Fizička svojstva
Benzen i njegovi najbliži homolozi su bezbojne tečnosti sa specifičnim mirisom. Aromatični ugljovodonici su lakši od vode i ne otapaju se u njoj, ali se lako otapaju u organskim rastvaračima - alkoholu, eteru, acetonu.
Benzen i njegovi homolozi su sami po sebi dobri rastvarači za mnoge organska materija. Sve arene gore zadimljenim plamenom zbog visokog sadržaja ugljika u njihovim molekulima.
Fizička svojstva nekih arena prikazana su u tabeli.
Table. Fizička svojstva nekih arena
|
Ime |
Formula |
t°.pl., |
t°.bp., |
|
Benzen |
C 6 H 6 |
5,5 |
80,1 |
|
toluen (metilbenzen) |
C 6 H 5 CH 3 |
95,0 |
110,6 |
|
Etilbenzen |
C 6 H 5 C 2 H 5 |
95,0 |
136,2 |
|
ksilen (dimetilbenzen) |
C 6 H 4 (CH 3) 2 |
||
|
orto- |
25,18 |
144,41 |
|
|
meta- |
47,87 |
139,10 |
|
|
par- |
13,26 |
138,35 |
|
|
Propilbenzen |
C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3 |
99,0 |
159,20 |
|
kumen (izopropilbenzen) |
C 6 H 5 CH(CH 3) 2 |
96,0 |
152,39 |
|
stiren (vinilbenzen) |
C 6 H 5 CH \u003d CH 2 |
30,6 |
145,2 |
Benzen - nisko kipuće ( tkip= 80,1°C), bezbojna tečnost, nerastvorljiva u vodi
Pažnja! Benzen - otrov, djeluje na bubrege, mijenja formulu krvi (kod dužeg izlaganja), može poremetiti strukturu hromozoma.
Većina aromatičnih ugljikovodika je opasna po život i toksična.
Dobivanje arena (benzen i njegovi homolozi)
U laboratoriji
1. Fuzija soli benzojeve kiseline sa čvrstim alkalijama
C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3
natrijum benzoat
2. Wurtz-Fitting reakcija: (ovdje je G halogen)
Od 6H 5 -G+2N / A + R-G →C 6 H 5 - R + 2 N / AG
OD 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl
U industriji
- izolovani iz nafte i uglja frakcijskom destilacijom, reformingom;
- od katrana ugljena i koksnog gasa
1. Dehidrociklizacija alkana sa više od 6 atoma ugljika:
C 6 H 14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2
2. Trimerizacija acetilena(samo za benzen) – R. Zelinsky:
3S 2 H2 600°C, Act. ugalj→C 6 H 6
3. Dehidrogenacija cikloheksan i njegovi homolozi:
Sovjetski akademik Nikolaj Dmitrijevič Zelinski ustanovio je da benzen nastaje iz cikloheksana (dehidrogenacija cikloalkana
C 6 H 12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2
C 6 H 11 -CH 3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2
metilcikloheksantoluen
4. Alkilacija benzena(dobivanje homologa benzena) – r Friedel-Crafts.
C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl
hloroetan etilbenzen
Hemijska svojstva arena
I. REAKCIJE OKSIDACIJE
1. Sagorijevanje (dimni plamen):
2C 6 H 6 + 15O 2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q
2. Benzen u normalnim uslovima ne obezbojava bromnu vodu i vodeni rastvor kalijum permanganat
3. Homolozi benzena su oksidirani kalijum permanganatom (obeblijerenje kalijum permanganata):
A) u kiseloj sredini do benzojeve kiseline
Pod dejstvom kalijum permanganata i drugih homologa benzena jaki oksidansi bočni lanci su oksidirani. Bez obzira koliko je složen lanac supstituenta, on je uništen, osim atoma a -ugljika, koji se oksidira u karboksilnu grupu.
