התכונה הכימית המרכזית של פחמימנים ארומטיים היא הארומטיות שלהם. בסך הכל, הם מפגינים יציבות מבנית, עוברים בקלות תגובות החלפה אלקטרופיליות, ונוטים פחות לתגובות הוספה וחמצון. מאפיינים ספציפיים הם כדלקמן:
מאפיין ליבה: תגובות החלפה אלקטרופיליות
זוהי התגובה האופיינית ביותר של פחמימנים ארומטיים. במהלך התגובה נשמר מבנה טבעת בנזן יציב. הסוגים הנפוצים כוללים:
ניטרציה: בנזן מגיב עם חומצה חנקתית מרוכזת תחת קטליזה וחימום של חומצה גופרתית מרוכזת לייצור ניטרובנזן. זוהי תגובת החלפה אופיינית של פחמימנים ארומטיים.
סולפונציה: תגובה עם חומצה גופרתית מרוכזת, כאשר אטומי מימן בטבעת הבנזן מוחלפים בקבוצות חומצה סולפונית (-SO₃H). התגובה היא הפיכה וניתן להשתמש בה להגנת לוקליזציה של טבעת הבנזן.
הלוגנציה: תחת הקטליזה של חומצות לואיס (כגון FeCl₃), אטומי מימן בטבעת הבנזן מוחלפים בהלוגנים כדי לייצר פחמימנים הלוארומטיים.
-תגובת אמנות צרפתית: כולל אלקילציה ואצילציה, החדרת קבוצות אלקיל או אציל לטבעת הבנזן תחת קטליזה של AlCl₃ היא שיטה חשובה להכנת קטונים ארומטיים ואלקילבנזנים. עם זאת, אלקילציה נוטה לסידור מחדש.
אפקט מכוון: תחליפים קיימים על טבעת הבנזן משפיעים על המיקום והתגובתיות של תחליפים הבאים: קבוצות תורמות אלקטרון (כגון מתיל והידרוקסיל) מפעילות את טבעת הבנזן, וגורמות עדיפות להחלפה במיקום האורתו/פארה; קבוצות מושכות-אלקטרון (כגון ניטרו וקרבוקסיל) משביתות את טבעת הבנזן, וגורמות עדיפות להחלפה במיקום המטא; הלוגנים הם מקרה מיוחד, משביתים את טבעת הבנזן, אך עדיין מביאים להחלפה מכוונת אורתו/פארא-.
תגובות הוספה: המערכות המצומדות של פחמימנים ארומטיים יציבות, דורשות תנאים מחמירים להוספה, ותהליך ההוספה משבש לעיתים קרובות את המבנה הארומטי.
הידרוגן קטליטי: בנזן, בטמפרטורה ולחץ גבוהים ועם זרז, יכול להוסיף מימן לחלוטין ליצירת ציקלוהקסאן; פחמימנים ארומטיים טבעת מעובה כמו נפתלין ואנתרצין נוטים יותר להוספה מאשר בנזן, ומגיבים עדיפות במיקום התגובתי יותר.
הלוגן פוטוכימי: בנזן יכול להוסיף כלור תחת קרינת אור ליצירת הקסכלורוציקלוהקסן, במקום לעבור תגובת החלפה.