У молекулах яких міститься бензольна кільце, або ядро, - циклічна група атомів вуглецю з особливим характером зв'язків.

Найпростішим представником арен є бензол C 6 H 6 . Гомологічний ряд бензолу має загальну формулу C n H 2 n-6 .

Першу структурну формулу бензолу запропонував 1865 р. німецький хімік Ф.А. Кекуле:

Атоми С у молекулі бензолу утворюють правильний плоский шестикутник, хоча часто малюють його витягнутим.

Наведена формула правильно відображає рівноцінність шести атомів, проте не пояснює ряд особливих властивостей бензолу. Наприклад, попри ненасиченість, не виявляє схильності до реакцій приєднання: не знебарвлює бромну воду і розчин перманганату калію, тобто. йому не властиві типові для ненасичених сполук якісні реакції.

У структурній формулі Кекуле - три одинарні і три подвійні вуглець-вуглецеві зв'язки, що чергуються. Але таке зображення не передає справжньої будови молекули. Насправді вуглець-вуглецеві зв'язки у бензолі рівноцінні. Це електронним будовою його молекули.

Кожен атом С у молекулі бензолу перебуває у стані sp 2-гібридизації. Він пов'язаний із двома сусідніми атомами С та атомом Н трьома-зв'язками. В результаті утворюється плоский шестикутник, де всі шість атомів С і всі зв'язки С-С і С-Н лежать в одній площині (кут між зв'язками С-С дорівнює 120 o). Третя p-орбіталь атома вуглецю не бере участь у гібридизації Вона має форму гантелі та орієнтована перпендикулярно площині бензольного кільця. Такі p-орбіталі сусідніх атомів перекриваються над і під площиною кільця. В результаті шість p-електронів (всіх шести атомів С) утворюють загальну -електронну хмару та єдиний хімічний зв'язок для всіх атомів С.

Електронна хмара зумовлює скорочення відстані між атомами С. У молекулі бензолу вони однакові та рівні. Отже, в молекулі бензолу немає чергування простих і подвійних зв'язків, а існує особливий зв'язок - "полуторний" - проміжний між простим і подвійним, так званий ароматичназв'язок. Щоб показати рівномірний розподіл p-електронної хмари в молекулі бензолу, коректніше зображати її у вигляді правильного шестикутника з коло всередині (коло символізує рівноцінність зв'язків між атомами С).

Проте часто користуються і формулою Кекуле із зазначенням подвійних зв'язків (II), пам'ятаючи, проте, про її недоліки:

Фізичні властивості.Бензол – безбарвна, летюча, вогненебезпечна рідина зі своєрідним запахом. У воді практично нерозчинний, але є хорошим розчинником для багатьох органічних речовин. Горить сильно полум'ям, що сильно коптить (92,3 % маси припадає на вуглець). Пари бензолу з повітрям утворюють вибухову суміш. Рідкий бензол та пари бензолу отруйні. Температура кипіння бензолу 80,1 °С. При охолодженні легко застигає в білу кристалічну масу з температурою плавлення 5,5 °С.

Хімічні властивості.Ядро бензолу має велику міцність. Цим і пояснюється схильність аренів до реакцій заміщення. Вони протікають легше, ніж у граничних вуглеводнів.

Реакція заміщення (іонний механізм).

1) Гідрування. Бензол приєднує водень за низької температури у присутності каталізатора - нікелю або платини, утворюючи циклогексан:

2) Галогенування.Бензол при ультрафіолетовому опроміненні приєднує хлор, утворюючи гексахлорциклогексан (гексахлоран):

Реакції окиснення .

1) Бензол дуже стійкий до окисників. На відміну від ненасичених вуглеводнів він не знебарвлює бромну воду і розчин KMnO 4 .

2) Бензол на повітрі горить полум'ям, що коптить:

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

Арени, таким чином, можуть вступати як реакції заміщення, так і реакції приєднання, проте умови цих перетворень значно відрізняються від аналогічних перетворень граничних і ненасичених вуглеводнів. Ці реакції бензолу зовні схожі з реакціями алканів та алкенів, але протікають за іншими механізмами.

Бензол та його негативний вплив на організм давно стали темою для вивчення серед медиків та науковців. Фахівці довели, що, незважаючи на повсюдне використання, така речовина несе в собі отруйний ефект. Через те, що пари бензолу не видно, деякі зменшують його небезпеку, але насправді подібна хімічна сполука може призвести до незворотних наслідків у будь-якому живому організмі.

