芳香烴

芳香烴（ㄊㄧㄥ）（英語：aromatic hydrocarbons）簡稱芳烴，為苯及其只含碳與氫的衍生物的總稱，乃指分子結構中含有一個或者多個苯環的烴類化合物。其中最簡單和最重要的芳香烴是苯及其同系物甲苯、二甲苯、乙苯等。名稱來源由於有機化學發展初期，這一類化合物幾乎都在揮發性、有香味的物質中發現，例如：從安息香膠中取得安息香酸，自苦杏仁油取得苯甲醛等。但後來許多性質應屬芳香族的化合物，卻沒有擁有香味，因此現今芳香烴，意指的只是這些含有苯環的化合物。

此外，在芳香族中，一些芳香環中並不完全是苯的結構，而是其中的碳原子，會被氮、氧、硫等元素取代，我們稱之為雜環，例如：像是呋喃的五元環中，包括一個氧原子，吡咯中含有一個氮原子，噻吩含有一個硫原子等。

而芳烴可分為：

而具有鏈狀的芳香烴一般稱之為脂芳烴（arenes），常見的脂芳烴有甲苯、乙苯、苯乙烯等。

苯環模型

苯共振式

苯，為最簡單的一種芳香烴，芳香族化合物皆由其衍生而成，首先在1865年，由弗里德里希·凱庫勒年提出了苯環單鍵、雙鍵交替排列、無限共軛的結構，即現在所謂「凱庫勒式」。又提出了苯中的雙鍵並不是固定的，而是會藉由共振，產生介於單鍵與雙鍵之間的鍵長，以圓圈型的符號表示代表苯中電子的未定域化。苯結構是一個平面正六邊形分子，碳原子以sp²軌域鍵結，所以任二鍵互成120°。

性質

芳香烴具有下列性質，一般稱之為芳香性（aromaticity）：

具有特別的穩定性，通常每個雙鍵氫化熱為28~30仟卡，預估環己三烯的氫化熱為85.8仟卡，但實際上該化合物（即苯）的氫化熱只有49.8仟卡，低了預估值36仟卡，這個值稱為苯的共振能（resonance energy），穩定了整個化合物。
苯的核磁共振光譜（NMR）出現在7.3ppm，比一般烯類的氫原子還要處於低磁場（down field），這是因為苯的電子環可產生誘導磁場(induced magnetic field)，使的質子所需的感應磁場較弱，這種往低磁場方向移動的特性可用來檢驗一化合物是否具有芳香性。
由苯的分子式C₆H₆，看起來應屬於不飽和烴，但比較它與環己烯的性質後就會發現截然不同，苯中看似擁有雙鍵，應具有不飽和烴活性大的性質，但由於π電子的共振結合，卻異常安定，故反應性通常比烯類還小。下表比較苯與環己烯的性質：

試劑	環己烯	苯
KMnO₄ （冷、稀溶液）	迅速氧化	無反應
Br₂/CCl₄ （黑暗中）	迅速加成	無反應
HI	迅速加成	無反應
H₂+Ni	迅速氫化 (25度C，20 lb/in²)	緩慢氫化 (100~200度C，1500 lb/in₂)

德國化學家Hückel根據量子力學計算，若環狀電子要具備芳香性，共振電子數必須為4n+2個（n=0,1,2,...），ex：苯環有六個共振電子，符合Hückel規則故為芳香族；環庚三烯基陽離子（cycloheptatrienyl cation）有六個π電子，所以具備穩定的芳香性；；環庚三烯基陰離子（cycloheptatrienyl anion）有八個π電子，故較不穩定。

芳香烴反應

取代反應

這是芳香烴的有機反應中最常見的反應，可分為親電芳香取代反應和親核芳香取代反應，通常是其中的氫原子被其他物質所取代。

親電芳香取代反應

親電芳香取代反應（electrophilic aromatic substitution），為親電試劑與芳香環所進行的取代反應，該反應類型主要可分為硝化反應、鹵代反應、磺化反應以及傅-克反應。反應機構中有一個中間物，而他會進行共振，這個中間物有個特別的名稱，一般稱之為σ-複合物或者芳基正離子（arenium ion），整個反應為環當親核基攻擊親電試劑，產生σ-複合物，再用鹼抓住並脫去質子，完成取代反應。

