Plik benzen Jest to związek organiczny, który składa się z jednego z najprostszych węglowodorów aromatycznych. Jego wzór chemiczny to C.6H.6, o którym wiadomo, że stosunek węgla do wodoru jest równy 1; to znaczy, do każdego węgla jest przyłączony wodór.
Chociaż jego wygląd fizyczny przypomina bezbarwną ciecz, występuje naturalnie w ropie naftowej i produktach ropopochodnych. Jego zapach jest bardzo charakterystyczny, przypomina mieszankę kleju, bitumu i benzyny; z drugiej strony jest to lotna i łatwopalna ciecz.
Zdjęcie powyżej przedstawia pojemnik lub butelkę z benzenem, prawdopodobnie o czystości nieanalitycznej. W przypadku odkrycia opary benzenu natychmiast rozprzestrzeniłyby się po całym laboratorium. Z tego powodu ciecz ta, powszechnie stosowana jako zwykły rozpuszczalnik, jest obsługiwana pod wyciągiem..
Będąc jego formułą C6H.6, chemicy XIX wieku zaproponowali wiele możliwych struktur, które odpowiadałyby wymienionemu stosunkowi C / H równemu 1. Nie tylko to, ale cząsteczka benzenu musiała mieć specjalne wiązania w taki sposób, aby można było wyjaśnić jej niezwykłą stabilność wobec reakcji addycji; typowe dla alkenów i polienów.
W ten sposób ich powiązania stanowiły zagadkę dla ówczesnych chemików; do momentu wywołania nieruchomości aromatyczność. Zanim benzen był uważany za heksacyklotrien (z trzema wiązaniami C = C), benzen to znacznie więcej i jest to kolejny z wielu przykładów synergii w chemii.
W chemii organicznej benzen jest klasycznym symbolem, podstawą strukturalną wielu związków poliaromatycznych. Niekończące się pochodne otrzymuje się z jego sześciokąta przez aromatyczne podstawienie elektrofilowe; pierścień, z którego krawędzi tkana jest struktura definiująca nowe związki.
W rzeczywistości jego pochodne wynikają z szerokich zastosowań przemysłowych, do których potrzebują benzenu jako surowca. Od przygotowania klejów i włókien tekstylnych po tworzywa sztuczne, gumy, pigmenty, narkotyki i materiały wybuchowe. Z drugiej strony benzen występuje naturalnie w wulkanach, pożarach lasów, benzynie i dymie papierosowym..
Indeks artykułów
Jego odkrycie datuje się na rok 1825, przypisywany zwykle Michaelowi Faradayowi, kiedy zebrał i przeprowadził eksperymenty z pozostałym produktem naftowym gazu używanego do oświetlenia. Ciecz ta zawierała stosunek C / H bliski 1, dlatego nazwał ją „wodorem węglowodorowym”.
Chemik Auguste Laurent nazwał dziwny węglowodór „feno”, wywodzącym się od greckiego słowa „phaínein'co oznacza jasny (ponieważ został uzyskany po spaleniu gazu). Jednak nazwa ta nie została zaakceptowana przez społeczność naukową i przeważała tylko jako `` fenyl '', odnosząc się do rodnika pochodzącego z benzenu.
Z gumy benzoesowej chemik Eilhard Mitscherlich, dziewięć lat później, zdołał wytworzyć ten sam związek; Dlatego istniało inne źródło tego samego węglowodoru, który ochrzcił jako „benzynę”. Jednak nie rozważali również właściwej nazwy, zakładając, że był to alkaloid, taki jak chinina..
W ten sposób zmienili nazwę „benzyna” na „benzol”. Jednak ponownie pojawiły się sprzeczności i rozbieżności w wyniku pomylenia terminu „benzol” z węglowodorem z alkoholem. To wtedy narodziła się nazwa „benzen”, używana po raz pierwszy we Francji i Anglii..
Ani gaz piorunowy, ani guma benzoesowa nie były odpowiednimi źródłami do wytwarzania benzenu na dużą skalę. Charles Mansfield, współpracując z Augustem Wilhelmem von Hofmannem, zdołał w 1845 r. Wyodrębnić benzen (dwadzieścia lat po jego odkryciu) ze smoły węglowej, produktu ubocznego produkcji koksu..
Tak rozpoczęła się przemysłowa produkcja benzenu ze smoły węglowej. Dostępność benzenu w ogromnych ilościach ułatwiła badanie jego właściwości chemicznych i pozwoliła na powiązanie go z innymi związkami o podobnej reaktywności. August Wilhelm von Hofmann sam ukuł słowo „aromatyczny” dla benzenu i związków pokrewnych.