Homolozi benzena sa jednim bočnim lancem daju benzojevu kiselinu:
Homolozi koji sadrže dva bočna lanca daju dvobazne kiseline:
5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 + 28H 2 O
5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O
Pojednostavljeno :
C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O
B) u neutralnim i slabo alkalnim do soli benzojeve kiseline
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O
II. REAKCIJE ADICIJE (tvrđe od alkena)
1. Halogenacija
C 6 H 6 + 3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (heksaklorocikloheksan - heksahloran)
2. Hidrogenacija
C 6 H 6 + 3H 2 t , PtiliNi→C 6 H 12 (cikloheksan)
3. Polimerizacija
III. REAKCIJE ZAMJENE – jonski mehanizam (lakši od alkana)
1. Halogenacija -
a ) benzen
C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (klorobenzen)
C 6 H 6 + 6Cl 2 t ,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( heksahlorobenzen)
C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( bromobenzen)
b) homolozi benzena nakon zračenja ili zagrijavanja
U pogledu hemijskih svojstava, alkil radikali su slični alkanima. Atomi vodika u njima su zamijenjeni halogenima mehanizmom slobodnih radikala. Stoga, u odsustvu katalizatora, zagrijavanje ili UV zračenje dovodi do reakcije radikalne supstitucije u bočnom lancu. Utjecaj benzenskog prstena na alkil supstituente dovodi do toga da atom vodonika je uvijek zamijenjen na atomu ugljika koji je direktno vezan za benzenski prsten (a-atom ugljika).
1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl
c) homolozi benzena u prisustvu katalizatora
C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (mješavina orta, par derivata) +HCl
2. Nitracija (sa azotnom kiselinom)
C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
nitrobenzen - miris badem!
C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ OD H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O2,4,6-trinitrotoluen (tol, trotil)
Upotreba benzena i njegovih homologa
Benzen C 6 H 6 je dobar rastvarač. Benzen kao aditiv poboljšava kvalitet motornog goriva. Služi kao sirovina za proizvodnju mnogih aromatičnih organskih jedinjenja - nitrobenzena C 6 H 5 NO 2 (od njega se dobija rastvarač, anilin), hlorobenzena C 6 H 5 Cl, fenola C 6 H 5 OH, stirena itd.
Toluen C 6 H 5 -CH 3 - rastvarač koji se koristi u proizvodnji boja, droga i eksploziva (trotil (tol) ili 2,4,6-trinitrotoluen TNT).
Xylene C 6 H 4 (CH 3) 2 . Tehnički ksilen je mješavina tri izomera ( ortho-, meta- I par-ksileni) - koristi se kao rastvarač i polazni proizvod za sintezu mnogih organskih jedinjenja.
izopropilbenzen C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 služi za dobijanje fenola i acetona.
Hlorni derivati benzena koristi se za zaštitu bilja. Dakle, proizvod supstitucije H atoma u benzenu sa atomima hlora je heksahlorobenzen C 6 Cl 6 - fungicid; koristi se za suvo diranje sjemena pšenice i raži protiv tvrdog čamca. Produkt dodavanja hlora benzenu je heksahlorocikloheksan (heksahloran) C 6 H 6 Cl 6 - insekticid; koristi se za suzbijanje štetnih insekata. Ove supstance se odnose na pesticide – hemijska sredstva za suzbijanje mikroorganizama, biljaka i životinja.
Stiren C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 vrlo lako polimerizira, formirajući polistiren i kopolimerizirajući s butadien - stiren-butadienskim gumama.
VIDEO ISKUSTVA
PRTSVSH (F) FGBOU VPO
Odsjek "Protivpožarna sigurnost"
Test
u disciplini "Teorija sagorevanja i eksplozije"
Zadatak broj 1
Odredite specifične teorijske količine i zapreminu vazduha potrebne za potpuno sagorevanje pare benzena. Uslove u kojima se nalazi vazduh karakterišu temperatura Tv i pritisak Pv, a para benzena - temperatura Tg i pritisak Pg. Rezultate proračuna izraziti u sljedećim jedinicama: ; ;;;
Početni podaci (N - broj grupe, n - broj prema spisku učenika:
TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0.2*n= 277.6 K
Pv = 10 3 = 95900 Pa;
Tg=300?(?1) N?2?N?(?1) n?0.2?n= 321.6 K;
Pr \u003d?10 3 \u003d 79400 Pa.