親核取代反應

親核芳香取代反應，為親核劑與芳香環所進行的取代反應，該反應類型主要可分為加成-消去與消去-加成二種。加成-消去主要依循S_NAr 反應機構，而不是遵循過去常見的S_N1以及S_N2 反應機構，過程中亦會產生一會共振的中間物，但這個中間物所帶的是負電荷，所以我們不叫他sigma複合物而稱之為Meisenheimer複合物。消去-加成反應則是在反應過程中形成一種名為苯炔的中間物，再利用親核基攻擊苯炔，完成取代反應。是利用同位素標定法確定其反應機構，並用狄爾斯－阿爾德反應的捕捉技巧，確認這個反應性很強的中間物存在。

顯色反應

芳烴和一些試劑作用，可以產生特徵顏色，用於鑑別不同種類的芳烴：

名稱	在無水三氯化鋁的存在下與氯仿反應顯色^[1]	在四氯化碳溶液中和五氯化銻反應顯色^[2]	和甲醛-硫酸試劑作用顯色^[3] （Le Rosen 試驗）
苯	橙色至紅色（苯及同系物）	黃色	紅色
甲苯	黃橙色（硝基苯溶劑）^[2]		紅色
乙苯			紅褐色
正丁苯			紅色^[4]
均三甲苯			黃褐色
六甲基苯	暗紅色（硝基苯溶劑）^[2]
六乙基苯			黃色
1,3,5-三苯基苯			藍色
苯甲醚			紅紫色
苯甲醛			紅色黃棕色（濃硫酸中）
二苯基乙烯			棕色
芳基鹵化物	橙色至紅色		粉紅色至紫紅色^[4]
沒食子酸			黃綠色
苯酚			紅紫色
對苯二酚			黑色
萘	藍色或紫色（萘及衍生物）		綠色
聯苯	紫色		藍綠色
聯苄			暗紅色
三聯苯			藍色或綠藍色^[4]
二苯甲烷			紅色
菲	紫色
蒽	綠色^[5]	綠色沉澱	黃綠色
芴			綠色
咔唑			綠色

反應機理：

3 C₆H₆ + CHCl₃ —AlCl₃→ Ph₃CH + 3 HCl

Ph₃CH + AlCl₃ → Ph₃C⁺AlCl₄^-

ArH + SbCl₅ → ArH^*+ + SbCl₅^*-

2 SbCl₅^*- → SbCl₄^- + SbCl₆^-

2 C₆H₆ + CH₂O → Ph-CH₂-Ph + H₂O

Ph-CH₂-Ph + 2 H₂SO₄ → Ph-CH=C₆H₄=O + 3 H₂O + 2 SO₂

多環芳香烴

多環芳香烴（PAHs）是由芳香環結合而成且不含有雜原子和取代基的芳香烴。^[6]萘是最簡單的多環芳香烴之一。多環芳香烴存在於油、煤炭和焦油中，是燃料（無論是化石燃料還是生物質）燃燒的副產品。多環芳香烴作為污染物，它們受到關切，因為一些化合物被確認會致癌、導致變異或引起發展缺陷。多環芳香烴也出現於食物中。根據研究，高溫烹飪的肉（如燒烤）和熏魚中含有大量多環芳香烴。^[7]^[8]^[9]

它們也存在於星際物質、彗星和隕石中，可能是形成最早生命形式的主要物質（英語：PAH world hypothesis）。在石墨烯中，多環芳香烴被擴大成大型平面結構。

