Бензол

БЕНЗОЛ

БЕНЗОЛ (C6H6) — простейший представитель ароматических углеводородов; ценное сырье в производстве красителей, лекарственных препаратов и др. Бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом. Плотность 0,879 г/см3; t°кип 80,1°; застывает на холоду в кристаллическую массу, которая плавится при t° 5,5°.

Коэффициент растворимости паров бензола в воде 3,73 при t° 22°; Бензол хорошо растворяется в органических растворителях, а также в жирах и липидах. Под действием ряда реагентов бензол легко замещает водород бензольного кольца на галоген (галоидирование), нитрогруппу (нитрование), сульфогруппу (сульфирование). Соответствующие производные широко применяются в химической промышленности.

Так, нитробензол C6H5NO2) представляет собой желтоватую жидкость с запахом горького миндаля. Для организма токсичен; является исходным продуктом при получении анилина (см. Нитробензол). Технический бензол содержит значительные примеси тиофена, толуола, ксилола. Важнейшим источником промышленного получения бензола и других ароматических углеводородов является каменный уголь.

В больших количествах бензол получают также путем пиролиза нефтяных дистиллятов (керосина, мазута) при t° 500—600° (пиробензол). Сырой бензол подвергается очистке и ректификации, так как в нем содержатся высшие гомологи, непредельные соединения, фенолы, крезолы, сероуглерод, сернистые соединения и др.

Пиробензол — бесцветная, прозрачная жидкость, содержащая около 60% бензола, 15% ксилола и 25% бензина (смесь нафтеновых, парафиновых и непредельных углеводородов).

Бензол находит широкое применение в промышленности как хороший растворитель каучука, смол, различных красок и алкалоидов, как наполнитель (или разбавитель) при изготовлении нитролаков, как исходный продукт для получения различных красителей, химико-фармакологических препаратов, взрывчатых веществ и других продуктов химического синтеза.

См. также Углеводороды.

Профессиональные вредности

Бензол является промышленным ядом политропного действия.

Встречается в производственных условиях при пол учении из каменного угля (коксобензольные заводы), нефти; входит в состав некоторых видов нефти, моторного топлива; в небольших количествах может содержаться в светильном газе, нефтяном газе и т. п.

В производственных условиях может вызвать острое и хроническое отравление путем проникновения в организм через дыхательные пути или (реже) через неповрежденную кожу при попадании на нее. Выводится в неизмененном виде через легкие, в виде фенола, диоксибензола, пирокатехина — с мочой.

Действие высоких концентраций паров бензола сказывается главным образом на центральной нервной системе (наркотическое, отчасти судорожное действие).

Цвет лица у пострадавших бледно-розовый или землисто-синюшный. Слизистые оболочки часто вишнево-красного цвета.

Хроническое отравление возникает при длительном воздействии низких концентраций паров бензола, протекает с преимущественным поражением крови и кроветворной системы с развитием гипоаплазии.

Кроветворная функция костного мозга нарушается, как правило, в определенной последовательности (лейкопоэз, тромбоцитопоэз, эритропоэз), хотя возможны и отклонения от установленной закономерности.

В патогенезе бензольных цитопений играет роль также образование аутоантител против различных элементов крови. Помимо гипоаплазий, длительное воздействие бензола может вызвать гиперпластическую реакцию вплоть до развития истинных лейкозов.

Нервная система вовлекается в процесс как непосредственно под влиянием бензола, так и опосредованно — при наличии значительного поражения системы крови.

Длительное воздействие бензола вызывает нарушение деятельности органов пищеварения, печени, сердечно-сосудистой системы, функционального состояния свертывающей системы крови и сосудистой стенки. Наблюдаются расстройства функций органов внутренней секреции, нарушения витаминного баланса. Отмечены неспецифические проявления этой интоксикации — частая заболеваемость гриппом, ангиной, активация туберкулезного процесса.

Различают легкую, средней тяжести и тяжелую формы хронического отравления бензолом.

В легких случаях преобладает неврастенический синдром с дисфункцией вегетативной нервной системы или астено-вегетативный синдром на гиперреактивном фоне; наблюдаются признаки гипотонии. Нерезко выражен геморрагический синдром.

