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《芳香烃》讲义一、什么是芳香烃在化学的世界里，芳香烃是一类非常重要的有机化合物。
简单来说，芳香烃就是具有芳香性的烃类化合物。
那什么叫芳香性呢？芳香性指的是这类化合物具有特殊的稳定性和独特的化学性质。
它们通常包含一个或多个苯环结构。
苯环，就像是一个神奇的小圈圈，由六个碳原子组成，每个碳原子以单键和双键交替的方式连接，形成一个非常稳定的六边形。
芳香烃根据结构的不同，可以分为单环芳香烃和多环芳香烃。
单环芳香烃中最典型的就是苯（C₆H₆），而多环芳香烃则像是萘、蒽等。
二、芳香烃的物理性质芳香烃在常温常压下，状态各有不同。
一般来说，苯这样的单环芳香烃通常是液态，而分子量较大的多环芳香烃则可能是固态。
它们的沸点和熔点随着分子量的增加而升高。
这是因为分子量越大，分子间的作用力就越强，需要更高的温度才能使其变成气态或者液态。
在溶解性方面，芳香烃通常难溶于水，但却容易溶于有机溶剂，比如乙醇、乙醚等。
这是因为“相似相溶”的原理，有机溶剂的分子结构和芳香烃更为相似，所以它们能够相互融合。
三、芳香烃的化学性质1、取代反应芳香烃最常见的反应之一就是取代反应。
比如苯与卤素单质（如氯气、溴）在催化剂的作用下，可以发生卤代反应，生成卤代苯。
同样，苯还可以与硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。
2、加成反应虽然芳香烃具有相对稳定的结构，但在特定条件下，也能发生加成反应。
比如在镍作催化剂并加热的条件下，苯可以与氢气发生加成反应，生成环己烷。
3、氧化反应一般情况下，芳香烃不易被氧化。
但在一些强烈的氧化条件下，比如用酸性高锰酸钾溶液，苯的同系物（如甲苯、二甲苯）中的侧链可以被氧化。
四、芳香烃的来源芳香烃在自然界中存在的量相对较少。
然而，在工业生产中，我们可以通过多种途径来获取它们。
一种常见的方法是从煤焦油中进行分离和提纯。
煤在干馏的过程中会产生煤焦油，其中含有多种芳香烃化合物。
另外，石油的催化重整也是获取芳香烃的重要途径。
通过对石油馏分进行催化重整，可以提高芳香烃的产量和质量。
有机化学基础知识点整理芳香烃的特性与应用有机化学基础知识点整理芳香烃的特性与应用有机化学是研究有机化合物的性质、结构、合成和反应的学科。
芳香烃是有机化合物中一类特殊的化合物，具有独特的特性和广泛的应用。
本文将对芳香烃的特性与应用进行整理。
一、芳香烃的特性芳香烃是由苯环组成的化合物。
苯环由六个碳原子构成，每个碳原子与一个氢原子结合。
芳香烃的特性如下：1. 稳定性：芳香烃的化学性质相对稳定，不容易与其他物质反应。
这使得芳香烃在许多领域有广泛的应用，如医药、材料科学等。
2. 共轭体系：芳香烃的苯环中存在共轭体系，使得芳香烃具有特殊的光学性质。
例如，芳香烃可以吸收紫外光，并发生共振增强的荧光或磷光现象。
3. 电子云分布：芳香烃中的π电子云分布均匀，电子云的分布导致了芳香烃的共振稳定性，使其具有较低的反应活性。
二、芳香烃的应用芳香烃由于其特殊的性质，具有广泛的应用领域。
以下是芳香烃在一些领域的应用实例：1. 医药领域：芳香烃是许多药物的重要组成部分。
例如，水杨酸是一种常用的非处方药，其结构中含有苯环。
许多抗生素和抗癌药物也包含芳香烃结构。
2. 化妆品领域：许多香水和香料中都含有芳香烃。