苯及其衍生物

參考文獻

^ John C. Gilbert., Stephen F. Martin. Experimental Organic Chemistry: A Miniscale and Microscale Approach^{[永久失效連結]}. Brooks/Cole CENGAGE Learning, 2011. pp 872. 25.10 Aromatic Hydrocarbons and Aryl Halides - Classification test - Chloroform and Aluminum Chloride. ISBN 978-1-4390-4914-3
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 V. Gold. Advances in Physical Organic Chemistry. Vol 13. Academic Press, 1976. pp 164. ISBN 0-12-033513-1
^ Fritz Feigl. Spot Tests in Organic Analysis, Elsevier, 1966. ISBN 0-444-40209-8
^ ^4.0 ^4.1 ^4.2 姚瑾. 介紹一個鑑別烷烴與芳烴的簡易方法. 化學教學 , 1991 (1) :48-48
^ http://www.chem.umass.edu/people/mcdaniel/CHEM-268/Experiments/Qualitative-Organic-Analysis.pdf （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） pp 778
^ Fetzer, J. C. The Chemistry and Analysis of the Large Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Polycyclic Aromatic Compounds (New York: Wiley). 2000, 27 (2): 143. ISBN 0-471-36354-5. doi:10.1080/10406630701268255.
^ Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – Occurrence in foods, dietary exposure and health effects (PDF). European Commission, Scientific Committee on Food. December 4, 2002 [2021-12-24]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-05-19）.
^ Larsson, B. K.; Sahlberg, GP; Eriksson, AT; Busk, LA. Polycyclic aromatic hydrocarbons in grilled food. J. Agric. Food Chem. 1983, 31 (4): 867–873. PMID 6352775. doi:10.1021/jf00118a049.
^ Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 1996 [2021-12-24]. （原始內容存檔於2021-02-08）.

[1] John C. Gilbert., Stephen F. Martin. Experimental Organic Chemistry: A Miniscale and Microscale Approach^{[永久失效連結]}. Brooks/Cole CENGAGE Learning, 2011. pp 872. 25.10 Aromatic Hydrocarbons and Aryl Halides - Classification test - Chloroform and Aluminum Chloride. ISBN 978-1-4390-4914-3

[Gold-2] 2.0 ^2.1 ^2.2 V. Gold. Advances in Physical Organic Chemistry. Vol 13. Academic Press, 1976. pp 164. ISBN 0-12-033513-1

[3] Fritz Feigl. Spot Tests in Organic Analysis, Elsevier, 1966. ISBN 0-444-40209-8

[Yao-4] 4.0 ^4.1 ^4.2 姚瑾. 介紹一個鑑別烷烴與芳烴的簡易方法. 化學教學 , 1991 (1) :48-48

[5] ttp://www.chem.umass.edu/people/mcdaniel/CHEM-268/Experiments/Qualitative-Organic-Analysis.pdf （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） pp 778

[6] Fetzer, J. C. The Chemistry and Analysis of the Large Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Polycyclic Aromatic Compounds (New York: Wiley). 2000, 27 (2): 143. ISBN 0-471-36354-5. doi:10.1080/10406630701268255.

[7] Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – Occurrence in foods, dietary exposure and health effects (PDF). European Commission, Scientific Committee on Food. December 4, 2002 [2021-12-24]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-05-19）.

[8] Larsson, B. K.; Sahlberg, GP; Eriksson, AT; Busk, LA. Polycyclic aromatic hydrocarbons in grilled food. J. Agric. Food Chem. 1983, 31 (4): 867–873. PMID 6352775. doi:10.1021/jf00118a049.

[9] Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 1996 [2021-12-24]. （原始內容存檔於2021-02-08）.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

閱論編化學分支
生物分子列表無機化合物列表有機化合物列表元素周期表
分析化學	儀器分析電化學分析光譜法 IR Raman uv-vis NMR 質譜法 EI ICP MALDI 色譜法 GC HPLC 飛秒化學晶體學表徵
物理化學	電化學熱化學化學熱力學膠體化學表面科學光譜學結構化學 / 晶體學化學物理學化學動力學飛秒化學量子化學光化學核化學
無機化學	配位化學磁化學有機金屬化學生物無機化學生物有機金屬化學原子簇化學晶體學固體化學冶金學材料科學
有機化學	生物化學生物有機化學化學生物學生物正交化學臨床化學神經化學生物物理化學分子生物學立體化學物理有機化學有機反應逆合成分析不對稱合成全合成 / 半合成藥物化學富勒烯化學高分子化學石油化學
其他化學	核化學錒系化學放射化學輻射化學天體化學 / 宇宙化學地球化學環境化學大氣化學海洋化學煤化學石油化學食品化學農業化學化學教育法化學納米化學超分子化學化學合成綠色化學點擊化學組合化學生物合成計算化學理論化學濕化學
參閱	化學史化學年表元素發現史諾貝爾化學獎「中心科學」化學反應催化化學元素化合物原子分子離子化學鍵
化學分類化學主題共享資源專題

權威控制資料庫
各地	德國捷克
學術	AAT