反応性も異なる。

たとえば、ベンゼンに対して臭素 (Br2) は置換反応を起こし[1]アルケンなどの非芳香族不飽和化合物のように付加反応は起こらない。

求核置換反応についても、反応点への背面攻撃が困難であったり、sp2炭素のカチオンが不安定であったりするため、SN1 や SN2 機構は難しい。

非古典的芳香族性[編集]

ヒュッケル則で説明される芳香族性の他、sp3原子が環に参加するホモ芳香族性、環がよじれてメビウスの帯のようになり、4n 電子系が安定化するメビウス芳香族性など、非古典的な芳香族性が知られる。

代表的な芳香族化合物[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]

脚注[編集]

  1. ^ 通常は臭化鉄などの適切な触媒が必要。