香水的芳香烃成分可以通过挥发扩散出来，给人以愉悦的感觉。
3. 染料领域：芳香烃可以用于染料的合成。
例如，苯胺和二硝基苯可以反应生成偶氮染料，用于纺织品的染色。
4. 材料科学领域：芳香烃可以作为合成高分子材料的原料。
例如，聚苯乙烯是一种常见的塑料材料，其结构中含有苯环。
5. 燃料领域：芳香烃可以作为燃料的成分。
在石油加工过程中，芳香烃会被分离出来，用于生产机车燃料和航空燃料。
6. 环境领域：由于芳香烃的稳定性和难降解性，芳香烃的污染成为环境问题之一。
研究如何高效地去除芳香烃的方法对环境保护具有重要意义。
通过对芳香烃的特性与应用进行整理，我们可以看到芳香烃在医药、化妆品、染料、材料科学、燃料和环境领域等各个方面都有着广泛的应用。
有机化学基础知识点芳香性与芳香烃的性质有机化学基础知识点——芳香性与芳香烃的性质有机化学是研究有机物质及其反应机理的一门学科，其中芳香性与芳香烃是其中重要的知识点之一。
本文将着重介绍芳香性以及芳香烃的性质，帮助读者更好地理解有机化学中的这一概念。
一、芳香性的定义与特点芳香性是指具有特殊结构和性质的有机化合物所表现出的香味和稳定的π电子结构。
根据芳香性的定义，芳香性化合物需要满足以下几个条件：1. 分子结构中含有一个或多个芳环（由6个共轭π电子组成的环状结构）；2. 芳环中每个原子都以杂化sp2形式存在，磁性势能相对稳定；3. 芳环中的每个杂化的p轨道上都有一个未被配对的π电子。
值得注意的是，非芳香性化合物虽然可能具有香味，但其分子结构不符合芳香性的定义。
二、芳香烃的分类与性质芳香烃是一类基础的有机化合物，其分子中至少含有一个芳环。
根据芳香烃分子中芳环的个数及其它官能团，芳香烃可以分为以下几类：1. 单核芳香烃：只含有一个芳环的芳香烃。
例如，苯（C6H6）是最简单的芳香烃，其分子结构中含有一个六元环。
2. 多核芳香烃：含有两个或多个连接在一起的芳环的芳香烃。
最常见的多核芳香烃是萘（C10H8），它由一个苯环和一个呈共轭连结的五元环组成。
3. 取代芳香烃：分子中的芳环上存在取代基的芳香烃。
通过对芳环中的氢原子进行取代，可以获得各种不同性质和用途的化合物。
芳香烃的一些重要性质包括：1. 稳定性：芳香烃具有相对较高的稳定性，这是因为芳香烃分子中的共轭π电子系统能够稳定结构和分子。
2. 可溶性：大多数芳香烃在非极性溶剂中具有较好的溶解性，但在水中溶解度较低。
3. 反应性：芳香烃在化学反应中常常表现出亲电取代反应、脱氢反应等特性。
三、应用与实际意义芳香烃是有机化学中重要的化合物类别之一，其应用领域非常广泛。
以下是一些芳香烃的应用和实际意义：1. 燃料：芳香烃类化合物广泛应用于燃料行业，用作汽车燃料和燃气等能源。
”芳香烃”在化学中具有什么特性？芳香烃是一类具有芳香性质的有机化合物，其分子结构富含苯环（六个碳原子构成的六角形结构）。
由于其独特的结构和性质，芳香烃在化学中具有许多独特的特性。
下面将逐一介绍它们的特性。
一、具有特殊的化学稳定性芳香烃的分子结构稳定，由于碳原子间的共用电子轨道重叠，使得分子具有高度的稳定性。
这使得芳香烃在许多化学反应中能够保持其结构的稳定性，并且更难被氧化或还原。
因此，芳香烃在化学工业中广泛应用于制备溶剂、涂料和香精。
二、有较低的燃烧活性由于其分子结构的稳定性，芳香烃的燃烧活性较低。
相比于脂肪烃类物质，在同样条件下，芳香烃燃烧所需的能量要高得多。
这也使得芳香烃广泛应用于制备燃料，提高燃烧效率。
