В молекулах которых содержится бензольное кольцо, или ядро, - циклическая группа атомов углерода с особым характером связей.

Простейшим представителем аренов является бензол C 6 H 6 . Гомологический ряд бензола имеет общую формулу C n H 2n -6 .

Первую структурную формулу бензола предложил в 1865 г. немецкий химик Ф.А. Кекуле:

Атомы С в молекуле бензола образуют правильный плоский шестиугольник, хотя часто его рисуют вытянутым.

Приведенная формула правильно отражает равноценность шести атомов С, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, он не проявляет склонности к реакциям присоединения: не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т.е. ему не свойственны типичные для непредельных соединений качественные реакции.

В структурной формуле Кекуле - три одинарные и три двойные чередующиеся углерод-углеродные связи. Но такое изображение не передает истинного строения молекулы. В действительности углерод-углеродные связи в бензоле равноценны. Это объясняется электронным строением его молекулы.

Каждый атом С в молекуле бензола находится в состоянии sp 2 -гибридизации. Он связан с двумя соседними атомами С и атомом Н тремя -связями. В результате образуется плоский шестиугольник, где все шесть атомов С и все -связи С-С и С-Н лежат в одной плоскости (угол между связями С-С равен 120 o). Третья p -орбиталь атома углерода не участвует в гибридизации. Она имеет форму гантели и ориентирована перпендикулярно плоскости бензольного кольца. Такие p -орбитали соседних атомов С перекрываются над и под плоскостью кольца. В результате шесть p -электронов (всех шести атомов С) образуют общее -электронное облако и единую химическую связь для всех атомов С.

Электронное облако обусловливает сокращение расстояния между атомами С. В молекуле бензола они одинаковы и равны. Значит, в молекуле бензола нет чередования простых и двойных связей, а существует особая связь - “полуторная” - промежуточная между простой и двойной, так называемая ароматическая связь. Чтобы показать равномерное распределение p-электронного облака в молекуле бензола, корректнее изображать ее в виде правильного шестиугольника с окружностью внутри (окружность символизирует равноценность связей между атомами С) .

Однако часто пользуются и формулой Кекуле с указанием двойных связей (II), помня, однако, о ее недостатках:

Физические свойства. Бензол - бесцветная, летучая, огнеопасная жидкость со своеобразным запахом. В воде практически нерастворим, но служит хорошим растворителем для многих органических веществ. Горит сильно коптящим пламенем (92,3 % массы приходится на углерод). Пары бензола с воздухом образуют взрывчатую смесь. Жидкий бензол и пары бензола ядовиты. Температура кипения бензола 80,1 °С. При охлаждении он легко застывает в белую кристаллическую массу с температурой плавления 5,5 °С.

Химические свойства. Ядро бензола обладает большой прочностью. Этим и объясняется склонность аренов к реакциям замещения. Они протекают легче, чем у предельных углеводородов.

Реакция замещения (ионный механизм).

1) Гидрирование . Бензол присоединяет водород при низкой температуре в присутствии катализатора - никеля или платины, образуя циклогексан:

2) Галогенирование. Бензол при ультрафиолетовом облучении присоединяет хлор, образуя гексахлорциклогексан (гексахлоран):

Реакции окисления .

1) Бензол очень устойчив к окислителям. В отличие от непредельных углеводородов он не обесцвечивает бромную воду и раствор KMnO 4 .

2) Бензол на воздухе горит коптящим пламенем:

2C 6 H 6 + 15O 2 12CO 2 + 6H 2 O.

Арены, таким образом, могут вступать как в реакции замещения, так и в реакции присоединения, однако условия этих превращений значительно отличаются от аналогичных превращений предельных и непредельных углеводородов. Эти реакции бензола внешне схожи с реакциями алканов и алкенов, но протекают по другим механизмам.

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 С 6 Н 6 (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 С 6 Н 6 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. Уже тогда люди знали о том, что помимо пользы продукт несет в себе огромную смертельную угрозу.

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:

• острое,
• хроническое.

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.