Загальні відомості

Перед тим, як вивчати наслідки отруєння цією рідиною, необхідно розібратися з тим, що таке бензол у розрізі хімічної промисловості. Це вуглеводень, який відноситься до категорії ароматичних сполук. Його характерними ознаками вважаються:

• безбарвність,
• прозорість,
• легкорухливість,
• специфічний аромат;
• швидке випаровування за умови підтримання температури у межах кімнатної.

При цьому продукт хімічної промисловості є рідиною, яка сильно заломлює світло. Вона закипає при досягненні температури рівня 80,5 градусів, а на холоді перетворюється на кристалоподібну масу, яка починає плавитися вже за шести градусів тепла.

З'єднання легко розчиняється у типових розчинниках на кшталт хлороформу, спирту та ефіру. Не відноситься це правило хіба що до води. Найчастіше використовується як розчинник для жиру, різних смол, або масел. При цьому його склад досить легко спалахує, сильно коптя.

Згідно з дослідженнями екологів, ця сполука вважається однією з найтоксичніших, яка зустрічається людиною всюди. Дякувати за це слід масштабні викиди промислових підприємств різного призначення, а також зміг, що періодично накриває великі міста.

Сфера використання

Сучасна промисловість не може обходитися без цього токсичного продукту хімічної галузі. Замінити З 6 Н 6 (формула бензолу) поки не є можливим у всіх традиційних сферах його застосування, тому екологія продовжує страждати від його впливу.

Відповісти декількома словами питанням, де застосовується настільки небезпечне з'єднання, неможливо, оскільки сфера його використання розширюється щорічно. На сьогоднішній день найчастіше до його допомоги вдаються фахівці таких напрямків:

• косметика,
• парфумерія,
• барвники,
• синтетичні матеріали на зразок гуми, пластмаси,
• фармацевтика,
• легка промисловість,
• вибухівка,
• кокс,
• парафін.

Використовується продукт для створення штучної шкіри, а також удосконалення тканин, що одержали водонепроникну структуру.

Крім цього, якість рідини, що передбачає функції розчинення, зробила її активним помічником при необхідності розділити або виділити:

• алкалоїди з різних рослин;
• жир із м'ясної продукції (аж до вилучення фосфору з кісток), горіхів;
• клеї на основі каучуку та інших лакофарбових продуктів.

Іноді бензол використовується у фармацевтиці, щоб перетворити йод на корисні для медицини розчини. А автолюбителі взяли його на озброєння після того, як у світі став мати попит метод підняття октанового числа при виробництві транспортного палива. Також він знижує характерне для паливного ресурсу самозаймання.

У побуті з'єднання є важливою частиною процедури хімчистки в спеціалізованих установах. З його допомогою значно простіше видалити складні в обробці плями практично на будь-якій тканині.

Чинники небезпеки

Рятує відгалуження промисловості формула С 6 Н 6 настільки небезпечна, що її включили до переліку найсильніших канцерогенів, які супроводжують утворення ракових пухлин різних органів. Медики стали бити на сполох вже давно, що вилилося в оприлюднення спеціально створеної конвенції в рамках Женевської конференції ще 1971 року. Вже тоді люди знали про те, що, крім користі, продукт несе в собі величезну смертельну загрозу.

Головними небезпеками, які переслідують людину, яка має справу з бензолом, вважаються:

• утворення вибухової суміші. Так як ця рідина випаровується практично моментально, вона здатна швидко змішуватися з киснем у навколишньому середовищі, перетворюючись на загрозливий для життя і здоров'я склад.
• отруєння. Викликано тим, що пари бензолу значно важчі за повітря, вони осідають унизу кімнати, що призводить до інтоксикації людей, що знаходяться там же.
• кіптява і гар. Незважаючи на стереотип про те, що люди гинуть на пожежах через відкритий вогонь, це не зовсім так. Набагато частіше людина стає жертвою виділення побічних ефектів хімічного продукту під час його горіння.

В середньому, сонячного дня з бензобака звичайного автомобіля в салон машини, де підтримується температура хоча б у 16 ​​градусів тепла, потрапляє до 4000 мг парів бензолу. Якщо додати до цього пари з обшивки та інших елементів, то вийде велика доза токсинів. Саме тому фахівці рекомендують спочатку провітрювати салон, а потім включати кондиціонер та їхати у своїх справах.

Дія на людину

Розглядаючи бензол та його негативний вплив на організм, спочатку слід розібратися з потенційними групами ризику. Найчастіше це люди, які працюють у заводських умовах. Також до переліку потрапили всі ті, хто займається його регулярним постачанням, або відповідає за його зберігання, продукти переробки.