三、具有较强的溶解性芳香烃分子中含有苯环结构，其中带有高度共轭的π电子体系，使得这类化合物具有较强的溶解性。
由于其分子结构和共振效应，芳香烃在无极性溶剂中的溶解度较高，特别是在有机溶剂中表现得更为明显。
这一特性使得芳香烃在化学合成、药物制备以及有机溶剂的选择中具有独特的优势。
四、易于发生取代反应由于苯环中的碳原子具有相对稳定的电子结构，因此芳香烃容易发生取代反应。
在取代反应中，苯环上的氢原子可以被其他基团取代，从而产生不同的芳香烃衍生物。
这一特性使得芳香烃成为有机化学中重要的反应物和中间体，广泛应用于药物合成、染料生产和化学工业等领域。
总结起来，芳香烃作为具有芳香特性的化合物，具有化学稳定性高、燃烧活性低、溶解性强以及易于发生取代反应等特性。
这些特性使得芳香烃在化学领域中有着广泛的应用价值，也对人类的生活和工业产生了积极的影响。
化学芳香烃芳香烃是一类非常特殊的有机分子，在化学家眼中它们是非常重要的基础化合物之一。
芳香烃有着优秀的化学性质和广泛的应用价值，下面我们就来详细介绍一下芳香烃的性质和应用。
芳香烃是由若干个苯环组成的一个环状有机分子，如苯、萘、芘等化合物。
由于其分子结构中含有苯环，使其具有良好的稳定性、不易被氧化和具有良好的疏水性等性质。
由于其结构稳定与相对平面，使其分子间的相互作用较弱，因而熔点与沸点较低。
芳香烃的分子中有多个双键，且其中一个双键为邻位，使其具有明显的芳香性质。
芳香烃的结构与光吸收、荧光改变和分子电子能量无关，这些性质使其广泛应用于各种领域。
芳香烃在生物、化工和材料科学中都有广泛应用。
其中，芳香烃的重要应用领域为精细有机合成和新型功能材料。
在精细有机合成中，苯环及其衍生物是最为基础和重要的化合物之一。
苯环及其衍生物的化学性质和化学反应和它们的分子结构紧密相关。
对于苯环及其衍生物的合成方法和它们的化学性质的认识，是有机合成化学的基础。
芳香烃的另一个重要应用领域是新型功能材料。
这些材料根据不同要求可具有多种不同的性质，包括高分子材料、涂层、光电材料、药物材料等。
芳香烃分子具有较强疏水性和稳定性，普遍应用于有机硅涂层、有机发光材料、导电高分子材料、荧光分子、光致变色材料、荧光健康检测试剂等。
芳香烃还可以与其他有机分子发生共轭反应，并生成新型高分子，这种高分子材料可以具有良好的光电特性、导电特性和自发光特性等。
这些材料可以广泛应用于太阳能电池、荧光试剂、有机光电器件等领域。
因此，芳香烃的性质和应用价值深受化工、材料科学和生物科学等领域的关注。
在未来，我们还将看到更多新型的化合物和材料应用芳香烃为基础，共同推动地球科学的发展。
芳香烃的制备与性质芳香烃是一类具有特殊化学结构的碳氢化合物，其分子中含有一个或多个苯环结构。
具有芳香性质的烃类化合物被广泛应用于化工行业和生活中的许多方面。
本文将重点探讨芳香烃的制备方法和性质特点。
一、芳香烃的制备方法芳香烃的制备方法主要分为以下几种：1. 烷基苯转化法：通过烷基苯在适当条件下脱氢反应得到芳香烃。
这种方法通常使用铂或钼为催化剂，反应温度在500-600摄氏度之间。
例如，甲基苯可以通过脱氢反应制备出苯。
2. 芳构化反应法：通过将烷烃与溶剂中的铝氯化物或硫酸二氯钛等催化剂反应，使烷烃发生芳构化反应生成芳香烃。
例如，丙烷经过芳构化反应可以制备出苯。
3. 芳香化反应法：通过将烃类化合物与强氧化剂（如过氧化氢）反应，使其发生芳香化反应转变成芳香烃。
