芳烃与B酸作用，可以生成芳基正碳离子，其中带有正电荷的H 原子位于苯环与侧链连接处的C原子上。

背景知识碳正离子

碳正离子(Carbenium ion)是一种带正电的不稳定的有机物。与自由基一样，是一个活泼的中间体，有一个正电荷，最外层有6个电子。经典的碳正离子是平面结构。带正电荷的碳原子是sp2杂化状态，三个sp2杂化轨道与其他三个原子的轨道形成σ键，构成一个平面，键角接近120°，碳原子剩下的p轨道与这个平面垂直，p轨道中无电子。分析这种物质对发现能廉价制造几十种当代必需的化工产品是至关重要的。

碳正离子的形成过程大概是这样的： C+上原本连有一个电负性较大的或者吸电子的基团（如-Br， -OH等） 那么这个基团就会将它连接的碳上的电子吸引过去 使该碳稍微显正电性吸电子基团在适当溶液中还可能带着一对电子离去（例如Br- ），那么剩下的烃基就形成了碳正离子。

稳定性通常用的数量增加的烷基键合到电荷轴承碳。叔碳阳离子是更稳定（并形成更容易）比仲碳阳离子，因为它们是由稳定的超共轭。主要碳正离子是非常不稳定的。因此，反应如Sñ1反应和E1的消除反应通常不如果将形成伯碳正发生。然而，双重键合有离子化的碳的碳可以稳定离子通过共振。这些阳离子作为烯丙基阳离子，CH2= CH-CH2，和苄基阳离子，C6ħ5-CH2，比大多数其他碳阳离子更稳定。能形成烯丙基或苄carbeniums分子是特别反应性的。碳鎓离子，也可通过稳定的杂原子。碳正离子可能发生重排反应，从不太稳定的结构，以同样稳定或较稳定的人与速率常数超过10/秒。这一事实复杂的合成途径许多化合物。例如，当3-戊醇中加热用HCl水溶液中，最初形成的3-戊基碳正离子重新排列到3-戊基和2-戊基的统计混合物。这些阳离子与氯离子反应，产生约1/3 3-氯戊烷和2/3 -2-氯戊烷。1

芳正离子芳烃与B酸作用，可以生成芳基正碳离子，其中带有正电荷的H 原子位于苯环与侧链连接处的C原子上。通过模拟计算，可以得出芳基正碳离子的结构示意图和电子云图。下面分别列出甲苯、乙苯和正丙苯的电子云图。

是甲苯正碳离子的电子云图，其中红色位置代表电子云密度较小的区域，蓝色位置代表电子云密度较大的区域，从图中可以看出，正电荷主要集中在H 原子上。

上图是乙苯正碳离子的侧面电子云图。

上图是丙苯正碳离子的侧面电子云图。从图中可以看出，与前面分析的芳基正碳离子类似，正电荷主要集中在H 原子上。由于芳基正碳离子的正电荷主要集中在H 原子上，使得该H 原子具有较强的吸电子特性，会对整个离子的结构产生非常大的影响，使得其反应特点发生非常明显的变化。

下面列出一部分芳烃与芳基正碳离子的结构数据。

表1 部分低碳芳基正碳离子结构数据

表2部分长链芳烃与芳基正碳离子结构数据

表3小分子芳基正碳离子裂化能量数据

表4小分子芳基正碳离子裂化能量数据

从表1和表2中可以看出：当芳烃生成正碳离子以后，其结构发生了比较明显的变化，由于芳基正碳离子的电荷集中于与苯环相连的H原子附近，使得芳环的α位C-C键键长增长，β位C-C键键长缩短，且α位C-C键成为烃分子中最长的C-C键，其反应活性有了非常显著的提高。

从表3和表4中可以看出：受正电荷所在位置H原子的影响，芳基正碳离子芳环α位C-C键发生裂化需要的能量大为下降，其反应活性有了非常显著的提高，最容易在该处发生断裂。2

芳烃自由基特点

从图可以看出，芳基自由基整体形成一个大型的共轭结构，使得整个自由基的能量降低，其稳定性得到了提升。由于图中所示的芳基自由基结构较为稳定，故芳烃在热裂化条件下主要发生侧链的断裂，较少发生脱烷基反应。2

芳基碳正离子与芳自由基芳烃是裂化反应中一类非常重要的反应物，由于芳烃的结构与烷烃和烯烃相比较为复杂，其裂化反应规律也相对比较复杂。烷基芳烃在热裂化中和在催化裂化中具有不同的反应特点，在热裂化反应中，芳烃主要发生烷基的断裂，生成低碳烷基芳烃和烯烃等反应产物[3-4]。而在催化裂化反应中，芳烃主要发生脱烷基反应，生成苯和烯烃等反应产物。

由于芳基自由基和芳基正碳离子的结构存在着非常明显的不同，使得芳烃在热裂化和催化裂化条件下的反应产物截然不同。在热裂化反应中，由于芳环结构的影响，芳环α位C-C 键键长缩短，β位C-C 键键长增加，且α位C-C 键成为烃分子中最短的键，β位C-C 键键成为烃分子中最长的键；芳环β位C-C 键发生裂化需要的能量大为下降，其反应活性有了非常显著的提高，最容易在该处发生断裂。故芳烃主要在烷基侧链发生断裂，主要生成物为低碳烷基芳烃和烯烃。

在催化裂化反应中，芳烃首先生产芳基正碳离子，芳基正碳离子正电荷所在位置为H 原子上，其对于整个离子的结构具有非常明显的影响，使得芳基正碳离子容易在芳环α位发生断裂，主要生成物为苯和烯烃。2

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学

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