Крім того, до списку потрапили:

• мийники цистерн, у яких перевозився продукт;
• лаборанти на нафтопереробних станціях;
• робітники з ремонту насосів;
• постраждалі у пожежах, де виділилася значний вміст продукту (часто це пластмасові вироби, гумова продукція).

Бензопропілен потрапляє в організм разом із повітрям у вигляді пари. Саме цей спосіб вважається найчастішим при отруєння таким речовиною. На другому місці знаходиться потрапляння через шкіру.

Незважаючи на його небезпеку, короткочасне вдихання пари не завдасть серйозної шкоди. Але ось при тривалому контакті з отруйним середовищем або дотику до концентрації доз, що перевищують норми, це може закінчитися проникненням складових штучно створеного продукту в кров. Виводиться він у вигляді дихання, через нирки, чи грудному молоці, якщо постраждалої виявилася жінка під час лактації.

Якщо стався контакт зі шкірою, то хворий буде:

• відчувати сухість;
• з'являться тріщини;
• уражена ділянка стане червоною;
• почнеться свербіння;
• проявиться набряклість або висипання пухирцевого типу.

Схематично отруєння можна розділити на дві великі групи:

• гостре,
• хронічний.

У першому випадку уражається здебільшого дихальна система, а також мозок та надниркові залози. При другому розкладі сильніше завжди страждає кровотворна система.

Якщо вплив на організм проводиться на регулярній основі, все може завершитися:

• мутаціями генів;
• збоєм функціонування репродуктивних органів;
• шкодою для плода (мається на увазі вплив на вагітних).

Крім цього, додатковими побічними ефектами можуть виступати періодичні судоми, а також порушення вітамінного балансу групи В.

Гостре отруєння

Гостра інтоксикація бензолом зустрічається набагато рідше, ніж хронічна, але це не зменшує її негативного впливу. Найчастіше воно відбувається через нещасний випадок або техногенну аварію, що завершується попаданням в організм дози, що перевищує дозволену в десятки разів.

Загальна симптоматика виглядає так:

• порушення роботи нервової системи, яке виявляється у млявості, вертиго, головному болю, втраті себе у просторі.
• падіння температури тіла та почастішання дихання з подальшим ослабленням пульсу.
• блідість шкіри.

Якщо нічого не робити після вираження таких ознак, то у пацієнта можуть початися судоми, і він впаде в кому. Саме тому дуже важливо вчасно звернутися до лікаря, викликавши «швидку допомогу».

Щоб полегшити стан хворого до приїзду медиків, потрібно:

• винести його на свіже повітря;
• якщо був контакт зі шкірою – промити уражену ділянку із розчином звичайної харчової соди;
• у разі потреби провести непрямий масаж серця та штучне дихання.

Хронічне отруєння

Вплив вуглеводнів на організм людини найчастіше виявляється у хронічному отруєнні. Відбувається це через тривалий контакт з невеликими дозами з'єднання. Запідозрити у хворого її прояви може хіба досвідчений експерт на основі ретельної діагностики, яка включає вивчення обстановки хворого будинку, на роботі.

Головним ударом, який завдає бензол у такому разі, є негативний вплив спочатку на кістковий мозок, а потім і нервову систему. Класичними проявами хронічного перебігу отруєння прийнято називати:

• підвищену стомлюваність,
• постійну млявість,
• безсоння,
• нервозність,
• часті головні болі,
• запаморочення.

Завершується картина кістковим болем, нудотою, блюванням. При випадковому травмуванні (навіть при звичайному чищенні зубів) кров довго не згортається. Картина анемії підтверджується випаданням волосся, блідістю шкіри, ламкістю нігтів. Людина відчуває зниження фізичної, і навіть розумової працездатності.

Щоб протистояти цьому та серйознішим наслідкам на подальших стадіях розвитку отруєння, необхідно насамперед з'ясувати, де міститься бензол. Після виявлення токсичного джерела проблем потрібно припинити контакт з ним.

