由碳氢共同构筑的环状共轭体系――苯环、芳香(杂)环

   苯环是最典型的环状共轭体系。苯分子由六个碳原子和六个氢原子组成。其中,每个碳原子均为sp2杂化,分别与一个H、两个C形成σ键, FDT3N40TF六个碳原子互相连接成为正六边形的分子平面。而来自于六个碳原子未经杂 化的2pz轨道垂直于分子平面,它们相互重叠,形成大冗键。来自六个碳原子的六个冗电子可在大冗轨道上离域,如图2.7所示。

    图2.7 ⑶苯环的分子结构;(ω苯环中尚未成键的p轨道,其轨道垂直于分子平面;⑹苯环中六个垂直于分子平面的p轨道相互肩并肩重叠形成大冗轨道,其中的成键和反键冗轨道能级分布。可以看出,充满电子的成键冗轨道比孤立的p原子轨道能量低,因此苯环离域π键的形成使体系更加稳定苯环的最大特点是由六个碳原子共同形成的垂直于分子平面的六原子大冗键共轭体系。它含有的6个冗电子,可以离开其归属的碳原子,在与分子平面垂直的大π键电子云内运动。也就是说,六个冗电子具有离域性,它们不是固定在某个碳原子上,而是在六个碳原子之间移动,使材料表现出导电性。有机材料中包括苯环在内的这种环状平面共轭单元通常称为芳香结构,具有芳香结构的材料通常认为具有芳香性。表2,1给出一些含有苯环的稠环芳香分子的化学结构及其光学吸收峰位。这些稠环芳香烃光学吸收在近紫外到可见光的范围,随着分子有效共轭长度的增加,材料的能隙呈逐渐降低的趋势,吸收光谱红移。

   值得注意的是,一些环状共轭结构,由于不具有平面性,不能产生环状的大冗键,因此就不具备芳香性。图2.8所示的环状分子就是其中的一个例子。

   除了由碳氢共同构筑的芳香碳氢化合物外,由氧、氮、硫等杂原子与碳氢原子一起形成的平面环形共轭结构也可以具有芳香性,如图2.9所示的吡啶与吡咯是其中的两个例子,它们的环状冗共轭情形展示在图中。其他一些总之,芳香材料由于具有平面环状大冗键共轭结构,因而有较好的导电性和丰富的光学特性,是最有潜力的有机光电材料。