5.8　稠环芳烃

稠环芳烃是指由两个或两个以上苯环彼此共用两个相邻碳原子稠合而形成的多环芳香烃。重要的稠环芳烃有萘、蒽、菲等。

5.8.1　萘

萘是白色片状晶体，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂。熔点80℃，沸点218℃，有特殊气味，易升华，常用作防蛀剂。萘主要来源于煤焦油和石油，它是重要的化工原料，可用来合成染料、农药等。

5.8.1.1　萘的结构和命名

萘是最简单的稠环芳烃，由两个苯环稠合而成，分子式为C10H8。萘的结构与苯相似，也是平面型的分子，萘环上的碳原子都是sp2杂化，未参加杂化的p轨道相互平行且垂直于环平面，彼此从侧面重叠形成一个闭合的共轭大π键。但在萘的分子中，p轨道的重叠情况不完全相同，电子云的密度不像苯环那样完全平均化，分子中各碳碳键的键长也不完全相等。萘的结构式如下：

在萘的结构式中，环上碳原子的编号是统一的。其中1、4、5、8四个碳原子的位置是等同的，称为α-位；2、3、6、7四个碳原子的位置也是等同的，称为β-位。萘的一元取代物有α、β两种异构体。例如：

5.8.1.2　萘的化学性质

萘环具有和苯环相似的闭合共轭体系，也具有芳香性，但芳香性比苯差。萘的化学性质比苯活泼，比苯容易发生亲电取代反应、氧化反应、还原反应。

（1）亲电取代反应　由于萘环的α-位电子云密度高于β-位，因此亲电取代主要发生在α-位。

①卤代反应　在Fe或FeCl3的催化作用下，萘和氯气发生氯代反应，主产物为α-氯萘。

②硝化反应　萘与混酸的硝化反应在常温下就可以进行，主产物为α-硝基萘。

③磺化反应　萘与浓硫酸在较低温度下反应，主要产物为α-萘磺酸（动力学控制产物）；在较高温度下反应，主要产物为β-萘磺酸（热力学控制产物）。升高温度可使α-萘磺酸转化为β-萘磺酸。

（2）氧化反应　萘的芳香性比苯差，因此萘比苯容易被氧化。在低温下，用氧化铬为氧化剂进行氧化，产物为1,4-萘醌；在高温下，以V2O5作为催化剂，用空气进行氧化，产物为邻苯二甲酸酐。

（3）还原反应　萘比苯容易发生加氢还原反应。用金属钠和乙醇就可以将萘还原成1，4-二氢萘、四氢萘，用催化加氢的方法还可将萘还原成十氢萘。

5.8.2　蒽和菲

蒽和菲均存在于煤焦油中，都是白色片状晶体，不溶于水，易溶于苯等有机溶剂。蒽的熔点217℃，沸点340℃；菲的熔点101℃，沸点340℃。蒽和菲均由三个苯环稠合而成，两者互为同分异构体，分子式是C14H10。在结构上它们都有闭合的共轭体系，都具有一定的芳香性，但其芳香性比萘更差。蒽和菲分子结构式及碳原子的编号如图5-5所示。

在蒽的结构式中，1、4、5、8四个碳原子的位置是等同的，称为α-位；2、3、6、7四个碳原子的位置是等同的，称为β-位。9、10两个碳原子的位置是等同的，称为γ-位。因此蒽的一元取代物有α、β、γ三种异构体。

在菲的结构式中，有五对相对应的位置，即1与8,2与7,3与6,4与5,9与10，因此菲的一元取代物有五种异构体。

蒽和菲都具有一定的芳香性，但其芳香性比萘更差，化学性质比较活泼，其中9、10位110的电子云密度最高，容易在9、10位发生氧化反应和还原反应。例如：

氧化反应

还原反应

由于蒽的芳香性差，且在9、10位比较活泼，因此蒽可作为双烯体与马来酸酐发生Diels—Alder反应。例如：

5.8.3　其他稠环芳烃

除萘、蒽、菲外，还有一些其他稠环芳烃。例如：

煤、石油、烟草、木材等不完全燃烧会产生许多稠环芳烃，有些稠环芳烃具有致癌作用，如3,4-苯并芘有很强的致癌性。值得注意的是，机动车排放的废气、烟熏食品以及香烟烟雾中均含有少量的致癌芳烃。