Матеріал із ЕНЕ

Бензол

або бензин(стародавня, нині залишена назва) - вуглеводень складу С 6 Н 6 , представник ароматичних, або бензольних, з'єднань(Див. це сл.). Речовина це є безбарвною, прозорою, сильно заломлюючою світло і легкорухливою рідиною з характерним «ароматичним» запахом, уд. ваги 0,899 (при 0 ° Ц.) і 0,885 (при 15 °), кипить при 80 °, 5 і застигає на холоді в кристалічну масу, що плавиться при +6 °; легко розчинний в ефірі, спирті, хлороформі та інших звичайних розчинниках, крім води; бензол представляє прекрасний розчинник для жирів, смол, масел, асфальту, алкалоїдів, сірки, фосфору, йоду; на повітрі горить світлим, що сильно коптить полум'ям і дає пари, що легко спалахують. Бензол був відкритий у м. Фарадеєм для дослідження газоподібних продуктів сухої перегонки жирних масел; Мітчерліх отримав його під час перегонки бензойної кислоти з вапном і назвав бензином, а Лібіх перейменував речовину в бензол.Синтетично вуглеводень був отриманий Бертело р. нагріванням ацетилену в трубці над ртуттю при температурі розм'якшення скла. Присутність бензолу в кам'яновугільному дьогті доведено А. В. Гофманом у м., а учень Гофмана, Мансфільд, у м. ізолював його з дьогтю у значних кількостях і виробив необхідні для цього практичні методи. Виходи бензолу залежать не тільки від складу кам'яновугільного дьогтю, а й від способів обробки його, перегонки та зберігання. Зі 100 кілограм. лондонського дьогтю виходить 1,1% бензолу (50-відсоткового), а на рейнських заводах видобувають до 1% очищеної речовини, що йде на приготування аніліну. У нас дуже хороший бензол готується на заводах товариства "В. І. Рогозін і К°" із газової смоли, що утворюється при добуванні газу для освітлення та опалення (дослідження П. Голубєва). У торгівлі є три сорти бензолу: 30-, 50- та 90-відсотковий; при цьому необхідно мати на увазі, що бензол тут вважається все те, що женеться нижче 100 °, і що його виражається в об'ємних відсотках: з 50-відсоткового бензолу виходить половинний обсяг рідини, що кипить до 100 °. Таким чином, продажний бензол не представляє хімічно чистої сполуки, а містить у вигляді домішки головним чином толуол і ксилол, потім вуглеводні жирного ряду, сірковуглець, тіофен та ін речовини. Більшість цих домішок видаляється фракціонованою перегонкою в особливо влаштованих складних апаратах, обробкою їдким лугом і концентрованою сірчаною кислотою, кристалізацією на холоді та віджиманням затверділого продукту. Оброблений таким чином бензол представляє майже чистий вуглеводень і йде на приготування чистого аніліну; але в ньому все-таки є домішка легших вуглеводнів (які залишаються незміненими при нітруванні) і тіофен. Цей останній легко відкривається за допомогою дуже чутливої ​​реакції із розчином ізатину в сірчаній кислоті; бензол, що містить навіть сліди тіофену, забарвлюється згаданим реактивом у інтенсивний блакитний колір. Ця реакція (відкрита Байєром) і навела Віктора Мейєра на думку шукати домішку особливої ​​сполуки в очищеному бензолі, який вважався насамперед за хімічно чисту речовину. Ретельним збовтуванням з міцною сірчаною кислотою (1/20 за обсягом) В. Мейєру в м. вдалося витягти нову сполуку: обробивши 2000 кілограм. бензолу, він отримав 1944 грн. чистого тіофену, C 4 H 4 S. Цей останній кипить при 84°, а тому, зрозуміло, і не може бути виділений із Б. найретельнішим фракціонуванням.

Щодо хімічних властивостей бензолу необхідно помітити, що він сильно чинить опір дії як окислювачів, так і відновлювальних речовин. Галоїди залежно від умов або прямо приєднуються, або ж дають продукти субституції. При дії хлору на киплячий бензол виходить суміш декількох продуктів приєднання, між якими найбільш добре вивчений шестихлористий бензол C 6 Cl 6 кристалічна речовина, що плавиться при 157° і розпадається при температурі кипіння (288°) на соляну кислоту і трихлорбензол C 6 H 3 3 . З бромом на сонячному світлі утворюється аналогічний продукт, шестибромистий бензол - С 6 Br 6 . Хлорновата кислота приєднується в кількості трьох частинок і дає кристалічну речовину складу З 6 Н 3 (СlОН) 3 . При пропущенні сухого хлористоводневого газу в бензольний розчин хлористого алюмінію утворюється неміцна рідка сполука галоїдного металу з бензолом складу 6С 6 Н 6 ·Al 2 Cl 6 . Бромистий алюміній у подібних умовах дає 6С 6 Н 6 ·Al 2 Br 6 . Утворенням такого роду сполук обумовлюється настання багатьох синтетичних реакцій, що у присутності галоїдних солей алюмінію (Г. Г. Густавсон). При нагріванні до 280° з міцною йодистоводневою кислотою до бензолу приєднуються шість атомів водню, причому виходить вуглеводень гексагідробензол C 6 H 12 (Шкідливий Кіжнер). Продукти заміщення водню в бензолі утворюються також при дії галоїдів, напр., хлору, краще в присутності деяких речовин, що відіграють роль передавачів хлору, які, напр., йод і п'ятихлориста сурма. У реакцію вступають, ймовірно, вищі хлористі сполуки названих елементів, які потім, віддавши свій хлор, переходять у нижчі сполуки, потім знову приєднують галоїд, передають його бензолу, і таким чином цей складний процес триває весь час до кінця.