例如，乙烯可以通过芳香化反应制备出苯。
4. 芳香副产品提取法：在一些重要的有机合成过程中，芳香烃往往作为副产物生成。
这时可以通过提取和精馏等分离方法获取纯净的芳香烃。
例如，煤焦油中含有苯、甲苯等芳香烃，可以通过精馏提炼技术分离出来。
二、芳香烃的性质1. 物理性质：芳香烃一般为无色液体或固体，难溶于水，易溶于有机溶剂。
它们的沸点较低，挥发性较强，有较明显的香气。
2. 化学性质：芳香烃在化学反应中表现出一定的稳定性。
它们通常不参与常见的氧化反应，但容易受到烷基化、烃化和硝化等反应的影响。
此外，芳香烃还可与卤素发生取代反应，生成相应的卤代芳烃。
3. 燃烧性质：芳香烃燃烧产生二氧化碳和水，释放出大量的热能。
由于芳香烃具有比较高的燃点，所以燃烧比较稳定，不容易引起火灾。
4. 毒性：芳香烃对人体有一定的毒性，长期接触芳香烃类化合物可能影响人体的呼吸系统和神经系统。
因此，在使用或加工芳香烃时，需要采取相应的安全措施，避免对人体造成危害。
综上所述，芳香烃是一类重要的有机化合物，其制备方法多种多样，包括烷基苯转化法、芳构化反应法、芳香化反应法和提取法等。
芳香烃具有一系列特殊的物理性质和化学性质，其应用广泛，并对人体健康有一定的影响。
芳香烃的结构与性质芳香烃是一类具有特殊结构和性质的有机化合物，其分子结构中存在着苯环（C6H6）或其衍生物。
芳香烃的结构和性质对于有机化学及相关领域具有重要意义。
本文将探讨芳香烃的结构特点以及与其相关的性质。
一、芳香烃的结构特点芳香烃的最重要特点是其分子结构含有一个或多个苯环。
苯环由六个碳原子和六个氢原子组成，每个碳原子都与一个氢原子相连，并且相邻的碳原子之间的键长相等。
苯环中的每个碳原子都形成了三个σ键，而其他两个键是共用的π键。
这种特殊的π键分布使得苯环具有一定的稳定性和共轭性。
除了苯环外，若芳香烃分子中还存在其他烷基或取代基，那么就可以形成不同的芳香烃衍生物。
这些衍生物可以通过在苯环上添加各种官能团来扩充分子结构。
二、芳香烃的物理性质1. 熔点与沸点芳香烃的熔点和沸点通常较低。
这是由于芳香烃分子中的π电子云和共轭体系的存在，使得分子间的作用力相对较弱。
因此，芳香烃在常温下主要为气体或液体状态。
但随着分子量的增大，长链芳香烃的熔点和沸点会逐渐升高。
2. 溶解性由于芳香烃分子中存在非极性π键，使得其极性较小。
因此，芳香烃通常不易溶于水，但是能够溶解于非极性溶剂（如石油醚、苯等）中。
然而，对于一些具有取代基的芳香烃，其溶解性可能会因取代基的性质而有所不同。
三、芳香烃的化学性质1. 稳定性芳香烃具有较高的化学稳定性，这是由于其分子中存在的共轭体系和π电子云的存在。
这种稳定性使得芳香烃不容易发生化学反应，需要有较强的活化剂或特定条件才能进行反应。
2. 反应性尽管芳香烃的稳定性较高，但其仍然可以发生一些特定的化学反应。
其中最常见的是芳香烃的亲电取代反应和电子取代反应。
亲电取代反应是指芳香烃中的氢原子被官能团取代的反应，如硝化反应和氯化反应等。
电子取代反应则是指芳香烃中的π电子云被官能团或离子取代的反应，如炔化反应和还原反应等。
此外，芳香烃还可参与环加成反应、环化反应、氧化反应等。
这些反应可以通过有机合成来构建复杂的有机分子结构。
芳香烃的化学性质（一）一、苯的稳定性和加成反应比较苯与环己烯的分子式可知，苯比环己烯少四个氢原子，这相当于增加了两个碳碳双键，或者可以说：苯的不饱和度与环己三烯相当。
