芳香烃特性、结构与反应总结与应用探讨

# 芳香烃
- 芳香烃概述
  - 定义
    - 含苯环的碳氢化合物
    - 现代概念：具有芳香性的环状化合物（不一定含苯环）
  - 特性
    - 高度不饱和但稳定
    - 难加成、难氧化、易取代
    - 平面环状结构
      - 4n+2 π电子体系（休克尔规则）
- 苯的结构与发现
  - 结构
    - 平面分子
      - sp²杂化
      - C-C键长139pm（介于单双键之间）
    - 闭合大π键（6电子）
  - 历史
    - Faraday发现（1825年）
    - 凯库勒提出环己三烯结构（1865年）
      - 动态平衡解释
    - X射线衍射证实平面结构（1929年）
- 物理性质
  - 无色液体
  - 比水轻
  - 不溶于水
  - 有毒（长期接触致白血病）
- 化学性质
  - 亲电取代反应
    - 机理
      - E⁺进攻苯环→σ络合物→恢复芳香性
    - 类型
      - 卤代（FeX₃催化）
      - 硝化（混酸）
      - 磺化（可逆，高温得β-萘磺酸）
      - 傅氏反应（烷基化/酰基化，AlCl₃催化）
        - 烷基化易重排
        - 酰基化不重排
  - 氧化反应
    - 侧链α-H氧化为羧酸（KMnO₄）
    - 苯环剧烈氧化
      - V₂O₅→顺丁烯二酸酐
  - 加成反应
    - 加氢（Ni催化→环己烷）
    - 加氯（UV→六六六，已禁用）
  - 苄位卤代
    - 自由基机理
    - NBS试剂
- 定位规律
  - 定位基分类
    - Ⅰ类（邻对位）
      - 活化苯环（-OH, -CH₃, -NH₂）
    - Ⅱ类（间位）
      - 钝化苯环（-NO₂, -COOH）
    - 卤素
      - 钝化但邻对位定位
  - 解释
    - 电子效应（诱导/共轭）
    - 中间体稳定性
      - 共振杂化体
  - 应用
    - 预测产物位置（如硝基苯硝化→间位）
    - 合成设计（如转化-CH₃→-COOH调整定位）
- 多环芳烃（萘为例）
  - 结构
    - 10π电子
      - α位（1,4,5,8）活性＞β位（2,3,6,7）
  - 化学性质
    - 亲电取代（α位为主，如α-硝基萘）
    - 磺化
      - 低温→α
      - 高温→β
    - 氧化（V₂O₅→邻苯二甲酸酐）
    - 加氢（Na/醇→四氢萘）
- 非苯芳烃与休克尔规则
  - 规则
    - 单环
    - 平面
    - 共轭
    - 4n+2 π电子
  - 例子
    - 环戊二烯负离子（6e⁻，芳香性）
    - [18]轮烯（芳香性）
- 应用与案例
  - 工业
    - PX（对二甲苯）用于聚酯生产
  - 医药
    - 尼美舒利合成中的定位控制
  - 环保
    - PX项目争议（毒性vs需求）
- 习题与总结
  - 命名