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

При таких реакціях утворюються, звичайно, продукти різного ступеня заміщення, дво-, трьох-, чотирьох-, п'яти-, шестизаміщені бензоли, які всі відомі. З них гексахлорбензол, або перхлорбензол, C 6 Cl 6 (що не представляє ізомерних форм) виходить при повному хлоруванні бензолу в присутності п'ятихлористої сурми. Йодбензол утворюється при нагріванні бензолу з йодом у присутності йодної кислоти або сірчаної (Істраті). Щодо дії азотної кислоти було згадано вище. Сірчана кислота залежно від концентрації, кількості та температури дає сульфобензид, моно- та дисульфокислоти. При нагріванні бензолу з металевим калієм до 250° частина водню заміщається металом, причому утворюється З 6 Н 5 К і З 6 Н 4 К 2 . З'єднання спалахує на повітрі з вибухом.

Літературазагальна – див. Бензольні сполуки, а також Roscoe u. Schorlemmer, "Ausfürliches Lehrbuch der Chemie" (IV т., ); спеціальна та техніч.; Gustav Schultz, «Die Chemie des Steinkohlentheers» (2-ге вид.); «Muspratt's Theoretische, практик. und analytische Chemie v. Stohmann und Bruno Kerl»(4-е видання).

Бензолфальсифікується найчастіше петрольним ефіром (бензином); Домішку цю легко дізнатися або за допомогою перегонки, так як точка кипіння бензину нижче точки кипіння бензолу, або за допомогою азотної кислий. Беруть 2 частини концентрованої сірчаної кислоти та змішують її з 1 частиною міцної азотної кислоти; питома. вага. 1,84; до такої суміші, попередньо сильно охолодженої, додають одну частину досліджуваного бензолу, маленькими порціями. Коли весь бензол влитий, то обережно нагрівають всю суміш до 60°, зануривши посудину, в якій ведуть випробування, гарячу воду (при 70-80°). Після цього суміші дають остигнути і виливають її в крижану воду. Якщо був чистий бензол, то від такої обробки він весь перетворюється на важку рідку олію, нітробензол, яка впаде на дно судини, і над крижаною водою жодного шару не буде; якщо ж до бензолу був примішаний петрольний ефір, то він залишиться без зміни і як легший, ніж вода, підніметься нагору і над крижаною водою вийде шар рідини.

У статті відтворено матеріал із Великого енциклопедичного словника Брокгауза та Єфрона.

Бензол, С6Н6, вуглеводень, родоначальник ряду ароматичних сполук. Бензол - безбарвна, легко рухлива рідина з характерним запахом, кипить при "80 °, застигає на холоді в кристалічну масу, що плавиться при +5,4 °. Легко розчинний у багатьох

Бензол є важливою органічною хімічною сполукою з хімічною формулою C 6 H 6 . Молекула бензолу складається з 6 атомів вуглецю, з'єднаних у кільце з одним атомом водню, приєднаним до кожного з них. Оскільки він містить лише атоми вуглецю та водню, бензол класифікується як вуглеводень.

Бензол є природним компонентом сирої нафти і одна із елементарних нафтохімічних продуктів. Через циклічний безперервний зв'язок pi між атомами вуглецю бензол класифікується як ароматичний вуглеводень, другий [n] -annulene (-анулен). Це іноді скорочено Ph-H. Бензол - безбарвна і легкозаймиста рідина з солодким запахом і відповідає за аромат навколо бензозаправних станцій. Він використовується в основному як попередник при виробництві хімікатів з більш складною структурою, таких як етилбензол і кумол, з яких виробляються мільярди кілограмів. Оскільки бензол має високе октанове число, він є найважливішим компонентом бензину.

Оскільки бензол є канцерогенною речовиною людини, більшість непромислових застосувань обмежені.

