- 中文名
- 苯环
- 外文名
- benzene ring（benzene nucleus）
- 化学式
- C6H6
苯的分子式为C6H6，从碳氢比来看，苯应该显示高度的不饱和性，但苯并不具备不饱和烃的性质。一般情况下，苯不易发生烯烃一类的亲电加成反应，也不被高锰酸钾氧化，易发生苯环的取代反应，如卤化、硝化、磺化、烷基化和酰基化等，这些反应都保持了苯环的原有结构。苯具有芳香，与苯环的特殊结构密切相关，具体表现为：不易加成、不易氧化、易取代、碳环异常稳定 [2]。
德国化学家凯库勒（Kekule）于1858年提出了碳原子间能够相互连接成链的观点，到了1865年，他对苯的结构提出了一个设想，即碳链有可能头尾连接起来成环，据凯库勒本人的著作称，他因梦见一条蛇首尾相接而受到启发。凯库勒结构式是当时众多“苯环结构”中最满意的一种，它成功地解释了许多实验事实，但不能解释苯环的特殊稳定性。因为按照凯库勒的说法，苯分子中存在三个双键，虽然它们来回不停地移动，但双键始终是存在的。
凯库勒式主要存在两个问题：
（2）按照凯库勒结构式，苯的邻位二元取代物应有两种异构体存在，但实验表明只有一种 [3]。
鲍林式和凯库勒式在苯环的研究过程中除了凯库勒式和鲍林式，还有克劳斯结构式I，克劳斯结构式II，拉登堡结构式I，拉登堡结构式II，阿姆斯特朗结构式等形式。
苯环结构的猜想
苯环结构的猜想值得一提的是，在一本由洛希米特（近代物理学家）著，1861年出版的小册子中，前47页是368个化学结构，就在368个化学结构中，竟然有苯环结构图。而在大部分人眼里，苯环却是在4年后被凯库勒发现的。没有直接的证据表明凯库勒看过洛希米特的这本书，但凯库勒在1865年的一篇法文论文中曾提到过洛希米特的名字，这至少说明凯库勒曾看过洛希米特的一些著作 [4]。
价键理论对苯的结构的解释：
（1）碳原子 sp2杂化，形成三个σ键；
（3）体系能量降低（主要为共轭能），体系变得稳定（不易发生加成反应） [5]；
大π键的离域能是152kJ/mol，体系稳定，能量低，不易开环（即不易发生氧化、加成反应）。处于大π键中的π电子高度离域，电子云完全平均化，像两个救生圈分布在苯分子平面的上下两侧，在结构中并无单双键之分，是一个闭合的共轭体系 [2]。
物理方法研究的结果证明苯分子是平面的正六边形结构。苯分子中的六个碳和六个氢都分布在同一平面上，相邻碳碳键之间的夹角都为120°。所以碳碳键都完全相同，键长也完全相等，为139pm，它们既不是一般的碳碳单键（154pm），也不是一般的碳碳双键（134pm） [6]。
按照分子轨道理论，苯分子中六个碳原子都形成sp2杂化轨道，六个碳原子以sp2杂化轨道形成六个碳碳σ键，又各以一个sp2杂化轨道和六个氢原子的s轨道形成六个碳氢σ键，从而形成一个正六边形，所有的碳原子和氢原子在同一平面上。碳原子保留一个和这个平面垂直的p轨道，它们彼此平行，这样碳原子的p轨道可以和相邻的碳原子的p轨道平行重叠而形成π键。
苯分子中p轨道的重叠由于一个p轨道可以和左右相邻的两个碳原子的p轨道同时重叠，因此形成的分子轨道是一个包含六个碳原子在内的封闭的或称为是连续不断的共轭体系，如图1所示。π轨道中的π电子能够高度离域，使π电子云完全平均化，从而能量降低，苯分子得以稳定 [4]。
苯的π分子轨道能级图三个成键轨道中，Ψ1没有节面，能量是最低的，而Ψ2和Ψ3都有一个节面，能量相等，但比Ψ1高，这两个能量相等的轨道称为简并轨道。反键轨道Ψ4和Ψ5各有两个节面，它们的能量也彼此相等，但比成键轨道要高，Ψ6有三个节面，是能量最高的反键轨道。很明显，苯分子的六个π电子都在成键轨道上，这六个离域的π电子总能量，如果和它们分别处在孤立的既定域的π轨道的能量之和相比，要低得多 [7]，因此苯的结构很稳定。由于处于π轨道中的π电子能够高度离域，使π电子云完全平均化，因此苯分子中所有碳碳键都完全相同，键长也完全相等。
苯环中的电子轨道
共振论对苯环的解释共振论对苯环结构的解释主要有：
（1）苯是上述共振式的共振杂化体；
（2）其中 a~b 的贡献较大，c~e 的贡献较小；
（3）共振使得碳碳键不是单键也不是双键，且六个键相同；
稳定性