Материал из ЭНЭ

Бензол

или бензин (старинное, ныне оставленное название) - углеводород состава С 6 Н 6 , представитель ароматических , или бензольных , соединений (см. это сл.). Вещество это представляет бесцветную, прозрачную, сильно преломляющую свет и легкоподвижную жидкость с характерным «ароматическим» запахом, уд. веса 0,899 (при 0° Ц.) и 0,885 (при 15°), кипит при 80°,5 и застывает на холоде в кристаллическую массу, плавящуюся при +6°; легко растворим в эфире, спирте, хлороформе и других обыденных растворителях, за исключением воды; бензол представляет прекрасное растворяющее средство для жиров, смол, масел, асфальта, алкалоидов, серы, фосфора, иода; на воздухе горит светлым, сильно коптящим пламенем и дает весьма легко воспламеняющиеся пары. Бензол был открыт в г. Фарадеем при исследовании газообразных продуктов сухой перегонки жирных масел; Митчерлих получил его при перегонке бензойной кислоты с известью и назвал бензином , а Либих переименовал вещество это в бензол. Синтетически углеводород был получен Бертело в г. нагреванием ацетилена в трубке над ртутью при температуре размягчения стекла. Присутствие бензола в каменноугольном дегте доказано А. В. Гофманом в г., а ученик Гофмана, Мансфильд, в г. изолировал его из дегтя в значительных количествах и выработал необходимые для этого практические методы. Выходы бензола зависят не только от состава каменноугольного дегтя, но и от способов обработки его, перегонки и хранения. Из 100 килогр. лондонского дегтя получается 1,1 % бензола (50-процентного), а на рейнских заводах добывают до 1 % очищенного вещества, идущего на приготовление анилина. У нас очень хороший бензол готовится на заводах товарищества "В. И. Рогозин и К ° " из газовой смолы, образующейся при добывании газа для освещения и отопления (исследование П. Голубева). В торговле имеются три сорта бензола: 30-, 50 - и 90-процентный; при этом необходимо иметь в виду, что бензолом здесь считается все то, что гонится ниже 100°, и что количество его выражается в объемных процентах: из 50-процентного бензола получается половинный объем жидкости, кипящей до 100°. Таким образом, продажный бензол не представляет химически чистого соединения, а содержит в виде примеси главным образом толуол и ксилол , затем углеводороды жирного ряда, сероуглерод , тиофен и др. вещества. Большинство этих примесей удаляется фракционированной перегонкой в особо устроенных сложных аппаратах, обработкой едкой щелочью и концентрированной серной кислотой, кристаллизацией на холоду и отжиманием затвердевшего продукта. Обработанный таким образом бензол представляет уже почти чистый углеводород и идет на приготовление чистого анилина; но в нем все-таки еще есть примесь более легких углеводородов (которые остаются неизмененными при нитровании) и тиофен. Этот последний легко открывается при помощи очень чувствительной реакции с раствором изатина в серной кислоте; бензол, содержащий даже следы тиофена, окрашивается упомянутым реактивом в интенсивный голубой цвет. Эта реакция (открытая Байером) и навела Виктора Мейера на мысль искать примесь особого соединения в очищенном бензоле, считавшемся прежде за химически чистое вещество. Тщательным взбалтыванием с крепкой серной кислотою (1/20 по объему) В. Мейеру в г. удалось извлечь новое соединение: обработав 2000 килогр. бензола, он получил 1944 гр. чистого тиофена, C 4 H 4 S. Этот последний кипит при 84°, а потому, понятно, и не может быть выделен из Б. самой тщательной фракционировкой.

Относительно химических свойств бензола необходимо заметить, что он сильно сопротивляется действию как окислителей, так и восстановляющих веществ. Галоиды в зависимости от условий или прямо присоединяются, или же дают продукты субституции . При действии хлора на кипящий бензол получается смесь нескольких продуктов присоединения, между которыми наиболее хорошо изучен шестихлористый бензол C 6 Cl 6 , кристаллическое вещество, плавящееся при 157° и распадающееся при температуре кипения (288°) на соляную кислоту и трихлорбензол C 6 H 3 Cl 3 . С бромом на солнечном свете образуется аналогичный продукт, шестибромистый бензол, - С 6 Br 6 . Хлорноватистая кислота присоединяется в количестве трех частиц и дает кристаллическое вещество состава С 6 Н 3 (СlОН) 3 . При пропускании сухого хлористоводородного газа в бензольный раствор хлористого алюминия образуется непрочное жидкое соединение галоидного металла с бензолом состава 6С 6 Н 6 ·Al 2 Cl 6 . Бромистый алюминий в подобных же условиях дает 6С 6 Н 6 ·Al 2 Br 6 . Образованием такого рода соединений обусловливается наступление многих синтетических реакций, идущих в присутствии галоидных солей алюминия (Г. Г. Густавсон). При нагревании до 280° с крепкой иодистоводородной кислотой к бензолу присоединяются шесть атомов водорода, причем получается углеводород гексагидробензол C 6 H 12 (Вреден Кижнер). Продукты замещения водорода в бензоле образуются также при действии галоидов, напр., хлора, всего лучше в присутствии некоторых веществ, играющих роль передатчиков хлора, каковы, напр., иод и пятихлористая сурьма . В реакцию вступают, по всей вероятности, высшие хлористые соединения названных элементов, которые затем, отдав свой хлор , переходят в низшие соединения, потом вновь присоединяют галоид, передают его бензолу, и таким путем этот сложный процесс длится все время до самого конца:

С 6 H 6 + JCl 3 = C 6 H 5 Cl + HCl + JCl.