Структура бензолу

Рентгенівська дифракція показує, що всі шість вуглець-вуглецевих зв'язків у бензолі мають однакову довжину при 140 пікометрів (pm). Довжина зв'язків C-C більша, ніж подвійний зв'язок (135 мкм), але коротше, ніж простий зв'язок (147 мкм). Ця проміжна відстань узгоджується з ділокалізацією електронів: електрони для зв'язку С-С розподілені порівну між кожним із шести атомів вуглецю. Бензол має 6 атомів водню – менше, ніж відповідний вихідний алкан, гексан. Молекули плоскі. Опис МО включає у собі утворення трьох делокализованных π- орбіталей, які охоплюють все шість атомів вуглецю, тоді як опис VB включає суперпозицію резонансних структур. Цілком ймовірно, що ця стабільність сприяє особливим молекулярним та хімічним властивостям, відомим як ароматичність. Для точного відображення природи зв'язку бензол часто зображується з колом усередині гексагональної структури атомів вуглецю.

Похідні бензолу відбуваються досить часто як компонент органічних молекул, які Юнікодський консорціум виділив у Технічному блоці символ з кодом U + 232C, щоб представити його з трьома подвійними зв'язками та U + 23E3 для ділокалізованої версії.

Похідні бензолу

Багато важливих хімічних сполук отримують з бензолу, замінюючи один або кілька його атомів водню іншою функціональною групою. Прикладами простих похідних бензолу є фенол, толуол та анілін, скорочено PhOH, PhMe та PhNH 2 відповідно. Зв'язування бензольних кілець дає біфеніл, C 6 H 5 -C 6 H 5 . Подальша втрата водню дає «конденсовані» ароматичні вуглеводні, такі як нафталін та антрацен. Межею процесу злиття є водневий алотроп вуглецю, графіт.

У гетероциклах атоми вуглецю у бензольному кільці замінюються іншими елементами. Найважливіші варіації містять азот. Заміна одного CH на N дає з'єднання піридину, C 5 H 5 N. Хоча бензол і піридин структурно пов'язані, бензол не може бути перетворений на піридин. Заміна другого зв'язку СН з N дає, залежно від розташування другого N, піридазину, піримідину та піразину.

Виробництво бензолу

Чотири хімічні процеси сприяють промисловому виробництву бензолу: каталітичний риформінг, гідродеалкілування толуолу, диспропорціонування толуолу та парове крекінгу. Згідно з Токсикологічним профілем ATSDR для бензолу, між 1978 і 1981 роками каталітичні переформати становили приблизно 44-50% від загального обсягу виробництва бензолу в США.

Каталітичний риформінг

При каталітичному риформінгу суміш вуглеводнів з температурою кипіння між 60-200 °С змішують з газоподібним воднем, а потім піддають впливу біфункціонального хлориду платини або хлориду хлориду ренію при температурі 500-525 °С та тисках від 8 до 50 атм. У цих умовах аліфатичні вуглеводні утворюють кільця і ​​втрачають водень, щоб стати ароматичними вуглеводнями. Потім ароматичні продукти реакції відокремлюють від реакційної суміші (реформують) екстракцією будь-яким з декількох розчинників, включаючи діетиленгліколь або сульфолан, і потім відокремлюють бензол від інших ароматичних сполук шляхом дистиляції. Стадія екстракції ароматичних сполук риформату призначена для отримання ароматичних сполук з найменшими неароматичними компонентами. Відновлення ароматичних сполук, зазвичай званих BTX (бензол, толуол та ізомери ксилолу), включає такі стадії екстракції та дистиляції. Існує багато ліцензійних процесів, доступних для отримання ароматичних сполук.

Подібно до цього каталітичного риформінгу, UOP та BP комерціалізували метод із СНД (головним чином пропан і бутан) в ароматичні сполуки.

Толуолове гідродеалкілювання

Толуолове гідродеалкілування перетворює толуол на бензол. У цьому воднево-інтенсивному процесі толуол змішують з воднем, потім пропускають через каталізатор на основі хрому, молібдену або оксиду платини при 500-600°С та тиску 40-60 атм. Іноді замість каталізатора (при аналогічному стані реакції) використовуються вищі температури. У цих умовах толуол піддається деалкілування до бензолу та метану:

C 6 H 5 CH 3 +H 2 → C 6 H 6 + CH 4

Ця необоротна реакція супроводжується рівноважною побічною реакцією, при якій утворюється біфеніл (ака дифеніл) при вищій температурі:

2С 6 H 6 ⇌ H 2 + C6 H5 - C6 H 5

Якщо потік сировини містить багато неароматичних компонентів (парафінів або нафтенів), вони, ймовірно, розкладаються на нижчі вуглеводні, такі як метан, що збільшує споживання водню.

