A-level 化學/AQA/模組 4/芳香化學

芳香化學是研究涉及苯基 (phenyl-) 基團 C₆H₆ 的反應的學科。含有該基團的芳香化合物，如苯、甲苯或 TNT (三硝基甲苯)，被稱為芳烴，而含有苯環的官能團被稱為芳基基團。

結構

大約從 1865 年開始，人們普遍接受的苯模型是凱庫勒結構 - 實際上是環己-1,3,5-三烯。人們認為每個苯環中有三個雙鍵，每個 6 個碳原子都連線到一個單一的氫核上。該模型後來被修改，建議雙鍵在 1930 年代之前在分子中兩種可能的位置（即 1,3,5 和 2,4,6）之間快速振盪...

...當人們透過實驗發現苯中的鍵合實際上是雜化的 - 既不是單鍵也不是雙鍵 - 對於所有 C-C 鍵而言。發現，與其說是碳原子之間的區域性 π 鍵，不如說是一個離域環形成 - 每個碳原子貢獻一個 p 軌道電子。由此，苯的骨架符號（一個帶有內部圓圈的六邊形）被推匯出 - 雖然很少使用，但苯也可以完全畫出，每個碳原子都顯示出來，內部環代表鍵。

由於每個碳原子周圍有三個電子密度區域，排斥理論規定分子是平面的，鍵角為 120°。

該結構由以下證據支援

• 鍵長資料 - 實驗發現 C-C 鍵長為 0.154 nm，而 C=C 鍵長為 0.134 nm。對苯的觀察表明，分子中所有碳-碳鍵都只存在一種 0.139 nm 的鍵長 - 統一。
• 熱化學穩定性 - 環己烯（即含有一個雙鍵的環己烷）的氫化產生 -120kJ/mol 的焓變。因此，苯的氫化預計將產生 -360kJ/mol 的焓變，如果該結構包含三個雙鍵 - 但實際上觀察到只有 -208kJ/mol。環狀結構使苯更穩定。

鹵化

當苯環在 AlCl₃ 或 FeCl₃ 的存在下暴露於 HCl 時，會形成滷代苯。