“共用电子对芳香网络结构”原理与构成规则--芳香性物质结构基础理论探新.pdfVIP

物质结构基础理论探究系列论文（1） “共用电子对芳香网络结构”原理与构成规则 ——芳香性物质结构基础理论探新 王荣梓 （合肥工业大学附中 安徽 合肥230009） 摘 要：针对现有芳香性物质结构理论的局限性，笔者依据多年研究的发现，以 独特的视角，提出芳香性物质结构是“多原子共用电子对作用构成的几何对称形 网络状结构”的观点，并构建了“共用电子对芳香网络结构”模型。在文中，笔 者以点电荷之间相互作用为基础，建立了“作用三角网络”、“作用对称平衡” 等概念，以此描述芳香网络结构的特征，阐述构成的基本原理，概括出芳香规则， 据此揭示芳香性物质的结构本质，形成了以“对称作用—网络模式—芳香性质” 为系统的共用电子对芳香网络结构理论；文中通过对具体结构问题的解释，破解 一些令人困惑的疑难，验证这一理论的客观性，说明了新理论所具有的重要作用 与在物质结构基础理论方面的突破意义。 关键词： 芳香网络结构 作用三角网络 作用对称平衡 “2n＋1”与 芳香规则 ·1．引言 “共用电子对芳香网络结构”概念的提出 ·1．1 现有芳香性物质结构模式的局限性 关于芳香性物质的结构模式，现有多种理论解释，但这些结构模式往往比较 抽象，带有虚拟性，很多解释也不一致，各种解释均存在局限性，因而不足以反 映芳香性物质的结构本质与性质特征；有的解释还存在矛盾，如苯的结构，现有 理论认为，苯环有六个“π电子”，然而“π电子”的运动如何描述、怎样发挥 作用、它们的活性如何等问题，现有理论均无法解释；若按理推测，“π电子” 暴露在环两侧，有供电子性，很易受亲电试剂的攻击，应该表现出化学活性，但 事实并非如此。 ·1．2 “共用电子对芳香网络结构”概念的提出与基本观点 经长期研究，笔者发现，芳香性物质的构成具有特殊的规律性，它是一类由 共用电子对作用形成的，呈对称几何形状的网络状结构，这是一种异于通常描述 的新的结构模式。若以新模式的结构原理，解释芳香性物质的相关结构问题，. - 1 - 大多能自然顺利地得以解决，并可破解一些长期令人困惑的问题。 本文主要是介绍新模式的特点、内涵与意义。为便于研究与表述，文中暂且 将这种结构模式称作“共用电子对芳香网络结构”（简称“芳香网络结构”或“芳 香结构”），相关原理称为共用电子对芳香网络结构原理（简称芳香网络结构原 理或芳香原理），所成体系的理论称为共用电子对芳香网络结构理论（简称芳香 网络结构理论或芳香理论）。 芳香网络结构理论的内涵主要是一些新的观点，文中以这些观点构建共用电 子对芳香网络结构的模型、阐述芳香网络结构原理，并应用原理分析问题，探究 芳香性物质的结构本质。 新的观点认为，在特定条件下，点电荷之间的相互作用可以组成相对稳定的 网络，这是由三角形构形的稳定性与相互作用的对称平衡性决定的，利用由共用 电子对和原子之间的作用形成的这种网络关系可以描绘芳香结构的模型，分析结 构形成的内在因素与规律，解释物质芳香性的成因。 ·2．共用电子对芳香网络结构的构成原理 ·2．1 多中心键与共用电子对芳香网络结构 共用电子对芳香网络结构原理认为，芳香结构在形式上，是由多中心键与双 原子键相互协同，将质点（成键电子对或原子）“编排”成形似点阵，而实为网 络的，几何对称形网络状结构，其中多见的为分子型或离子型结构，如图I 所示， 环丙烯正离子、苯环、多环及一些杂环等，还有的呈巨型网络状，如石墨晶体的 网络状碳层等〔图例注释： 表示共用电子对，“——”、“……”表示不同的 相互作用，“←→”表示排斥作用，“→←”表示吸引作用〕。 石墨网络状碳 层