Типовий вихід реакції перевищує 95%. Іноді замість толуолу використовують ксилоли та важчі ароматичні сполуки з аналогічною ефективністю.

Це часто називають «цільовою» методологією для отримання бензолу порівняно із звичайними процесами екстракції БТХ (бензол-толуол-ксилол).

Дисперсіонація толунів

Якщо хімічний комплекс має аналогічні вимоги як для бензолу, так і для ксилолу, диспропорціонування толуолу (TDP) може бути привабливою альтернативою гідродеалкілування толуолу. У широкому сенсі 2 молекули толуолу реагують і метильні групи перегруповані з однієї молекули толуолу в іншу, отримуючи одну молекулу бензолу та одну молекулу ксилолу.

Враховуючи, що попит на параксилен (п-ксилол) суттєво перевищує попит на інші ізомери ксилолу, може бути використане уточнення процесу TDP, що називається селективним TDP (STDP). У цьому процесі потік ксилолу, що виходить із блоку TDP, становить приблизно 90% параксилолу. У деяких існуючих каталітичних системах навіть відношення бензолу до ксилолів зменшується (більше ксилолів), коли потреба в ксилолах вища.

Паровий крекінг

Паровий крекінг є процес отримання етилену та інших алкенів з аліфатичних вуглеводнів. Залежно від вихідної сировини, що використовується для отримання олефінів, парове крекінгу може давати збагачений бензолом рідкий побічний продукт, званий піролізним бензином. Піролізний бензин можна змішувати з іншими вуглеводнями як бензинову добавку або направляти в процесі екстракції для вилучення ароматичних вуглеводнів BTX (бензолу, толуолу та ксилолів).

Інші методи

Незважаючи на відсутність комерційного значення, є багато інших шляхів до бензолу. Наприклад, фенол та галобензоли можуть бути відновлені металами. Бензойну кислоту та її солі піддають декарбоксилювання бензолу. Через реакцію з'єднання діазонію з аніоном гіпофосфорної кислоти дає бензол. Тримеризація ацетилену дає бензол.

Реакції бензолу

Найбільш поширені реакції бензолу включають заміщення протону іншими групами. Електрофільне ароматичне заміщення є загальним методом дериватизації бензолу. Бензол є досить нуклеофільним, що він піддається заміщенню іонами ацилію та алкільними карбокатіонами з отриманням заміщених похідних.

Електрофільне ароматичне заміщення бензолу

Найбільш поширеним прикладом цієї реакції є етілювання бензолу.

Ацилування Фріделя-Крафтса бензолом ацетилхлоридом

У 1999 році було вироблено бензолу близько 24 700 000 тонн. Дуже повчальним, але менш промисловим значенням є алкілування Фріделя-Крафтса бензолу (і багатьох інших ароматичних кілець) з використанням алкілгалогеніду у присутності сильного каталізатора кислоти Льюїса. Аналогічно ацилювання Фріделя-Крафтса є спорідненим прикладом електрофільного ароматичного заміщення. Реакція включає ацилування бензолу (або багатьох інших ароматичних кілець) ацилхлоридом з використанням сильного каталізатора кислоти Льюїса, такого як хлорид алюмінію або хлорид заліза (III).

Сульфонування, хлорування, нітрування

Використовуючи електрофільне ароматичне заміщення, багато функціональних груп вводять у структуру бензолу. Сульфування бензолу пов'язане з використанням олеуму суміші сірчаної кислоти з триоксидом сірки. Сульфовані похідні бензол є корисними детергентами. При нітруванні бензол реагує з іонами нітронію (NO 2 +), який є сильним електрофілом, отриманим шляхом поєднання сірчаної та азотної кислот. Нітробензол є попередником аніліну. Хлорування досягається хлором з отриманням хлорбензолу у присутності каталізатора, такого як трихлорид алюмінію.

Гідрування

ВИЗНАЧЕННЯ

Бензол(циклогексатрієн – 1,3,5) – органічна речовина, найпростіший представник низки ароматичних вуглеводнів.

Формула – С6Н6 (структурна формула – рис. 1). Молекулярна вага – 78, 11.

Рис. 1. Структурні та просторові формули бензолу.