S6N6+7.5O2+7.5?3.76N2=6CO2+3pO+7.5?3.76N2+Qp (1),
gde je Qp - toplota hemijska reakcija. Od zadata jednačina moguće je odrediti stehiometrijske koeficijente benzena i molekulskog kiseonika: Vg = 1, V0 = 7,5
2. Specifična teorijska količina vazduha - broj kilomola vazduha koji je potreban za potpuno sagorevanje jednog kilomola benzena izračunava se po formuli:
gdje je 4,76 količina zraka koja sadrži jedinicu kisika, \u003d je omjer stehiometrijskih koeficijenata molekularnog kisika (Vo) i benzena (Vg)
Zamjenom u (d) vrijednostima Vo i Vg dobijamo:
3. Zapremina zraka potrebna za potpuno sagorijevanje jednog kilomola benzena određuje se na sljedeći način:
gdje je zapremina jednog kilomola zraka na temperaturi Tv i pritisku Pv. Vrijednost se izračunava pomoću formule
gde je 22,4 molarni volumen gasa u normalnim uslovima, Po = 101325 Pa je normalan pritisak, To = 273 K je normalna temperatura.
Zamjenom Tv, To, Pv, Po u (5), dobijamo
Specifična teoretska zapremina vazduha izračunava se po formuli (4):
4. Količina vazduha potrebna za potpuno sagorevanje jedinične zapremine gasovitog goriva određuje se na sledeći način:
gdje je zapremina jednog kilomola goriva - benzenske pare na temperaturi Tg i pritisku Pg. S obzirom na to
i zamjenom (8) i (5) u (7) dobijamo sljedeći izraz za specifičnu teorijsku zapreminu zraka:
Izračunavamo vrijednost ovog parametra procesa sagorijevanja:
Zapremina zraka potrebna za potpuno sagorijevanje jednog kilograma benzena određuje se na sljedeći način:
gdje - molarna masa goriva je masa jednog kilomola benzena, izražena u kilogramima. Molarna masa benzena numerički je jednaka njegovoj molekulskoj težini nalazi se po formuli:
Ac?nc + An?nn, UiAi?ni (11)
gdje su Ac i An atomske težine ugljika i vodonika, nc i nn su brojevi atoma ugljika u molekulu benzena. Zamjenom vrijednosti Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6, dobijamo:
Specifičnu teoretsku zapreminu zraka nalazimo zamjenom vrijednosti n u i u formulu (10):
Rezultat izračuna:
Zadatak broj 2
Odrediti specifičnu teorijsku količinu, zapreminu i sastav produkata sagorevanja benzena, ako su poznati koeficijent viška vazduha c, temperatura Tp i pritisak Pp produkata sagorevanja, temperatura Tg i pritisak Pg para benzena. Rezultate proračuna izraziti u molnim udjelima (u procentima) iu sljedećim jedinicama: ; ;;
Početni podaci:
c=1,5+(?1) N?0,1?N?(?1) n?0,01?n = 0,2;
Rp = 10 3 = 68400 Pa;
Tp=1600?(?1) N?20?N?(?1) n?2?n = 1816 K;
Tg=273?(?1) N?2?N+(?1) n?0.2?n = 295.4 K;
Rg = 10 3 = 111600 Pa;
rješenje (N=11, n=2).
1. Zapisujemo stehiometrijsku jednačinu za reakciju sagorijevanja benzena na zraku:
C 6 H 6 +7,5O 2 +7,5? 3,76N 2 = 6CO 2 + 3H 2 O + 7,5? 3,76N 2 + Qp, (1)
gdje je Qp toplina kemijske reakcije. Iz ove jednačine određujemo sljedeće stehiometrijske koeficijente:
V CO2 = 6, V pO = 3, V C6H6 = 1, V O2 = 7,5, V N2 = 7,5? 3,76
2. Odrediti procijenjenu količinu produkata sagorijevanja jednog kilomola goriva:
Zamjenom u (2) vrijednostima stehiometrijskih koeficijenata produkata sagorijevanja i goriva dobijamo:
3. Specifičnu teorijsku količinu zraka - broj kilomola zraka koji je potreban za potpuno sagorijevanje jednog kilomola goriva određujemo pomoću formule:
gdje je 4,76 količina zraka koja sadrži jedinicu kisika,
Odnos stehiometrijskih koeficijenata molekulskog kiseonika i benzena.