При такого рода реакциях образуются, конечно, продукты различной степени замещения, дву-, трех-, четырех-, пяти-, шестизамещенные бензолы, которые все известны. Из них гексахлорбензол , или перхлорбензол, C 6 Cl 6 (не представляющий изомерных форм) получается при полном хлорировании бензола в присутствии пятихлористой сурьмы . Иодбензол образуется при нагревании бензола с иодом в присутствии иодноватой кислоты или серной (Истрати). Относительно действия азотной кислоты было упомянуто выше. Серная кислота в зависимости от концентрации, количества и температуры дает сульфобензид , моно- и дисульфокислоты. При нагревании бензола с металлическим калием до 250° часть водорода замещается металлом, при чем образуется С 6 Н 5 К и С 6 Н 4 К 2 . Соединение воспламеняется на воздухе со взрывом.

Литература общая - см. Бензольные соединения , а также Roscoe u. Schorlemmer , «Ausfürliches Lehrbuch der Chemie» (IV т., ); специальная и технич.; Gustav Schultz , «Die Chemie des Steinkohlentheers» (2-е изд.); «Muspratt’s Theoretische, prakt. und analytische Chemie v. Stohmann und Bruno Kerl» (4-е издание).

Бензол фальсифицируется чаще всего петрольным эфиром (бензином); примесь эту легко узнать или при помощи перегонки, так как точка кипения бензина ниже точки кипения бензола, или при помощи азотной кисл. Берут 2 части концентрированной серной кислоты и смешивают ее с 1 частью крепкой азотной кислоты; удельн. вес. 1,84; к такой смеси, предварительно сильно охлажденной, прибавляют одну часть испытуемого бензола, маленькими порциями. Когда весь бензол влит, то осторожно нагревают всю смесь до 60°, погрузив сосуд, в котором ведут испытание, в горячую воду (при 70-80°). После этого смеси дают остынуть и выливают ее в ледяную воду. Если был чистый бензол, то от такой обработки он весь превращается в тяжелое жидковатое масло, нитробензол, которое упадет на дно сосуда, и над ледяной водой никакого слоя не будет; если же к бензолу был примешан петрольный эфир , то он останется без изменения и как более легкий, чем вода, поднимется наверх и над ледяной водой получится слой жидкости.

В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона .

Бензол , С 6 Н 6 , углеводород, родоначальник ряда ароматических соединений . Бензол - бесцветная, легко подвижная жидкость с характерным запахом, кипит при "80°, застывает на холоде в кристаллическую массу, плавящуюся при +5,4°. Легко растворим во многих

Бензол является важным органическим химическим соединением с химической формулой C 6 H 6 . 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. Описание МО включает в себя образование трех делокализованных π- орбиталей, охватывающих все шесть атомов углерода, в то время как описание VB включает суперпозицию резонансных структур. Вполне вероятно, что эта стабильность способствует особым молекулярным и химическим свойствам, известным как ароматичность. 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 PhNH 2 соответственно. Связывание бензольных колец дает бифенил, C 6 H 5 -C 6 H 5 . 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, C 5 H 5 N. 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. Затем ароматические продукты реакции отделяют от реакционной смеси (реформируют) экстракцией любым из нескольких растворителей, включая диэтиленгликоль или сульфолан, и затем бензол отделяют от других ароматических соединений путем дистилляции. 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 6 H 5 CH 3 +H 2 → C 6 H 6 + CH 4

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

2С 6 H 6 ⇌ H 2 + C 6 H 5 — C 6 H 5

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.

Это часто называют «целевой» методологией для получения бензола по сравнению с обычными процессами экстракции БТХ (бензол-толуол-ксилол).

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).

Другие методы

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 (NO 2 +), 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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Бензол (циклогексатриен – 1,3,5) – органическое вещество, простейший представитель ряда ароматических углеводородов.

Формула – С 6 Н 6 (структурная формула – рис. 1). Молекулярная масса – 78, 11.

Рис. 1. Структурные и пространственная формулы бензола.

