由碳氫共同構(gòu)筑的環(huán)狀共軛體系――苯環(huán)、芳香(雜)環(huán)

   苯環(huán)是最典型的環(huán)狀共軛體系。苯分子由六個碳原子和六個氫原子組成。其中,每個碳原子均為sp2雜化,分別與一個H、兩個C形成σ鍵, FDT3N40TF六個碳原子互相連接成為正六邊形的分子平面。而來自于六個碳原子未經(jīng)雜 化的2pz軌道垂直于分子平面,它們相互重疊,形成大冗鍵。來自六個碳原子的六個冗電子可在大冗軌道上離域,如圖2.7所示。

    圖2.7 ⑶苯環(huán)的分子結(jié)構(gòu);(ω苯環(huán)中尚未成鍵的p軌道,其軌道垂直于分子平面;⑹苯環(huán)中六個垂直于分子平面的p軌道相互肩并肩重疊形成大冗軌道,其中的成鍵和反鍵冗軌道能級分布�？梢钥闯�,充滿電子的成鍵冗軌道比孤立的p原子軌道能量低,因此苯環(huán)離域π鍵的形成使體系更加穩(wěn)定苯環(huán)的最大特點是由六個碳原子共同形成的垂直于分子平面的六原子大冗鍵共軛體系。它含有的6個冗電子,可以離開其歸屬的碳原子,在與分子平面垂直的大π鍵電子云內(nèi)運動。也就是說,六個冗電子具有離域性,它們不是固定在某個碳原子上,而是在六個碳原子之間移動,使材料表現(xiàn)出導(dǎo)電性。有機材料中包括苯環(huán)在內(nèi)的這種環(huán)狀平面共軛單元通常稱為芳香結(jié)構(gòu),具有芳香結(jié)構(gòu)的材料通常認(rèn)為具有芳香性。表2,1給出一些含有苯環(huán)的稠環(huán)芳香分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其光學(xué)吸收峰位。這些稠環(huán)芳香烴光學(xué)吸收在近紫外到可見光的范圍,隨著分子有效共軛長度的增加,材料的能隙呈逐漸降低的趨勢,吸收光譜紅移。

   值得注意的是,一些環(huán)狀共軛結(jié)構(gòu),由于不具有平面性,不能產(chǎn)生環(huán)狀的大冗鍵,因此就不具備芳香性。圖2.8所示的環(huán)狀分子就是其中的一個例子。

   除了由碳氫共同構(gòu)筑的芳香碳氫化合物外,由氧、氮、硫等雜原子與碳氫原子一起形成的平面環(huán)形共軛結(jié)構(gòu)也可以具有芳香性,如圖2.9所示的吡啶與吡咯是其中的兩個例子,它們的環(huán)狀冗共軛情形展示在圖中。其他一些總之,芳香材料由于具有平面環(huán)狀大冗鍵共軛結(jié)構(gòu),因而有較好的導(dǎo)電性和豐富的光學(xué)特性,是最有潛力的有機光電材料。