Отмечается расстройство секреторной функции желудка в виде гиперсекреции желудочного сока натощак с низкой кислотностью и переваривающей силой, реже с высоким содержанием свободной соляной к-ты.

Иногда изолированная легко выраженная тромбоцитопения, небольшой ретикулоцитоз. В костном мозге имеет место активация репаративных процессов: гиперплазия эритроидного ростка, ретикулоцитоз, увеличение молодых форм гранулоцитарного ряда.

Хроническое отравление средней степени тяжести бензолом проявляется астено-вегетативным синдромом с повышенной возбудимостью вегетативной нервной системы или вегетативной гипореактивностью. Нередко наблюдается вегетативный полиневрит, геморрагический синдром (кожные геморрагии, носовые кровотечения , меноррагии), положительные симптомы щипка и манжетки.

Удлинено время кровотечения, снижена тромбопластическая активность, усилен фибринолиз, нарушена ретракция кровяного сгустка. Умеренно выражена дистрофия миокарда, гипотония. Нарушение функции желудка в сторону гипосекреции, пониженной кислотности желудочного сока, низкой переваривающей силы. Печень умеренно увеличена, функция ее нарушена.

Нерезко увеличено количество гамма-глобулинов, иногда бета-глобулинов. Снижен адьбумин-глобулиновый коэффициент. Наиболее характерны и постоянны изменения периферической крови: лейкопения различной степени выраженности, нейтропения, относительный лимфоцитоз, палочкоядерный сдвиг. Умеренная тромбоцитопения и анемия, ретикулоцитоз, ускорение РОЭ.

В костном мозге — различные проявления легкой формы гипопластического состояния с усилением пролиферативной активности.

При тяжелой форме отравления значительно выражены явления кровоточивости, резко положительны симптомы щипка и манжетки, баночная проба II—III степени. Изменение всех фаз образования тромбина и фибрина, а также стадии фибринолиза. Резко нарушена ретракция кровяного сгустка.

Выраженное астеническое состояние или (режем астено-органический синдром (токсическая энцефалопатия). Вегетативный полиневрит. Дистрофия миокарда, гипотония. Резкое снижение всех показателей желудочной секреции.

Костномозговой пунктат беден клеточными элементами, наблюдается задержка созревания клеток всех трех ростков, признаки их дегенеративных изменений, увеличение недифференцированных и плазматических клеток.

Основой диагноза хронической интоксикации бензола и одним из самых достоверных и характерных ее признаков являются изменения в клеточном составе периферической крови. Дифференциальный диагноз проводится с лейкопеническими состояниями различной этиологии, пернициозной анемией, болезнью Верльгофа, хлорозом.

Следует иметь в виду заболевания, сопровождающиеся гиперспленизмом, и некоторые коллагеновые болезни, при которых в периферической крови определяется цитопения. Определение бензола в крови для диагностики отравления спорно, так как он может отсутствовать у больных и обнаруживаться у практически здоровых лиц.

Определение в моче сульфатов и фенолов (продуктов превращений бензола) может быть полезно в тех случаях, когда концентрация бензола в воздухе значительно превышает допустимую.

При решении вопросов врачебнотрудовой экспертизы следует иметь в виду, что любая степень выраженности хронической бензольной интоксикации служит противопоказанием к дальнейшему контакту с бензолом.

Установление группы инвалидности, а также определение сроков ее сохранения требует индивидуального подхода с учетом степени выраженности отравления, характера течения процесса, возраста больного, профессии, а также сопутствующей общей патологии.

Для клинической картины острого отравления характерны: головная боль, головокружение, чувство опьянения, тошнота, рвота, общая слабость. Возможна кратковременная потеря сознания.

В более тяжелых случаях — длительная потеря сознания, коматозное состояние, клонические судороги, коллапс. Морфологические изменения при остром отравлении: полнокровие вещества мозга и его оболочек, внутренних органов и точечные кровоизлияния в них.

Лечение острого отравления симптоматическое — искусственное дыхание, кислородная терапия,- лобелин, сердечно-сосудистые средства.

Лечение больных хронических интоксикаций бензолом проводится дифференцированно в зависимости от степени нарушения той или иной функции кроветворния, а также характера тех расстройств, которые возникают при воздействии бензола. В легких случаях применение гемостимуляторов нецелесообразно.