Zamjenom u (4) vrijednosti V O2 =7,5 i V C6H6 =1 dobijamo:
4. Višak zraka koji padne na 1 Kmol goriva određuje se izrazom:
benzen parni vazduh za sagorevanje
Zamjena vrijednosti u ovom izrazu
37,7(0,2-1)=30,16(7)
5. Ukupna količina produkata sagorevanja po jedinici količine gorivne materije određena je zbrojem:
Nakon zamjene vrijednosti dobijamo:
6. Molni udjeli proizvoda sagorijevanja, izraženi u postocima, određuju se na sljedeći način:
U formulama (9) za molske udjele dušika i kisika u produktima sagorijevanja, 0,79 i 0,21 su molni udjeli ovih tvari u zraku, čiji višak dovodi do povećanja udjela dušika i pojave kisika. u produktima sagorevanja.
7. Da bi se odredile specifične zapremine i produkti sagorevanja, potrebno je izračunati njihovu molarnu zapreminu - zapreminu jednog kilomola gasa pod uslovima u kojima se proizvodi nalaze:
gdje je 22,4 volumen jednog kilomola plina u normalnim uvjetima, T 0 = 273K - normalna temperatura, Po = 101325 Pa - normalni tlak.
Zamjenom u (10) vrijednosti, Po, To, dobijamo:
Volumen proizvoda koji nastaju prilikom sagorijevanja jednog kilograma goriva, isključujući višak zraka, izračunava se na sljedeći način:
gdje - molarna masa goriva je masa jednog kilomola benzena, izražena u kilogramima. Molarna masa benzena se nalazi po formuli:
gdje su Ac i An atomske težine ugljika (12) i vodika (1), n c i n n su brojevi atoma ugljika (6) i vodika (6) u molekulima benzena (C 6 H 6).
Zamjenom vrijednosti u (12) dobijamo
Višak volumena zraka po 1 kilogramu goriva određuje se na sljedeći način:
gdje je zapremina jednog kilomola viška zraka, koji je dio produkata izgaranja. Budući da temperatura i pritisak viška zraka odgovaraju temperaturi i pritisku produkata izgaranja, tada \u003d \u003d 220,7.
Zamena datu vrijednost, kao i u (14), dobijamo:
Da bismo izračunali specifičnu zapreminu proizvoda potpunog sagorevanja goriva, pretpostavljamo da para benzena ima temperaturu Tg pri pritisku:
gdje je zapremina jednog kilomola pare benzena na temperaturi Tg i pritisku Pg. Molarni volumen goriva izračunava se po formuli:
Zamjenom dobijene vrijednosti i takvih vrijednosti u (17) dobijamo:
Višak vazduha po jednom kubni metar para benzena, definirana je kako slijedi:
Zamjena u (20) vrijednosti \u003d 30,16 , \u003d i
daje sljedeći rezultat:
Ukupna specifična zapremina produkata sagorevanja, uzimajući u obzir višak vazduha, određena je zbrojem
Rezultat izračuna:
X CO2 \u003d%; X H2O \u003d 4,4%; X N2 =%; X O2 = 11,7%
Slični dokumenti
Proračun koeficijenta zapaljivosti nitrobenzena C6H5NO2 i ugljičnog disulfida CS2. Jednačina za reakciju sagorijevanja propil acetata na zraku. Proračun zapremine vazduha i produkata sagorevanja pri sagorevanju zapaljivog gasa. Određivanje tačke paljenja toluena prema formuli V. Blinova.
test, dodato 08.04.2017
Proračun zapremine vazduha i produkata sagorevanja nastalih tokom sagorevanja neke supstance. Jednačina za reakciju sagorijevanja etilen glikola na zraku. Sagorevanje mešavine zapaljivih gasova. Proračun adijabatske temperature izgaranja za stehiometrijsku smjesu. sagorevanje propanola.
test, dodano 17.10.2012
Vrsta izgaranja i njegovi glavni parametri. Hemijska konverzija goriva i oksidansa u produkte sagorijevanja. Jednačine materijalnog i toplotnog bilansa reakcije sagorevanja. Utjecaj koeficijenta viška zraka na sastav produkata izgaranja i temperaturu sagorijevanja.