Всі шість атомів вуглецю в молекулі бензолу знаходяться у sp 2 гібридному стані. Кожен атом вуглецю утворює 3σ-зв'язку з двома іншими атомами вуглецю та одним атомом водню, що лежать в одній площині. Шість атомів вуглецю утворюють правильний шестикутник (?-скелет молекули бензолу). Кожен атом вуглецю має одну негібридизовану р-орбіталь, на якій знаходиться один електрон. Шість р-електронів утворюють єдину π-електронну хмару (ароматичну систему), яку зображають кружечком усередині шестичленного циклу. Вуглеводневий радикал, отриманий від бензолу носить назву C 6 H 5 - феніл (Ph-).

Хімічні властивості бензолу

Для бензолу характерні реакції заміщення, що протікають по електрофільному механізму:

— галогенування (бензол взаємодіє з хлором та бромом у присутності каталізаторів – безводних AlCl 3 , FeCl 3 , AlBr 3)

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

- нітрування (бензол легко реагує з нітруючої сумішшю - суміш концентрованих азотної та сірчаної кислот)

- Алкілювання алкенами

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

Реакції приєднання до бензолу призводять до руйнування ароматичної системи та протікають лише за жорстких умов:

- гідрування (реакція протікає при нагріванні, каталізатор - Pt)

- приєднання хлору (протікає під дією УФ-випромінювання з утворенням твердого продукту – гексахлорциклогексану (гексахлорану) – C 6 H 6 Cl 6)

Як і будь-яке органічне з'єднання бензол вступає в реакцію горіння з утворенням як продукт реакції вуглекислого газу і води (горить полум'ям, що коптить):

2C 6 H 6 +15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Фізичні властивості бензолу

Бензол – рідина без кольору, але має специфічний різкий запах. Утворює з водою азеотропну суміш, добре змішується з ефірами, бензином та різними органічними розчинниками. Температура кипіння – 80,1С, плавлення – 5,5С. Токсичний, канцероген (тобто сприяє розвитку онкологічних захворювань).

Одержання та застосування бензолу

Основні способи одержання бензолу:

— дегідроциклізація гексану (каталізатори – Pt, Cr 3 O 2)

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

- дегідрування циклогексану (реакція протікає при нагріванні, каталізатор - Pt)

З 6 Н 12 → З 6 Н 6 + 4H 2;

- Тримеризація ацетилену (реакція протікає при нагріванні до 600С, каталізатор - активоване вугілля)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

Бензол служить сировиною для виробництва гомологів (етилбензолу, кумолу), циклогексану, нітробензолу, хлорбензолу та інших речовин. Раніше бензол використовували як присадку до бензину для підвищення його октанового числа, однак зараз у зв'язку з його високою токсичністю вміст бензолу в паливі строго нормується. Іноді бензол використовують як розчинник.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

Запишіть рівняння, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Рішення

Для отримання ацетилену з метану використовують наступну реакцію: 2CH 4 → C 2 H 2 + 3Н 2 (t = 1400C). Одержання бензолу з ацетилену можливе за реакцією тримеризації ацетилену, що протікає при нагріванні (t = 600C) та у присутності активованого вугілля: 3C 2 H 2 → C 6 H 6 . Реакція хлорування бензолу з отриманням продукту хлорбензолу здійснюється в присутності хлориду заліза (III): C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

ПРИКЛАД 2

Завдання	До 39 г бензолу у присутності хлориду заліза (III) додали 1 моль бромної води. Яка кількість речовини та скільки грамів яких продуктів при цьому вийшло?
Рішення	Запишемо рівняння реакції бромування бензолу у присутності хлориду заліза (III): C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr. Продуктами реакції є бромбензол та бромоводень. Молярна маса бензолу, розрахована з допомогою таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 78 г/моль. Знайдемо кількість речовини бензолу: 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. За умовою завдання бензол вступив у реакцію з 1 моль брому. Отже, бензол перебуває в нестачі і подальші розрахунки будемо робити за бензолом. Відповідно до рівняння реакції n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br) : n(HBr) = 1:1:1, отже n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) = : n(HBr) = 0,5 моль. Тоді, маси бромбензолу та бромоводню будуть рівні: m(C 6 H 5 Br) = n(C 6 H 5 Br)×M(C 6 H 5 Br); m(HBr) = n(HBr)×M(HBr). Молярні маси бромбензолу та бромоводню, розраховані з використанням таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 157 та 81 г/моль, відповідно. m(C6H5Br) = 0,5×157 = 78,5 г; m(HBr) = 0,5×81 = 40,5г.
Відповідь	Продуктами реакції є бромбензол та бромоводень. Маси бромбензолу та бромоводню – 78,5 та 40,5 г, відповідно.