A-level 化学/AQA/模块 4/芳香化学

芳香化学是研究涉及苯基 (phenyl-) 基团 C₆H₆ 的反应的学科。含有该基团的芳香化合物，如苯、甲苯或 TNT (三硝基甲苯)，被称为芳烃，而含有苯环的官能团被称为芳基基团。

结构

大约从 1865 年开始，人们普遍接受的苯模型是凯库勒结构 - 实际上是环己-1,3,5-三烯。人们认为每个苯环中有三个双键，每个 6 个碳原子都连接到一个单一的氢核上。该模型后来被修改，建议双键在 1930 年代之前在分子中两种可能的位置（即 1,3,5 和 2,4,6）之间快速振荡...

...当人们通过实验发现苯中的键合实际上是杂化的 - 既不是单键也不是双键 - 对于所有 C-C 键而言。发现，与其说是碳原子之间的局部 π 键，不如说是一个离域环形成 - 每个碳原子贡献一个 p 轨道电子。由此，苯的骨架符号（一个带有内部圆圈的六边形）被推导出 - 虽然很少使用，但苯也可以完全画出，每个碳原子都显示出来，内部环代表键。

由于每个碳原子周围有三个电子密度区域，排斥理论规定分子是平面的，键角为 120°。

该结构由以下证据支持

• 键长数据 - 实验发现 C-C 键长为 0.154 nm，而 C=C 键长为 0.134 nm。对苯的观察表明，分子中所有碳-碳键都只存在一种 0.139 nm 的键长 - 统一。
• 热化学稳定性 - 环己烯（即含有一个双键的环己烷）的氢化产生 -120kJ/mol 的焓变。因此，苯的氢化预计将产生 -360kJ/mol 的焓变，如果该结构包含三个双键 - 但实际上观察到只有 -208kJ/mol。环状结构使苯更稳定。

卤化

当苯环在 AlCl₃ 或 FeCl₃ 的存在下暴露于 HCl 时，会形成卤代苯。