test, dodano 17.01.2013
Određivanje zapremine vazduha potrebnog za potpuno sagorevanje jedinice mase zapaljive supstance. Sastav proizvoda sagorevanja jedinice mase zapaljive supstance. Granice širenja plamena mješavine plina, pare, prašine i zraka. Eksplozivni pritisak raspadanja.
seminarski rad, dodan 23.12.2013
Izrada mjera za sprječavanje nastanka požara i eksplozija, procjena uslova za njihov razvoj i suzbijanje. Pojam stope izgaranja, način njegovog definiranja. Postupak sastavljanja jednadžbe reakcije sagorijevanja. Proračun količine vazduha potrebnog za paljenje.
seminarski rad, dodan 10.07.2014
Određivanje sastava proizvoda potpunog sagorevanja gasa. Proračun adijabatske temperature sagorevanja gasne mešavine pri konstantnoj zapremini i konstantnom pritisku. Kinetičke reakcijske konstante samozapaljenja prirodnog plina. Granica paljenja gasne mešavine.
seminarski rad, dodan 19.02.2014
Karakterizacija industrijskih metoda za alkilaciju benzena propilenom. Principi alkilacije benzena olefinima u hemijskoj tehnologiji. Problemi projektovanja tehnoloških instalacija za alkilaciju benzena. Opis tehnologije proizvodnog procesa.
teza, dodana 15.11.2010
Sagorijevanje je snažan proces oksidacije. Vrste izgaranja: tinjanje i gorenje plamenom. Eksplozija kao poseban slučaj sagorevanja. Električna svojstva plamena. Raznolikost proizvoda sagorevanja kao rezultat nepotpunog sagorevanja goriva. Filtracija dima kroz vodu.
naučni rad, dodato 29.07.2009
Određivanje zapremine vazduha potrebnog za potpuno sagorevanje date količine propana. Proračun promjene entalpije, entropije i Gibbsove energije, koristeći posljedice Hessovog zakona. Definicija molarne mase ekvivalenti oksidacionog agensa i redukcionog agensa.
test, dodano 08.02.2012
Metode za određivanje potrošnje upijajućeg ulja, koncentracije benzena u upijajućem ulju koje izlazi iz apsorbera. Proračun prečnika i visine nabijenog apsorbera. Određivanje potrebne ogrjevne površine u kocki stuba i utroška grijaće pare.
Areni su aromatični ugljovodonici koji sadrže jedan ili više benzenskih prstenova. Benzenski prsten se sastoji od 6 atoma ugljika, između kojih se izmjenjuju dvostruke i jednostruke veze.
Važno je napomenuti da dvostruke veze u molekuli benzena nisu fiksne, već se stalno kreću u krug.
Areni se takođe nazivaju aromatičnim ugljovodonicima. Prvi član homolognog niza je benzen - C 6 H 6 . Opšta formula za njihov homologni niz je C n H 2n-6.
Dugo vrijeme strukturna formula benzena ostala je misterija. Kekuleova formula sa dva trostruke veze nije mogao objasniti činjenicu da benzen ne ulazi u reakcije adicije. Kao što je gore spomenuto, prema modernim konceptima, dvostruke veze u molekuli se stalno kreću, pa ih je ispravnije nacrtati u obliku prstena.
Dvostruke veze formiraju konjugaciju u molekulu benzena. Svi atomi ugljika su u stanju sp 2 hibridizacije. Valentni ugao - 120°.
Nomenklatura i izomerija arena
Nazivi arena nastaju dodavanjem imena supstituenata glavnom lancu - benzenskom prstenu: benzen, metilbenzol (toluen), etilbenzen, propilbenzol itd. Supstituenti su, kao i obično, navedeni abecednim redom. Ako u benzenskom prstenu postoji nekoliko supstituenata, tada se bira najkraći put između njih.
Arene karakterizira strukturna izomerija povezana s položajem supstituenata. Na primjer, dva supstituenta na benzenskom prstenu mogu biti na različitim pozicijama.
Naziv položaja supstituenata u benzenskom prstenu formira se na osnovu njihovog položaja jedan u odnosu na drugi. Označava se prefiksima orto-, meta- i para. U nastavku ćete pronaći mnemoničke savjete za njihovo uspješno pamćenje;)
Dobivanje arena
Arene se dobijaju na nekoliko načina:
Hemijska svojstva arena
Areni su aromatični ugljovodonici koji sadrže benzenski prsten sa konjugovanim dvostrukim vezama. Ova karakteristika otežava reakcije sabiranja (ali još uvijek moguće!)
