A 级化学/OCR（Salters）/芳烃的反应

芳烃，例如苯（上图），在其苯环的上下方具有高电子密度的区域。占据这些区域的轨道中的离域电子吸引阳离子或部分带正电的亲电子试剂。

芳烃的反应是化学思想中第 12.4 节的标题。

介绍

芳烃比烯烃稳定得多，反应性也更低。与烯烃不同，芳烃不进行亲电加成反应，因为这样做会破坏芳烃的芳香性（由于环中的电子离域而产生的稳定性）。

芳烃的特征反应完全不同。它们倾向于进行亲电取代，这涉及亲电子试剂取代芳烃苯环上的一个氢原子。

苯的溴化

空间填充模型的溴苯

概述

机理

氯化

概述

无论何时使用三氯化铝，AlCl₃，无水条件都是必不可少的——与水接触时，可能会发生爆炸性反应，释放出腐蚀性氯化氢气体。

机理

傅-克反应

傅-克烷基化

概述

傅-克酰基化

概述

机理

傅-克酰基化中心的亲电试剂是酰基离子，[RCO]⁺。它的碳原子带有很大的部分正电荷，并且具有高度的亲电子性，使其能够与苯等非常不活泼的芳烃反应。酰基离子的键合最好描述为两种共振形式的共振杂化体

硝化

概述

芳烃与 NO₂⁺ 反应，NO₂⁺ 是一种高度亲电的线性阳离子，称为硝酰离子。结果，硝基，RNO₂，取代了芳烃苯环上的一个氢原子。

由于 NO₂⁺ 反应性很高，因此它不方便以盐的形式使用。它必须原位（在反应容器中）通过浓硫酸与浓硝酸反应产生，两者合称为硝化混合物。

HNO₃ + 2H₂SO₄ → NO₂⁺ + 2HSO₄⁻ + H₃O⁺

每摩尔硝化的苯消耗一摩尔的硝酸，因此硝酸是反应物。相反，硫酸在硝化完成后再生，使其成为催化剂。

球棍模型的TNT，一种带有硝基的芳烃

为了限制添加的硝基数量，温度必须保持在 55 °C 以下。高于此温度，会形成二硝基和三硝基化合物，这些化合物通常极不稳定，容易爆炸。一个例子是 TNT（三硝基甲苯，2,4,6-三硝基甲苯的俗名）。

机理

硝基芳烃还原为芳胺

浓盐酸中的锡是将硝基芳烃还原为芳胺的有效催化剂。

磺化

苯磺酸（苯磺化反应的产物）的球棍模型

概述

机理

浓硫酸中含有一些三氧化硫，SO₃，被认为是芳烃磺化反应中涉及的亲电试剂。SO₃的中心硫原子具有很大的正偏电荷，它足够亲电以吸引苯环上的离域电子。

氢化

苯很难氢化，因为这样做会导致稳定的芳香体系（离域电子）消失。氢化苯需要高度活性的催化剂以及高温高压条件。

该催化剂基于高度分散的镍，被称为雷尼镍。工业上使用的条件是30个大气压和300 °C的温度。氢化一摩尔苯需要三摩尔氢气，H₂。

总结

除了氢化以外，这里介绍的芳烃反应都是亲电取代反应。芳烃，尤其是苯，具有极其稳定且不活泼的芳香体系（离域电子）。因此，芳烃只与最活泼的亲电试剂反应，并且需要特殊的催化剂来生成所需的高度亲电物质，例如Br⁺、NO₂⁺和R⁺。

目前的证据表明，亲电芳香取代反应通过高能、不稳定的四面体碳正离子中间体进行。

一旦生成了合适的亲电物质E⁺，它将与苯快速反应。形成一个高度不稳定的中间体（包含一个四面体碳），这会显著破坏环中电子的离域。中间体立即释放一个质子以恢复完全的芳香环，从而大幅降低其能量。

对机理的更详细观察表明，苯中的一个氢原子被亲电试剂取代。