但1，3-环己二烯失去两个氢变成苯时，不但不吸热，反而放出少量的热，这说明：苯比相应于环己三烯的化合物要稳定得多，从1，3-环己二烯变成苯时，分子结构已发生了根本的变化，并导致了一个稳定体系的产生。
因此，尽管苯的 C/H比值等于或大于不饱和烃的 C/H比值，但苯的不饱和性质却很不显著，譬如烯、炔在室温下能迅速与溴、硫酸等亲电试剂发生加成反应，而苯和溴、硫酸等不发生加成反应，在升温和催化剂作用下却很易发生卤化、硝化、磺化、烷基化、酰基化等取代反应。
在特殊情况下，苯也能发生加成反应，但奇特的是在发生加成反应时，一般总是三个双键同时发生反应，生成一个环己烷的体系，只在个别情况下，一个双键或两个双键可以单独发生反应。
如苯和氯在阳光下反应，就生成六氯代环己烷：催化加氢也是类似的，一步生成环己烷：苯的稳定性和加成反应比较苯与环己烯的分子式可知，苯比环己烯少四个氢原子，这相当于增加了两个碳碳双键，或者可以说：苯的不饱和度与环己三烯相当。
但1，3-环己二烯失去两个氢变成苯时，不但不吸热，反而放出少量的热，这说明：苯比相应于环己三烯的化合物要稳定得多，从1，3-环己二烯变成苯时，分子结构已发生了根本的变化，并导致了一个稳定体系的产生。
因此，尽管苯的 C/H比值等于或大于不饱和烃的 C/H比值，但苯的不饱和性质却很不显著，譬如烯、炔在室温下能迅速与溴、硫酸等亲电试剂发生加成反应，而苯和溴、硫酸等不发生加成反应，在升温和催化剂作用下却很易发生卤化、硝化、磺化、烷基化、酰基化等取代反应。
在特殊情况下，苯也能发生加成反应，但奇特的是在发生加成反应时，一般总是三个双键同时发生反应，生成一个环己烷的体系，只在个别情况下，一个双键或两个双键可以单独发生反应。
如苯和氯在阳光下反应，就生成六氯代环己烷：催化加氢也是类似的，一步生成环己烷：二、苯及其同系物的氧化烯、炔在室温下可迅速地被高锰酸钾氧化，但苯即使在高温下与高锰酸钾、铬酸等强氧化剂同煮，也不会被氧化。
只有在五氧化二钒的催化作用下，苯才能在高温被氧化成顺丁烯二酸酐。
烷基取代的苯易被氧化，但一般情况下，氧化时苯环仍保持不变，只是和苯环相连的烷基氧化成羧基。
而且，不管侧链多长，只要和苯环相连的碳上有氢，氧化的最终结果都是侧链变成只有一个碳的羧基，如果苯环上有两个不等长的侧链，通常是长的侧链先被氧化。
只有在苯环和一个三级碳原子相连，或与一个极稳定的侧链相连时，在强烈的氧化条件下，侧链才保持不变，苯环氧化成羧基。
上述实验事实说明，与烯、炔等不饱和化合物相比，苯对氧化剂的稳定性增高了。
三、共振论和分子轨道理论对苯芳香性的解释苯是最简单、最有代表性的一个芳香化合物，从理论上探索苯为何具有芳香性对发展有机化学有十分重要的意义。
对苯的芳香性有各种各样的解释，其中最重要的是共振论和分子轨道理论。
共振论认为苯共振于两个凯库勒结构（Ⅰ）和（Ⅱ）之间。
（Ⅰ）与（Ⅱ）是两个能量很低、稳定性等同的极限结构，它们之间的共振引起的稳定作用是很大的，因此杂化体苯的能量比极限结构低得多，共振论将极限结构的能量与杂化体的能量之差称为共振能，计算公式如下：共振能=极限结构的能量-杂化体的能量苯的共振能可借助氢化热来估算，苯的极限结构式与环己三烯相当，环己三烯实际上是不存在的，它的氢化热用环己烯氢化热的三倍代替，其值是3×119.3 kJ·mol-1=358. 0kJ·mol-1，杂化体苯的氢化热是208·5kJ·mol-1，所以苯的共振能为149.3kJ·mol-1。