Zapamtite da, za razliku od drugih nezasićenih jedinjenja, benzen i njegovi homolozi ne obezbojavaju bromnu vodu i rastvor kalijum permanganata.
© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2020
Ovaj članak je napisao Yury Sergeevich Bellevich i on je njegov intelektualno vlasništvo. Kopiranje, distribucija (uključujući kopiranje na druge stranice i resurse na Internetu) ili bilo koje drugo korištenje informacija i objekata bez prethodnog pristanka nositelja autorskih prava je kažnjivo po zakonu. Da biste dobili materijale članka i dozvolu za njihovo korištenje, kontaktirajte
   |
|
| Sistematično Ime | benzen |
| Skraćenice | PhH |
| Tradicionalna imena | fen za kosu (Laurent, 1837.), fenil vodonik, benzen |
| Chem. formula | C₆H₆ |
| Država | tečnost |
| Molarna masa | 78,11 g/mol |
| Gustina | 0,8786 g/cm³ |
| Dinamički viskozitet | 0,0652 Pa s |
| Energija jonizacije | 9,24 ± 0,01 eV |
| T. topiti. | 5,5° |
| T. kip. | 80,1° |
| T. rev. | −11° |
| T. svsp. | 562° |
| itd. blast | 1,2 ± 0,1 vol% |
| Pritisak pare | 75 ± 1 mmHg |
| Rastvorljivost u vodi | 0,073 g/100 ml |
| GOST | GOST 5955-75 |
| Reg. CAS broj | 71-43-2 |
| PubChem | 241 |
| Reg. EINECS broj | 200-753-7 |
| SMILES | C1=CC=CC=C1 |
| InChI | |
| RTECS | CY1400000 |
| CHEBI | 16716 |
| ChemSpider | 236 |
| Toksičnost | otrovan, ima kancerogena i narkotična svojstva |
| signalna riječ | OPASNO! |
| Podaci su dati za standardne uslove (25°, 100 kPa) osim ako nije drugačije naznačeno. | |
Hemijska svojstva
Za benzen su karakteristične supstitucijske reakcije - benzen reaguje sa alkenima, hloroalkanima, halogenima, azotnom i sumpornom kiselinom. Reakcije cijepanja benzenskog prstena odvijaju se u teškim uslovima (temperatura, pritisak).
- Interakcija s alkenima (alkilacija), kao rezultat reakcije nastaju homolozi benzena, na primjer, etilbenzen i kumen:
- Interakcija s hlorom i bromom u prisustvu katalizatora za stvaranje klorobenzena (reakcija elektrofilne supstitucije):
- U nedostatku katalizatora, kada se zagrije ili osvijetli, dolazi do radikalne reakcije adicije sa stvaranjem mješavine izomera heksahlorcikloheksana
- Kada benzen reaguje sa bromom u rastvoru oleuma, nastaje heksabromobenzen:
- Interakcija s halogenim derivatima alkana (alkilacija benzena, Friedel-Craftsova reakcija) za stvaranje alkilbenzena:
- Friedel-Craftsova reakcija acilacije benzen anhidrida, halogenida karboksilne kiseline dovodi do stvaranja aromatičnih i masnih aromatičnih ketona:
6 6 + 6 5 COCl → AlCl 3 6 5 COC 6 5 + HCl
U prvoj i drugoj reakciji nastaje acetofenon (metilfenil keton), zamjena aluminijum hlorida antimon hloridom omogućava da se temperatura reakcije smanji na 25 °C. U trećoj reakciji nastaje benzofenon (difenil keton).
- Reakcija formilacije - interakcija benzena sa mješavinom CO i HCl, odvija se pod visokim pritiskom i pod djelovanjem katalizatora, proizvod reakcije je benzaldehid:
- Reakcije sulfoniranja i nitriranja (elektrofilna supstitucija):
- Redukcija benzena vodonikom (katalitička hidrogenacija):
Reakcije oksidacije
Benzen je, zbog svoje strukture, vrlo otporan na oksidaciju, na njega ne utiče, na primjer, otopina kalijevog permanganata. Međutim, oksidacija u anhidrid maleinske kiseline može se izvesti pomoću katalizatora vanadijevog oksida:
- reakcija ozonolize. Također, benzen se podvrgava ozonolizi, ali je proces sporiji nego kod nezasićenih ugljovodonika:
Rezultat reakcije je stvaranje dialdehida - glioksala (1,2-etandijal).
