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Antonio Farnese war der letzte im Mannesstamm der Familie Farnese und bis zu seiner Thronbesteigung auch ledig geblieben. Ein Jahr nach dem Tod seines Bruders, am 5. Februar 1728, heiratete er, mittlerweile 48-jährig, Enrietta d’Este (1702–1777), Tochter des Herzogs Rinaldo d’Este von Modena. Als Antonio Farnese knapp drei Jahre später starb, hatte er keine Nachkommen.