Профилактика отравлений бензолом. Герметизация оборудования, вентиляция. Количество бензола, входящего в состав растворителей, не должно превышать 10%. Замена бензола менее токсичными растворителями. Так, в частности, в СССР в производстве эфироцеллюлозных лаков, эмалей и растворителей к ним бензол не применяется.

Нельзя допускать к работе с бензолом беременных и кормящих женщин, подростков до 18 лет. Необходимы предварительные и периодические (раз в 6 месяцев) медосмотры работников с проведением анализа крови.

См. также Отравления, Яды промышленные

Бензол в судебно-медицинском отношении

Объектами судебно-медицинских исследований служат внутренние органы трупов людей, иногда одежда, а так же воздух производственных помещений. Отравления бензолом возможны при попадании его в организм через дыхательные пути, а иногда и при приеме внутрь. При исследовании трупа отмечается сладковато-кислый запах.

При вскрытии: мелкоточечные кровоизлияния в мозгу и мозговых оболочках, в легких, дыхательных путях и желудочно-кишечном тракте.

В затянувшихся случаях — некробиотические изменения с последующей септикопиемией и поражением костного мозга; выраженное полнокровие внутренних органов, дыхательных путей, резкий отек и полнокровие мозга.

Бензол и его метаболиты (фенол и др.) при судебно-химическом исследовании определяются в головном мозге, печени, крови и моче. Бензол извлекают перегонкой и переводят в динитробензол. Качественное определение последнего проводят с помощью ацетона и едкого натра (появляется синефиолетовое окрашивание). Количественное определение производится колориметрически.

Библиография: Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, ч. 1, с. 90, Л., 1971; Драгина Э. А., Зорина Л. А. и Грибова И. А.

Клиника и прогнозы изменений нервной системы при хронической интоксикации бензолом, Гиг. труда и проф. заболев., № 5, с. 18, 1971; Профессиональные болезни, под ред. А. А. Летавета, с. 283, М., 1973; Р а-шевская А. М. и Зорина Л. А.

Профессиональные заболевания системы крови химической этиологии, с. 65, М., 1968.

Л. А. Зорина; С. Я. Смусин (суд.), М. К. Чельцова (биохим.).

Что такое бензол и его негативное влияние на организм человека

Бензол и его негативное влияние на организм давно стали темой для изучения среди медиков и научных сотрудников.

Специалисты доказали, что, несмотря на повсеместное использование, такое вещество несет в себе отравляющий эффект.

Из-за того, что пары бензола не видно, некоторые преуменьшают его опасность, но на самом деле подобное химическое соединение может привести к необратимым последствиям в любом живом организме.

Общие сведения

Перед тем как изучать последствия отравления этой жидкостью, необходимо разобраться с тем, что такое бензол в разрезе химической промышленности. Это углеводород, который относится к категории ароматических соединений. Его характерными признаками считаются:

• бесцветность,
• прозрачность,
• легкоподвижность,
• специфичный аромат;
• быстрое испарение при условии поддержания температуры в пределах комнатной.

При этом продукт химической промышленности представляет собой жидкость, которая сильно преломляет свет. Она закипает при достижении температуры уровня 80,5 градусов, а на холоде превращается в кристаллоподобную массу, которая начинает плавиться уже при шести градусах тепла.

Соединение легко растворяется в типичных растворителях вроде хлороформа, спирта и эфира. Не относится это правило разве что к воде. Зачастую используется в качестве растворителя для жира, различных смол, либо масел. При этом его состав достаточно легко воспламеняется, сильно коптя.

Согласно исследованиям экологов, это соединение считается одним из наиболее токсичных, которое встречается человеком повсюду. Благодарить за это следует масштабные выбросы промышленных предприятий разного назначения, а также периодически накрывающий большие города смог.

Сфера использования

Современная промышленность уже не может обходиться без этого токсичного продукта химической отрасли. Заменить С6Н6 (формула бензола) пока не представляется возможным во всех традиционных областях его применения, поэтому экология продолжает страдать от его влияния.