- reakcija sagorevanja. Izgaranje benzena je granični slučaj oksidacije. Benzen je veoma zapaljiv i gori na vazduhu sa veoma zadimljenim plamenom:
Struktura
Po sastavu benzen spada u nezasićene ugljovodonike (homologne serije n 2n−6), ali za razliku od ugljovodonika serije etilena, 2 4 , on pokazuje svojstva svojstvena nezasićenim ugljovodonicima (odlikuju ih reakcije adicije), samo u teškim uslovima, ali je benzen skloniji reakcijama supstitucije. Ovo "ponašanje" benzena objašnjava se njegovom posebnom strukturom: prisustvom atoma u istoj ravni i prisustvom konjugovanog oblaka 6π-elektrona u strukturi. Moderna ideja o elektronskoj prirodi veza u benzenu zasniva se na hipotezi Linusa Paulinga, koji je predložio da se molekula benzena prikaže kao šestougao s upisanim krugom, čime se naglašava odsustvo fiksnih dvostrukih veza i prisutnost oblak jednog elektrona koji pokriva svih šest atoma ugljika u ciklusu.
U specijalizovanoj i popularnoj literaturi pojam benzenski prsten, koji se u pravilu odnosi na strukturu ugljika benzena bez uzimanja u obzir drugih atoma i grupa povezanih s atomima ugljika. Benzinski prsten je dio mnogih različitih spojeva.
Proizvodnja
Danas postoji nekoliko osnovnih razne načine proizvodnja benzena.
Aplikacija
Transport benzena željeznicom izvode se u specijalizovanim cisternama
Značajan dio dobivenog benzena koristi se za sintezu drugih proizvoda:
- oko 50% benzena se pretvara u etilbenzol (alkilacija benzena etilenom);
- oko 25% benzena se pretvara u kumen (alkilacija benzena sa propilenom);
- približno 10-15% benzena je hidrogenirano u cikloheksan;
- oko 10% benzena se troši na proizvodnju nitrobenzola;
- 2-3% benzena se pretvara u linearne alkilbenzene;
- otprilike 1% benzena se koristi za sintezu hlorobenzola.
U znatno manjim količinama benzen se koristi za sintezu nekih drugih jedinjenja. Povremeno i u ekstremnim slučajevima, zbog svoje visoke toksičnosti, benzen se koristi kao otapalo.
Osim toga, benzen je dio benzina. U 1920-im i 1930-im, benzen je dodat rude u benzin za ravnu vožnju kako bi se povećao njegov oktanski broj, ali do 1940-ih takve mješavine nisu mogle konkurirati visokooktanskim benzinima. Zbog visoke toksičnosti, sadržaj benzena u gorivu je ograničen savremenim standardima na unošenje do 1%.
Biološko djelovanje i toksikologija
Benzen je jedan od najčešćih antropogenih ksenobiotika.
Benzen je veoma toksičan. Minimalna smrtonosna doza za oralnu primjenu je 15 ml, prosječna 50-70 ml. Kratkim udisanjem benzenske pare ne dolazi do trenutnog trovanja, pa do nedavno postupak rada s benzenom nije bio posebno reguliran. U velikim dozama benzen izaziva mučninu i vrtoglavicu, au nekim teškim slučajevima trovanje može biti smrtonosno. Prvi znak trovanja benzenom često je euforija. Pare benzena mogu prodrijeti u netaknutu kožu. Tečni benzol je prilično iritantan za kožu. Ako je ljudsko tijelo izloženo dugotrajnoj izloženosti benzenu u malim količinama, posljedice mogu biti i vrlo ozbiljne.
Benzen je jak kancerogen. Studije pokazuju povezanost benzena s bolestima kao što su aplastična anemija, akutna leukemija (mijeloična, limfoblastna), kronična mijeloična leukemija, mijelodisplastični sindrom i bolesti koštane srži.