Все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в sp 2 гибридном состоянии. Каждый атом углерода образует 3σ-связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащие в одной плоскости. Шесть атомов углерода образуют правильный шестиугольник (σ-скелет молекулы бензола). Каждый атом углерода имеет одну негибридизованную р-орбиталь, на которой находится один электрон. Шесть р-электронов образуют единое π-электронное облако (ароматическую систему), которое изображают кружочком внутри шестичленного цикла. Углеводородный радикал, полученный от бензола носит название C 6 H 5 – — фенил (Ph-).

Химические свойства бензола

Для бензола характерны реакции замещения, протекающие по электрофильному механизму:

— галогенирование (бензол взаимодействует с хлором и бромом в присутствии катализаторов – безводных AlCl 3 , FeCl 3 , AlBr 3)

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 -Cl + HCl;

— нитрование (бензол легко реагирует с нитрующей смесью – смесь концентрированных азотной и серной кислот)

— алкилирование алкенами

C 6 H 6 + CH 2 = CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH(CH 3) 2 ;

Реакции присоединения к бензолу приводят к разрушению ароматической системы и протекают только в жестких условиях:

— гидрирование (реакция протекает при нагревании, катализатор – Pt)

— присоединение хлора (протекает под действием УФ-излучения с образованием твердого продукта – гексахлорциклогексана (гексахлорана) – C 6 H 6 Cl 6)

Как и любое органическое соединение бензол вступает в реакцию горения с образованием в качестве продуктов реакции углекислого газа и воды (горит коптящим пламенем):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Физические свойства бензола

Бензол – жидкость без цвета, но обладающая специфическим резким запахом. Образует с водой азеотропную смесь, хорошо смешивается с эфирами, бензином и различными органическими растворителями. Температура кипения – 80,1С, плавления – 5,5С. Токсичен, канцероген (т.е. способствует развитию онкологических заболеваний).

Получение и применение бензола

Основные способы получения бензола:

— дегидроциклизация гексана (катализаторы – Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 –(CH 2) 4 -CH 3 → С 6 Н 6 + 4H 2 ;

— дегидрирование циклогексана (реакция протекает при нагревании, катализатор – Pt)

С 6 Н 12 → С 6 Н 6 + 4H 2 ;

— тримеризация ацетилена (реакция протекает при нагревании до 600С, катализатор – активированный уголь)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

Бензол служит сырьем для производства гомологов (этилбензола, кумола), циклогексана, нитробензола, хлорбензола и др. веществ. Ранее бензол использовали в качестве присадки к бензину для повышения его октанового числа, однако, сейчас, в связи с его высокой токсичностью содержание бензола в топливе строго нормируется. Иногда бензол используют в качестве растворителя.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Запишите уравнения, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Решение

Для получения ацетилена из метана используют следующую реакцию: 2CH 4 → C 2 H 2 + 3Н 2 (t = 1400C). Получение бензола из ацетилена возможно по реакции тримеризации ацетилена, протекающей при нагревании (t = 600C) и в присутствии активированного угля: 3C 2 H 2 → C 6 H 6 . Реакция хлорирования бензола с получением в качестве продукта хлорбензола осуществляется в присутствии хлорида железа (III): C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

ПРИМЕР 2

Задание	К 39 г бензола в присутствии хлорида железа (III) добавили 1 моль бромной воды. Какое количество вещества и сколько граммов каких продуктов при этом получилось?
Решение	Запишем уравнение реакции бромирования бензола в присутствии хлорида железа (III): C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Продуктами реакции являются бромбензол и бромоводород. Молярная масса бензола, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 78 г/моль. Найдем количество вещества бензола: n(C 6 H 6) = m(C 6 H 6) / M(C 6 H 6); n(C 6 H 6) = 39 / 78 = 0,5 моль. По условию задачи бензол вступил в реакцию с 1 моль брома. Следовательно, бензол находится в недостатке и дальнейшие расчеты будем производить по бензолу. Согласно уравнению реакции n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br) : n(HBr) = 1:1:1, следовательно n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) = : n(HBr) = 0,5 моль. Тогда, массы бромбензола и бромоводорода будут равны: m(C 6 H 5 Br) = n(C 6 H 5 Br)×M(C 6 H 5 Br); m(HBr) = n(HBr)×M(HBr). Молярные массы бромбензола и бромоводорода, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 157 и 81 г/моль, соответственно. m(C 6 H 5 Br) = 0,5×157 = 78,5 г; m(HBr) = 0,5×81 = 40,5 г.
Ответ	Продуктами реакции являются бромбензол и бромоводород. Массы бромбензола и бромоводорода – 78,5 и 40,5 г, соответственно.