Ответить несколькими словами на вопрос того, где применяется столь опасное соединение, невозможно, так как сфера его использования расширяется ежегодно. На сегодняшний день чаще всего к его помощи прибегают специалисты таких направлений:

• косметика,
• парфюмерия,
• красители,
• синтетические материалы вроде резины, пластмассы,
• фармацевтика,
• легкая промышленность,
• взрывчатка,
• кокс,
• парафин.

Используется продукт для создания искусственной кожи, а также усовершенствования тканей, которые получили водонепроницаемую структуру.

Кроме этого качество жидкости, предусматривающее функции растворения, сделало ее активным помощником при надобности разделить или выделить:

• алкалоиды из различных растений;
• жир из мясной продукции (вплоть до извлечения фосфора из костей), орехов;
• клеи на основе каучука и прочих лакокрасочных продуктов.

Иногда бензол используется в фармацевтике, чтобы преобразовать йод в полезные для медицины растворы. А автолюбители взяли его на вооружение после того, как в мире стал пользоваться спросом метод поднятия октанового числа при производстве транспортного топлива. Также он снижает характерное для топливного ресурса самовоспламенение.

В быту соединение выступает важной частью процедуры химчистки в специализированных учреждениях. С его помощью значительно проще удалить сложные в обработке пятна практически на любой ткани.

Факторы опасности

Спасающая многие ответвления промышленности формула С6Н6 настолько опасна, что ее включили в перечень сильнейших канцерогенов, которые сопутствуют образованию раковых опухолей разных органов.

Медики стали бить тревогу уже давно, что вылилось в обнародование специально созданной конвенции в рамках Женевской конференции еще в 1971 году.

Главными опасностями, которые преследуют человека, имеющего дело с бензолом, числятся:

• образование взрывчатой смеси. Так как эта жидкость испаряется практически моментально, она способна быстро смешиваться с кислородом в окружающей среде, превращаясь в угрожающий жизни и здоровью состав.
• отравление. Вызвано тем, что пары бензола значительно тяжелее воздуха, они оседают внизу комнаты, что приводит к интоксикации людей, находящихся там же.
• копоть и гарь. Несмотря на стереотип о том, что люди погибают на пожарах из-за открытого огня, это не совсем так. Гораздо чаще человек становится жертвой выделения побочных эффектов химического продукта при его горении.

В среднем, в солнечный день из бензобака обычного автомобиля в салон машины, где поддерживается температура хотя бы в 16 градусов тепла, попадает до 4000 мг паров бензола. Если добавить к этому пары из обшивки и прочих элементов, то получится внушительная доза токсинов. Именно поэтому специалисты рекомендуют сначала проветривать салон, а потом включать кондиционер и ехать по своим делам.

Действие на человека

Рассматривая бензол и его негативное влияние на организм, сначала следует разобраться с потенциальными группами риска. Чаще всего это те люди, которые работают в заводских условиях. Также в перечень попали все те, кто занимается его регулярными поставками, либо отвечает за его хранение, продукты переработки.

Кроме того в список попали:

• мойщики цистерн, в которых перевозился продукт;
• лаборанты на нефтеперерабатывающих станциях;
• рабочие по ремонту насосов;
• пострадавшие в пожарах, где выделилась значительное содержание продукта (зачастую это пластмассовые изделия, резиновая продукция).

Бензопропилен попадает в организм вместе с воздухом в виде паров. Именно этот способ считается наиболее частым при отравлениях таким веществом. На втором месте находится попадание через кожу.

Несмотря на его опасность, кратковременное вдыхание паров не принесет серьезного вреда.

Но вот при длительном контакте с ядовитой средой или соприкосновении с концентрацией доз, превышающих нормы, это может закончиться проникновением составляющих искусственно созданного продукта в кровь.

Выводится он посредством дыхания, через почки, либо в грудном молоке, если пострадавшей оказалась женщина в период лактации.

Если произошел контакт с кожей, то больной будет:

• ощущать сухость;
• появятся трещины;
• пораженный участок станет красным;
• начнется зуд;
• проявится отечность или высыпания пузырькового типа.

Схематически отравления можно разделить на две обширных группы:

В первом случае поражается по большей части дыхательная система, а также мозг и надпочечники. При втором раскладе сильнее всегда страдает кроветворная система.

Если воздействие на организм производится на регулярной основе, то все может завершиться:

• мутациями генов;
• сбоем функционирования репродуктивных органов;
• вредом для плода (имеется в виду влияние на беременных).