两个等同的极限结构对苯的贡献是相同的，因此导致了碳碳键长的平均化和电子云的均匀分布。
杂化体苯的正六边形结构及π电子云的均匀分布是环电流产生的原因。
加成反应会破坏极限结构的共振，使稳定的苯转变为不稳定的1，3-环己二烯，因此难以进行；π电子云利于亲电试剂的进攻，取代反应最终不会破坏极限结构的共振而易于进行。
分子轨道理论把苯描述为一种离域的结构，它认为：苯分子的6个碳原子均为sp2杂化的碳原子，相邻碳原子之间以sp2杂化轨道互相重叠，形成6个均等的碳碳σ键，每个碳原子又各用一个sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠，形成碳氢σ键。
所有轨道之间的键角都为120°，由于sp2杂化轨道都处在同一平面内，所以苯的6个氢原子和6个碳原子共平面，每个碳原子还剩下一个未参与杂化的垂直于分子平面的p轨道，6个p原子轨道彼此作用形成6个π分子轨道，它们的形状及相应的能级如图7-3所示。
从图7-3中可以看出，苯有6个π分子轨道，ψ1，ψ2，ψ3是能量较低的成键轨道，ψ4，ψ5，ψ6是能量较高的反键轨道。
在三个成键轨道中，ψ1没有节面，能量最低，ψ2，ψ3各有一个节面，它们的能量相等，但都比ψ1高。
分子轨道理论将两个能量相等的轨道称为简并轨道，ψ2，ψ3是一对简并轨道。
同样，反键的ψ4，ψ5也是一对简并轨道，它们各有两个节面，能量比ψ2，ψ3高。
反键的ψ6能量最高，它有三个节面。
基态时，6个π电子占据三个成键轨道，所以苯的π电子云是由三个成键轨道叠加而成的，叠加的最后结果是π电子云在苯环上下对称均匀分布，又由于碳碳σ键也是均等的，所以碳碳键长完全相等，形成一个正六边形的碳架。
闭合的电子云是苯分子在磁场中产生环电流的根由，环电流可以看作是没有尽头的，因此离域范围很广，图7－3表明：苯的Eπ为6α＋8β，与6个π电子处在三个孤立的π轨道中的能量6α+6β相比，离域能是2β，所以苯很稳定。
加成反应会导致苯封闭共轭体系的破坏，所以难以发生。
取代反应最终不会破坏这种稳定结构，又由于环形离域π电子的流动性较大，能够向亲电试剂提供电子，因此苯易发生亲电取代反应。
四、苯及其同系物的伯奇还原碱金属（钠、钾或锂）在液氨与醇（乙醇、异丙醇或二级丁醇）的混合液中，与芳香化合物反应，苯环可被还原成不共轭的1，4-环己二烯类化合物，这种反应叫做伯奇（B irch，A.J.）还原。
例如苯可被还原成1，4-环己二烯。
伯奇还原的反应机制如下所示：Na＋NH3→Na+＋（e-）NH3（溶剂化电子）首先是钠和液氨作用生成溶剂化电子，此时体系为一蓝色溶液。
然后，苯环得到一个电子生成（I），（Ⅰ）仍是环状共轭体系，但有一个单电子处在反键轨道上，因此不稳定而易被质子化，即从乙醇中夺取一个质子生成（Ⅱ）。
（Ⅱ）再取得一个溶剂化电子转变成（Ⅲ），（Ⅲ）是一个强碱，可以再从乙醇中夺取一个质子生成1，4-环己二烯。
苯的同系物也能发生伯奇还原，一取代烃基苯经伯奇还原得1-烃基-1，4-环己二烯。
例如：若取代基上有与苯环共轭的双键，伯奇还原首先在共轭双键处发生。
不与苯环共轭的双键不能发生伯奇还原。
伯奇还原反应与苯环的催化氢化不同，它可使芳环部分还原生成环己二烯或环己烯类化合物，因此伯奇还原有它独到之处，在合成上十分有用。
苯环上的亲电取代反应芳香族化合物芳核上的取代反应从机制上讲包括亲电、亲核以及自由基取代三种类型。