Friedrichowi Augustowi Kekulé przypisuje się sześciokątną i cykliczną strukturę benzenu około 1865 roku, która powstała w dziwnym śnie z Uroborosem, wężem, który gryzie własny ogon, rysując koło. Dlatego uważał, że benzen można uznać za pierścień heksagonalny, a inni chemicy zaproponowali możliwe struktury, które pokazano poniżej:
Niektóre z wyższych struktur mogą odpowiadać za stabilność benzenu.
Zauważ, że trzecia konstrukcja nie jest nawet pierścieniem, ale trójkątnym graniastosłupem, zaproponowanym przez Alberta Ladenburga w 1869 roku; po lewej, jedna w kształcie otwartej książki, zaproponowana przez sir Jamesa Dewara w 1867 r .; a po jego prawej stronie jeden ze wszystkimi wodorami skierowanymi w stronę środka pierścienia, zaproponowany przez Henry'ego Edwarda Armstronga w 1887 roku.
Pierwsza konstrukcja, zaproponowana przez Adolfa Karla Ludwiga Clausa w 1867 r., Jest również dość osobliwa, ponieważ połączenia C-C są skrzyżowane. A ostatnim był „serpentynowy” pierścień Kekulé, wymarzony w 1865 roku.
Jaki był „zwycięzca”? Piąta konstrukcja (od lewej do prawej), zaproponowana w 1899 roku przez Johannesa Thiele.
W tym badaniu po raz pierwszy rozważano hybrydę rezonansową, która łączyła dwie struktury Kekulé (obróć pierwszy pierścień po prawej stronie, aby ją obserwować) i niezwykle wyjaśniła delokalizację elektronów, a wraz z nią niezwykłą dotychczas stabilność benzen.
Powyżej przedstawiono konstrukcję zaproponowaną przez Thiele za pomocą modelu kul i prętów..
Cząsteczka benzenu jest płaska, z atomami wodoru skierowanymi na zewnątrz po bokach pierścienia. Wszystkie atomy węgla mają hybrydyzację spdwa, z orbitalem p dostępne do ustalenia układu aromatycznego, w którym następuje delokalizacja sześciu elektronów.
Te węgle spdwa są bardziej elektroujemne niż wodory i dlatego te pierwsze cofają gęstość elektronową do drugiej (Csp2δ--H.δ+). W konsekwencji środek pierścienia ma większe stężenie elektronów niż jego boki..
Dokładniej, układ aromatyczny można przedstawić jako chmurę elektronową lub podkładkę rozszerzoną po obu stronach sześciokątnego pierścienia; a pośrodku, po bokach lub na krawędziach, niedobór elektronu utworzony przez wodory z dodatnim ładunkiem częściowym.
Dzięki takiemu rozkładowi ładunków elektrycznych cząsteczki benzenu mogą oddziaływać ze sobą poprzez siły dipol-dipol; Atomy H.δ+ są przyciągane do środka zapachowego sąsiedniego pierścienia (zostanie to przedstawione poniżej).
Ponadto, centra aromatyczne można układać jeden na drugim, aby sprzyjać indukcji chwilowych dipoli..
Dwie struktury Kekulé są pokazane u góry obrazu, a pod nimi hybryda rezonansowa. Ponieważ te dwie struktury pojawiają się w kółko w tym samym czasie, hybryda jest reprezentowana przez okrąg narysowany pośrodku (podobny do „sześciokątnego pączka”).
Koło hybrydowe jest ważne, ponieważ wskazuje na aromatyczny charakter benzenu (i wielu innych związków). Ponadto zwraca uwagę, że linki nie są tak długie, jak C-C, ani tak krótkie, jak C = C; ale długość tego samego jest między obiema skrajnościami. Zatem benzen nie jest uważany za polen.
Powyższe zostało wykazane poprzez pomiar długości wiązań C-C (139 pm) benzenu, które są nieco bardziej wydłużone niż wiązania C-H (109 pm).
Benzen jest cieczą w temperaturze pokojowej. Jego siły międzycząsteczkowe sprawiają, że pomimo braku tak wyraźnego momentu dipolowego, może utrzymywać swoje cząsteczki razem w cieczy wrzącej w temperaturze 80ºC. Gdy temperatura spadnie poniżej 5ºC, benzen zaczyna zamarzać, a tym samym uzyskuje się odpowiadające mu kryształy..
Pierścienie benzenowe mogą przyjmować określone wzory strukturalne w swojej bryle. Ich dipole powodują, że przechylają się w lewo lub w prawo, tworząc rzędy, które mogą być odtwarzane przez rombową komórkę elementarną. Zatem kryształy benzenu są rombowe.
Zauważ na górnym obrazku, że nachylenie pierścieni sprzyja interakcjom między H.δ+ i centrów aromatycznych, o których mowa w poprzednich podrozdziałach.
78,114 g / mol.
Bezbarwna ciecz o zapachu benzyny.
80ºC.
5,5ºC.
-11ºC (zamknięty tygiel).
497,78ºC.