Помимо этого дополнительными побочными эффектами могут выступать периодические судороги, а также нарушение витаминного баланса группы В.

Острое отравление

Острая интоксикация бензолом встречается намного реже, чем хроническая, но это не уменьшает ее негативного влияния. Зачастую оно происходит из-за несчастного случая или техногенной аварии, что завершается попаданием в организм дозы, превышающей разрешенную в десятки раз.

Общая симптоматика выглядит следующим образом:

• нарушение работы нервной системы, которое выражается в вялости, вертиго, головной боли, потере себя в пространстве.
• падение температуры тела и учащение дыхания с последующим ослаблением пульса.
• бледность кожи.

Если ничего не делать после выражения таких признаков, то у пациента могут начаться судороги, и он впадет в кому. Именно поэтому крайне важно вовремя обратиться к врачу, вызвав «скорую помощь».

Чтобы облегчить состояние больного до приезда медиков, нужно:

• вынести его на свежий воздух;
• если был контакт с кожей – промыть пораженный участок с раствором обычной пищевой соды;
• в случае надобности провести непрямой массаж сердца и искусственное дыхание.

Хроническое отравление

Влияние углеводородов на организм человека чаще всего выражается в хроническом отравлении. Происходит это вследствие продолжительного контакта с небольшими дозами соединения. Заподозрить у больного ее проявления может разве что опытный эксперт на основе тщательной диагностики, которая включает изучение обстановки больного дома, на работе.

Главным ударом, который наносит бензол в таком случае, выступает отрицательное воздействие сначала на костный мозг, а потом и нервную систему. Классическими проявлениями хронического течения отравления принято называть:

• повышенную утомляемость,
• постоянную вялость,
• бессонницу,
• нервозность,
• частые головные боли,
• головокружение.

Завершается картина костными болями, тошнотой, рвотой. При случайном травмировании (даже при обычной чистке зубов) кровь долго не сворачивается. Картина анемии подтверждается выпадением волос, бледностью кожи, ломкостью ногтей. Человек чувствует снижение физической, а также умственной работоспособности.

Чтобы противостоять этому и более серьезным последствиям на дальнейших стадиях развития отравления, необходимо в первую очередь выяснить, где содержится бензол. После обнаружения токсичного источника проблем, нужно прекратить контакт с ним.

А дальше врач назначит терапию, основываясь на индивидуальных особенностях организма и степени его поражения вредным соединением вплоть до переливания плазмы.

• fj28aujdx
• Распечатать

Ароматические УВ. Бензол

Ароматические УВ (арены) – это УВ, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец.

Примеры ароматических УВ:

Арены ряда бензола (моноциклические арены)

Общая формула: CnH2n-6, n≥6

Простейшим представителем ароматических УВ является бензол, его эмпирическая формула С6Н6.

Электронное строение молекулы бензола

Общая формула моноциклических аренов CnH2n-6 показывает, что они являются ненасыщенными соединениями.

В 1856 г. немецкий химик А.Ф. Кекуле предложил циклическую формулу бензола с сопряженными связями (чередуются простые и двойные связи) — циклогексатриен-1,3,5:

Такая структура молекулы бензола не объясняла многие свойства бензола:

• для бензола характерны реакции замещения, а не реакции присоединения, свойственные ненасыщенным соединениям. Реакции присоединения возможны, но протекают труднее, чем для алкенов;
• бензол не вступает в реакции, являющиеся качественными реакциями на непредельные УВ (с бромной водой и раствором КМnО4).

Проведенные позже электронографические исследования показали, что все связи между атомами углерода в молекуле бензола имеют одинаковую длину 0,140 нм (среднее значение между длиной простой связи С—С 0,154 нм и двойной связи С=С 0,134 нм). Угол между связями у каждого атома углерода равен 120о. Молекула представляет собой правильный плоский шестиугольник.

Современная теория для объяснения строения молекулы С6Н6 использует представление о гибридизации орбиталей атома углерода.