本章介绍芳香亲电取代，所谓芳香亲电取代是指亲电试剂取代芳核上的氢。
苯的亲电取代称为苯的一元亲电取代，一元取代苯再在苯环上发生亲电取代称为苯的二元亲电取代。
典型的芳香亲电取代有苯环的硝化、卤化、磺化、烷基化和酰基化。
这些反应的反应机制大体是相似的，如下所示：中间体碳正离子是一个活泼中间体，形成它必须经过一个势能很高的过渡态，整个反应的反应速率主要取决于这一步。
下面分别讨论这些反应及有关问题。
有机化合物分子中的氢被硝基（-NO）取代的反应称为硝化反应。
苯在浓硝酸和浓2硫酸的混合酸作用下，能发生硝化反应，反应的结果是苯上的氢被硝基取代。
曾对硝化反应提出过两种有代表性的反应机制：一种是一步的，即硝基与苯环上碳原子的结合和该碳原子上氢的离去是同步进行的，和卤代烷的SN2反应类似；另一种是两步的，硝基先和苯环的碳原子结合，形成中间体，然后再失去质子，这两步反应，中间体的形成是决定反应速率的一步，质子的离去对反应速率没有影响。
两种机制的共同点是都发生碳氢键的断裂，不同的是在一步反应机制中碳氢键的断裂决定反应速率；而在两步反应机制中，碳氢键的断裂不影响反应速率为了证实取代反应到底是按哪种机制进行的，分别用普通苯和重氢苯（C6D6）在同样条件下进行反应。
如果按一步反应机制发生反应，C6H6和C6D6的反应速率应该是不同的，因碳氢键（C——H）的断裂比碳重氢键（C——D）的断裂容易，（C——H键断裂反应速率比C——D键断裂高5～8倍），应表现出同位素效应；如按两步反应机制进行，C——H键的断裂不是决定反应速率的一步，则两种苯的反应速率应该是一样的。
实验结果证明，除个别情况外，C6H6和C6D6的硝化反应速率是相同的，说明取代反应是按两步反应机制进行的。
现在公认的硝化反应机制包括下列步骤：（i）硝酸（作为碱）在强酸（浓硫酸）作用下，先被质子化，然后失水产生硝基正离子：硝基正离子的存在已为硝酸的硫酸溶液的冰点降低实验及该溶液的拉曼光谱（ii）硝基正离子进攻苯环生成中间体碳正离子。
硝基正离子的结构是碳原子核的吸引，与一般烯键的π电子相比，它们与碳结合较紧密，但与定域的σ键相比，它们与碳的结合仍然是松弛的，容易受亲电试剂的进攻。
亲电试剂与苯接近，然后与苯环上的一个碳原子相连，该碳原子由原来的sp2活性中间体，即中间体碳正离子（由于该中间体碳正离子形成了一个新的σ键，又称之为σ络合物）。
中间体碳正离子的离域式及极限式如下所示：离域式表明：中间体碳正离子的正电荷分散在五个碳原子上。
显然，这比正电荷定域在一个碳原子上更为稳定，但与苯相比，因该碳正离子中出现了一个sp3杂化的碳原子，破坏了苯环原有的封闭的环形共轭体系，使其失去了芳香性，能量升高。
因此，该碳正离子势能很大，由苯转变成它，必须跨越一个较高的能垒。
中间体碳正离子的存在已被实验证实，有些比较稳定的中间体碳正离子可以制备，并能在低温条件下分离出来。
例如：（iii）碱（负离子）从碳正离子的sp3杂化态的碳原子上夺取一个质子，使其生成硝基苯。
此时产物恢复了苯环的共轭体系结构。
显然，该步反应只需要较少的能量。
如果碱不去夺取质子，而去进攻环上的正电荷处，则反应与碳碳双键的加成相象，应得到加成产物。
实验结果证明：只有取代苯生成。
其原因是，发生取代反应的过渡态势能较低，且产物的能量比原料的低；如果生成加成物，过渡态势能较高，且产物的能量比苯的能量高，整个反应是吸热的，因此无论从动力学还是从热力学的观点考虑，进行加成反应都是不利的。