0,8765 g / ml w 20ºC.
Jeden litr wrzącej wody ledwo rozpuszcza 3,94 g benzenu. Jego niepolarny charakter sprawia, że jest praktycznie niemieszalny z wodą. Jest jednak mieszalny z innymi rozpuszczalnikami, takimi jak etanol, etery, aceton, oleje, chloroform, czterochlorek węgla itp..
2,8 w stosunku do powietrza (czyli prawie trzy razy gęstsze).
94,8 mm Hg w 25 ° C.
-3267,6 kJ / mol (dla ciekłego benzenu).
33,83 kJ / mol.
28,22 mN / m w 25 ° C.
1,5011 przy 20ºC.
Wodory benzenu można zastąpić innymi grupami lub atomami. Może występować jedno lub więcej podstawień, zwiększając stopień podstawienia, aż nie pozostanie żaden z pierwotnych sześciu atomów wodoru.
Na przykład załóżmy, że benzen to Ph-H, gdzie H to jeden z sześciu atomów wodoru. Pamiętając, że środek pierścienia ma wyższą gęstość elektronów, przyciąga elektrofile, które atakują pierścień, aby zastąpić H w reakcji zwanej elektrofilową substytucją aromatyczną (SEAr).
Jeśli ten H zostanie zastąpiony przez OH, będziemy mieli Ph-OH, fenol; zastąpiony przez CH3, Ph-CH3, toluen; jeśli to NHdwa, Ph-NHdwa, anilina; lub jeśli jest to CHdwaCH3, Ph-CHdwaCH3, etylobenzen.
Pochodne mogą być takie same lub bardziej toksyczne niż benzen lub wręcz przeciwnie, mogą stać się tak złożone, że mają pożądane działanie farmakologiczne..
Jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu różnych związków, na przykład w farbach, lakierach, klejach i powłokach.
Może również rozpuszczać oleje, tłuszcze czy woski, dlatego jest używany jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny do esencji. Właściwość ta została wykorzystana przez Ludwiga Roseliusa w 1903 roku do bezkofeinowej kawy, operacji, która nie jest już używana z powodu toksyczności benzenu. W przeszłości był również używany do odtłuszczania metali.
W jednym ze swoich klasycznych zastosowań nie działa jako rozpuszczalnik, ale jako dodatek: zwiększa liczbę oktanową benzyny, zastępując w tym celu ołów..
Pochodne benzenu mogą mieć różne zastosowania; niektóre służą jako pestycydy, smary, detergenty, tworzywa sztuczne, materiały wybuchowe, perfumy, barwniki, kleje, leki itp. Jeśli w jego strukturze zaobserwuje się pierścień benzenowy, jest całkiem prawdopodobne, że jego synteza rozpoczęła się od benzenu.
Do jego najważniejszych pochodnych należą: kumen, ksylen, anilina, fenol (do syntezy żywic fenolowych), kwas benzoesowy (konserwant), cykloheksan (do syntezy nylonu), nitrobenzen, rezorcynol i etylobenzen.
Nazewnictwo pochodnych benzenu różni się w zależności od stopnia podstawienia, rodzaju grup podstawników i ich względnych pozycji. Zatem benzen może podlegać substytucjom mono, di, tri, tetra itp
Kiedy dwie grupy są przyłączone do sąsiednich atomów węgla, stosuje się oznaczenie „orto”; jeśli pomiędzy ich rozdzieleniem znajduje się węgiel, „meta”; a jeśli węgle są w przeciwnych pozycjach, „para”.
Poniższe obrazy przedstawiają przykłady pochodnych benzenu wraz z ich nazwami podlegającymi IUPAC. Towarzyszą im również nazwy pospolite lub tradycyjne.
Należy zauważyć, że w trójpodstawionym benzenie orto, para i meta wskaźniki nie są już przydatne..
Benzen to związek, z którym należy obchodzić się ostrożnie. Biorąc pod uwagę jego specyficzny zapach, natychmiastowymi negatywnymi skutkami mogą być uduszenie, zawroty głowy, bóle głowy, drżenie, senność, nudności, a nawet śmierć (przy dużym narażeniu). W przypadku spożycia oprócz wyżej wymienionych może powodować silne bóle żołądka i drgawki..
Ponadto długoterminowe skutki przy stałym narażeniu na tę ciecz są rakotwórcze; zwiększa ryzyko zachorowania na jakiś rodzaj raka, zwłaszcza raka krwi: białaczkę.
We krwi może obniżać stężenie czerwonych krwinek, powodując anemię, a także wpływać na szpik kostny i wątrobę, gdzie jest przyswajany przez organizm do wytwarzania jeszcze bardziej toksycznych pochodnych benzenu; na przykład hydroksychinon. Gromadzi się również w nerkach, sercu, płucach i mózgu..
Jeszcze bez komentarzy