Атомы углерода в бензоле находятся в состоянии sp2-гибридизации. Каждый атом «С» образует три σ-связи (две с атомами углерода и одну с атомом водорода). Все σ-связи находятся в одной плоскости:

Каждое р-облако перекрывается с двумя соседними р-облаками, и в результате образуется единая сопряженная π-система (вспомните эффект сопряжения р-электронов в молекуле бутадиена-1,3, рассмотренный в теме «Диеновые углеводороды»):

Сочетание шести σ-связей с едиой π-системой называется ароматической связью.

Цикл из шести атомов углерода, связанных ароматической связью, называется бензольным кольцом, или бензольным ядром.

В соответствии с современными представлениями об электронном строении бензола молекулу С6Н6 изображают следующим образом:

Физические свойства бензола

Бензол при обычных условиях — бесцветная жидкость; toпл= 5,5оС; toкип. = 80оС; имеет характерный запах; не смешивается с водой, хороший растворитель, сильно токсичен.

Химические свойства бензола

Ароматическая связь определяет химические свойства бензола и других ароматических УВ.

6π-электронная система является более устойчивой, чем обычные двухэлектроиные π-связи. Поэтому реакции присоединения менее характерны для ароматических УВ, чем для непредельных УВ. Наиболее характерными для аренов являются реакции замещения.

I. Реакции замещения

1.Галогенирование

2.Нитрование

Реакцию осуществляют смесью концентрированных азотной HNO3 и серной H2SO4 кислот (нитрующая смесь):

3.Сульфирование

4.Алкилирование (замещение атома «Н» на алкильную группу) – реакции Фриделя-Крафтса, образуются гомологи бензола:

Вместо галогеналканов можно использовать алкены (в присутствии катализатора – AlCl3 или неорганической кислоты):

II. Реакции присоединения

1.Гидрирование

2.Присоединение хлора

III. Реакции окисления

1. Горение

2С6Н6 + 15О2 → 12СО2 + 6Н2О

2. Неполное окисление (KMnO4 или K2Cr2O7 в кислой среде). Бензольное кольцо устойчиво к действию окислителей. Реакция не происходит.

Получение бензола

В промышленности:

1) переработка нефти и угля;

2) дегидрирование циклогексана:

3) дегидроциклизация (ароматизация) гексана:

4) тримеризация ацетилена:

В лаборатории:

Сплавление солей бензойной кислоты со щелочами:

Изомерия и номенклатура гомологов бензола

Любой гомолог бензола имеет боковую цепь, т.е. алкильные радикалы, связанные с бензольным ядром. Первый гомолог бензола представляет собой бензольное ядро, связанное с метильным радикалом:

Толуол не имеет изомеров, поскольку все положения в бензольном ядре равноценны.

Для последующих гомологов бензола возможен один вид изомерии – изомерия боковой цепи, которая может быть двух видов:

1) изомерия числа и строения заместителей;

2) изомерия положения заместителей.

Физические свойства толуола

Толуол — бесцветная жидкость с характерным запахом, не растворимая в воде, хорошо растворяется в органических растворителях. Толуол менее токсичен, чем бензол.

III.Реакции окисления

1.Горение
C6H5CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O

2. Неполное окисление

В отличие от бензола его гомологи окисляются некоторыми окислителями; при этом окислению подвергается боковая цепь, в случае толуола – метильная группа. Мягкие окислители типа MnO2 окисляют его до альдегидной группы, более сильные окислители (KMnO4) вызывают дальнейшее окисление до кислоты:

Любой гомолог бензола с одной боковой цепью окисляется сильным окислителем типа KMnO4 в бензойную кислоту, т.е. происходит разрыв боковой цепи с окислением отщепившейся части ее до СО2; например:

При наличии нескольких боковых цепей каждая из них окисляется до карбоксильной группы и в результате образуются многоосновные кислоты, например:

Получение толуола:

В промышленности:

1) переработка нефти и угля;

2) дегидрирование метилциклогексана:

3) дегидроциклизация гептана:

В лаборатории:

1) алкилирование по Фриделю-Крафтсу;

2) реакция Вюрца-Фиттига (взаимодействие натрия со смесью галогенбензола и галогеналкана):

Бензол

Бензол является важным органическим химическим соединением с химической формулой C6H6 . Молекула бензола состоит из 6 атомов углерода, соединенных в кольцо с 1 атомом водорода, присоединенным к каждому из них. Поскольку он содержит только атомы углерода и водорода, бензол классифицируется как углеводород.

