Die wichtigste chemische Eigenschaft aromatischer Kohlenwasserstoffe ist ihre Aromatizität. Insgesamt weisen sie strukturelle Stabilität auf, gehen leicht elektrophile Substitutionsreaktionen ein und sind weniger anfällig für Additions- und Oxidationsreaktionen. Spezifische Eigenschaften sind wie folgt:
Kernmerkmal: Elektrophile Substitutionsreaktionen
Dies ist die typischste Reaktion aromatischer Kohlenwasserstoffe. Während der Reaktion bleibt eine stabile Benzolringstruktur erhalten. Zu den gängigen Typen gehören:
Nitrierung: Benzol reagiert mit konzentrierter Salpetersäure unter Katalyse mit konzentrierter Schwefelsäure und Erhitzen, um Nitrobenzol zu erzeugen. Dies ist eine charakteristische Substitutionsreaktion aromatischer Kohlenwasserstoffe.
Sulfonierung: Reaktion mit konzentrierter Schwefelsäure, bei der Wasserstoffatome im Benzolring durch Sulfonsäuregruppen (-SO₃H) ersetzt werden. Die Reaktion ist reversibel und kann zum Lokalisierungsschutz des Benzolrings genutzt werden.
Halogenierung: Unter der Katalyse von Lewis-Säuren (wie FeCl₃) werden Wasserstoffatome im Benzolring durch Halogene ersetzt, um haloaromatische Kohlenwasserstoffe zu erzeugen.
French-Crafts-Reaktion: Einschließlich Alkylierung und Acylierung ist die Einführung von Alkyl- oder Acylgruppen in den Benzolring unter AlCl₃-Katalyse eine wichtige Methode zur Herstellung aromatischer Ketone und Alkylbenzole. Allerdings ist die Alkylierung anfällig für Umlagerungen.
Dirigierende Wirkung: Vorhandene Substituenten am Benzolring beeinflussen die Position und Reaktivität nachfolgender Substitutionen: Elektronenspendende Gruppen (wie Methyl und Hydroxyl) aktivieren den Benzolring und bewirken vorzugsweise eine Substitution an der ortho/para-Position; Elektronen-ziehende Gruppen (wie Nitro und Carboxyl) deaktivieren den Benzolring und verursachen vorzugsweise eine Substitution an der Metaposition; Ein Sonderfall sind Halogene, die den Benzolring deaktivieren, aber dennoch zu einer ortho/para--gerichteten Substitution führen.
Additionsreaktionen: Die konjugierten Systeme aromatischer Kohlenwasserstoffe sind stabil und erfordern strenge Bedingungen für die Addition, und der Additionsprozess zerstört häufig die aromatische Struktur.
Katalytische Hydrierung: Benzol kann unter hoher Temperatur und hohem Druck und mit einem Katalysator vollständig Wasserstoff hinzufügen, um Cyclohexan zu bilden; kondensierte -ringaromatische Kohlenwasserstoffe wie Naphthalin und Anthracen neigen eher zur Addition als Benzol und reagieren bevorzugt an der reaktiveren Position.
Photochemische Halogenierung: Benzol kann unter Lichtbestrahlung Chlor hinzufügen und so Hexachlorcyclohexan bilden, anstatt eine Substitutionsreaktion einzugehen.