Бензол является естественным компонентом сырой нефти и является одним из элементарных нефтехимических продуктов . Из-за циклической непрерывной связи pi между атомами углерода бензол классифицируется как ароматический углеводород , второй [n] -annulene (-анулен). Это иногда сокращенно Ph -H.

Бензол — бесцветная и легковоспламеняющаяся жидкость со сладким запахом и отвечает за аромат вокруг бензозаправочных станций. Он используется в основном в качестве предшественника при производстве химикатов с более сложной структурой, таких как этилбензол и кумол , из которых производятся миллиарды килограммов.

Поскольку бензол имеет высокое октановое число , он является важным компонентом бензина.

Поскольку бензол является канцерогенным веществом человека, большинство непромышленных применений ограничены.

Структура бензола

Рентгеновская дифракция показывает , что все шесть углерод- углеродных связей в бензоле имеют одинаковую длину, при 140 пикометров (pm). Длина связей C-C больше, чем двойная связь (135 мкм), но короче, чем простая связь (147 мкм).

Это промежуточное расстояние согласуется с делокализацией электронов : электроны для связи С-С распределены поровну между каждым из шести атомов углерода. Бензол имеет 6 атомов водорода — меньше, чем соответствующий исходный алкан , гексан . Молекула плоская.

Для точного отражения природы связи бензол часто изображается с кругом внутри гексагональной структуры атомов углерода.

Производные бензола происходят достаточно часто в качестве компонента органических молекул, которые Юникодский консорциум выделил в Техническом блоке символ с кодом U + 232C, чтобы представить его с тремя двойными связями  и U + 23E3 для делокализованной версии.

Производные бензола

Многие важные химические соединения получают из бензола, заменяя один или несколько его атомов водорода другой функциональной группой.

Примерами простых производных бензола являются фенол, толуол и анилин , сокращенно PhOH, PhMe и PhNH2 соответственно. Связывание бензольных колец дает бифенил, C6H5 -C6H5.

Дальнейшая потеря водорода дает «конденсированные» ароматические углеводороды, такие как нафталин и антрацен . Пределом процесса слияния является водородная аллотроп углерода, графит.

В гетероциклах атомы углерода в бензольном кольце заменяются другими элементами. Наиболее важные вариации содержат азот. Замена одного CH на N дает соединение пиридина, C5H5N. Хотя бензол и пиридин структурно связаны, бензол не может быть превращен в пиридин. Замена второй связи СН с N дает, в зависимости от расположения второго N, пиридазина , пиримидина и пиразина.

Производство бензола

Четыре химических процесса способствуют промышленному производству бензола: каталитический риформинг, гидродеалкилирование толуола, диспропорционирование толуола и паровое крекинг . Согласно Токсикологическому профилю ATSDR для бензола, между 1978 и 1981 годами каталитические переформаты составляли примерно 44-50% от общего объема производства бензола в США.

Каталитический риформинг

При каталитическом риформинге смесь углеводородов с температурой кипения между 60-200 ° С смешивают с газообразным водородом, а затем подвергают воздействию бифункционального хлорида платины или хлорида хлорида рения при температуре 500-525 ° С и давлениях от 8 до 50 атм.

В этих условиях алифатические углеводороды образуют кольца и теряют водород, чтобы стать ароматическими углеводородами.

Стадия экстракции ароматических соединений из риформата предназначена для получения ароматических соединений с наименьшими неароматическими компонентами. Восстановление ароматических соединений, обычно называемых BTX (бензол, толуол и изомеры ксилола), включает такие стадии экстракции и дистилляции. Существует много лицензионных процессов, доступных для извлечения ароматических соединений.

Подобно этому каталитическому риформингу, UOP и BP коммерциализировали метод из СНГ (главным образом пропан и бутан) в ароматические соединения.

Толуоловое гидродеалкилирование

Толуоловое гидродеалкилирование превращает толуол в бензол.

В этом водородо-интенсивном процессе толуол смешивают с водородом, затем пропускают через катализатор на основе хрома , молибдена или оксида платины при 500-600 ° С и давлении 40-60 атм.

Иногда вместо катализатора (при аналогичном состоянии реакции) используются более высокие температуры. В этих условиях толуол подвергается деалкилированию до бензола и метана:

C 6H5CH3+H2 → C6H6 + CH4

Эта необратимая реакция сопровождается равновесной побочной реакцией, при которой получается бифенил (ака дифенил) при более высокой температуре:

2С6H6 ⇌ H2 + C6H5 — C6H5

Если поток сырья содержит много неароматических компонентов (парафинов или нафтенов), они вероятно, разлагаются на более низкие углеводороды, такие как метан, что увеличивает потребление водорода.

Типичный выход реакции превышает 95%. Иногда вместо толуола используют ксилолы и более тяжелые ароматические соединения с аналогичной эффективностью.

Дисперсионация толунов

Если химический комплекс имеет аналогичные требования как для бензола, так и для ксилола , то диспропорционирование толуола ( TDP ) может быть привлекательной альтернативой гидродеалкилированию толуола. В широком смысле 2 молекулы толуола реагируют и метильные группы перегруппированы из одной молекулы толуола в другую, получая одну молекулу бензола и одну молекулу ксилола.

Учитывая, что спрос на параксилен ( п- ксилол ) существенно превышает спрос на другие изомеры ксилола, может быть использовано уточнение процесса TDP, называемого селективным TDP (STDP).

В этом процессе поток ксилола, выходящий из блока TDP, составляет приблизительно 90% параксилола.

В некоторых существующих каталитических системах даже отношение бензол к ксилолам уменьшается (больше ксилолов), когда потребность в ксилолах выше.

Паровой крекинг

Паровой крекинг представляет собой процесс получения этилена и других алкенов из алифатических углеводородов.

В зависимости от исходного сырья, используемого для получения олефинов, паровое крекинг может давать обогащенный бензолом жидкий побочный продукт, называемый пиролизным бензином .

Пиролизный бензин можно смешивать с другими углеводородами в качестве бензиновой добавки или направлять в процессе экстракции для извлечения ароматических углеводородов BTX (бензола, толуола и ксилолов).

Несмотря на отсутствие коммерческого значения, существует много других путей к бензолу. Например, фенол и галобензолы могут быть восстановлены металлами.  Бензойную кислоту и ее соли подвергают декарбоксилированию бензолу. Через реакцию соединение диазония с анионом гипофосфорной кислоты дает бензол.  Тримеризация ацетилена дает бензол.

Реакции бензола

Наиболее распространенные реакции бензола включают замещение протона другими группами.  Электрофильное ароматическое замещение является общим методом дериватизации бензола. Бензол является достаточно нуклеофильным, что он подвергается замещению ионами ацилия и алкильными карбокатионами с получением замещенных производных.

Электрофильное ароматическое замещение бензола

Наиболее распространенным примером этой реакции является этилирование бензола.

Ацилирование Фриделя-Крафтса бензолом ацетилхлоридом

В 1999 году было произведено бензола около 24 700 000 тонн. Очень поучительным, но менее промышленным значением является алкилирование Фриделя-Крафтса  бензола (и многих других ароматических колец) с использованием алкилгалогенида в присутствии сильного катализатора кислоты Льюиса.

Аналогичным образом ацилирование Фриделя-Крафтса является родственным примером электрофильного ароматического замещения .

Реакция включает ацилирование бензола (или многих других ароматических колец) ацилхлоридом с использованием сильного катализатора кислоты Льюиса, такого как хлорид алюминия или хлорид железа (III).

Сульфонирование, хлорирование, нитрование

Используя электрофильное ароматическое замещение, многие функциональные группы вводят в структуру бензола. Сульфирование бензола связано с использованием олеума , смеси серной кислоты с триоксидом серы. Сульфированные производные бензола являются полезными детергентами .

При нитровании бензол реагирует с ионами нитрония (NO2+), который является сильным электрофилом, полученным путем объединения серной и азотной кислот. Нитробензол является предшественником анилина .

Хлорирование достигается хлором с получением хлорбензола в присутствии катализатора, такого как трихлорид алюминия.

Гидрирование

Бензол является отличным лигандом в металлоорганической химии низковалентных металлов. Важными примерами являются сэндвич-и полу-сэндвич-комплексы, соответственно Cr(C6H6)2 и [RuCl2(C6H6)]2.

Гомологический ряд бензола