Mehanizam transformacije i mutageno dejstvo benzena
Postoji nekoliko varijanti mehanizma transformacije benzena u ljudskom tijelu. U prvoj varijanti, molekul benzena se hidroksilira mikrozomalnim oksidacionim sistemom uz učešće citokroma P450. Prema mehanizmu, benzen se prvo oksidira u visoko reaktivni epoksid, koji se dalje pretvara u fenol. Osim toga, slobodni radikali (reaktivne vrste kisika) nastaju zbog visoke aktivacije P450 prema reakciji:
Molekularni mehanizam mutageneze benzena
Benzen je promutagen, mutagena svojstva stječe tek nakon biotransformacije, uslijed čega nastaju visoko reaktivna jedinjenja. Jedan od njih je benzen epoksid. Zbog visokog kutnog naprezanja epoksidnog ciklusa, -C-O-C- veze pucaju i molekula postaje elektrofil, lako reagira s nukleofilnim centrima dušičnih baza molekula nukleinske kiseline posebno DNK.
Mehanizam interakcije epoksi ciklusa sa nukleofilnim centrima - amino grupama azotnih baza (reakcija arilacije) odvija se kao reakcija nukleofilne supstitucije 2 . Kao rezultat, formiraju se prilično jaki kovalentno vezani adukti DNK; takvi derivati se najčešće uočavaju u gvaninu (jer molekula gvanina ima maksimalni iznos nukleofilni centri), na primjer, N7-fenilguanin. Rezultirajući adukti DNK mogu dovesti do promjene u nativnoj strukturi DNK, čime se poremeti pravilan tok transkripcije i replikacije. Šta je izvor genetskih mutacija. Akumulacija epoksida u hepatocitima (ćelijama jetre) dovodi do ireverzibilnih posljedica: povećanja arilacije DNK, a istovremeno i povećanja ekspresije (prekomjerne ekspresije) mutantnih proteina koji su produkti genetske mutacije; inhibicija apoptoze; transformaciju ćelije pa čak i smrt. Pored izražene genotoksičnosti i mutagenosti, benzen ima jaku mijelotoksičnost i kancerogenu aktivnost, a posebno se to dejstvo manifestuje u ćelijama mijeloidnog tkiva (ćelije ovog tkiva su veoma osetljive na ovakva dejstva ksenobiotika).
Zloupotreba benzena i supstanci
Benzen ima zapanjujući učinak na osobu i može dovesti do ovisnosti o drogama.
Akutno trovanje
Pri vrlo visokim koncentracijama - gotovo trenutni gubitak svijesti i smrt u roku od nekoliko minuta. Boja lica je cijanotična, sluznice su često trešnje crvene. U nižim koncentracijama - ekscitacija, slična alkoholu, zatim pospanost, opšta slabost, vrtoglavica, mučnina, povraćanje, glavobolja, gubitak svijesti. Zapažaju se i trzaji mišića, koji se mogu pretvoriti u tonične konvulzije. Zenice su često proširene i ne reaguju na svetlost. Disanje se prvo ubrzava, a zatim usporava. Temperatura tijela naglo pada. Puls ubrzan, malog punjenja. Krvni pritisak je snižen. Zabilježeni su slučajevi teških srčanih aritmija.
Nakon teškog trovanja koje ne dovodi direktno do smrti, ponekad se uočavaju dugotrajni zdravstveni poremećaji: pleuritis, katari gornjih dišnih puteva, bolesti rožnjače i mrežnice, oštećenje jetre, srčani poremećaji itd. Slučaj vazomotorike neuroze s oticanjem lica i ekstremiteta, poremećajima osjetljivosti i konvulzijama ubrzo nakon akutnog trovanja benzenom. Ponekad smrt nastupi neko vrijeme nakon trovanja.
hronično trovanje
U težim slučajevima javljaju se: glavobolja, izraziti umor, otežano disanje, vrtoglavica, slabost, nervoza, pospanost ili nesanica, probavne smetnje, mučnina, ponekad povraćanje, nedostatak apetita, pojačano mokrenje, menstruacija, uporno krvarenje iz oralne sluznice, posebno desni, često se razvija, i nos, koji traje satima, pa čak i danima. Ponekad se nakon vađenja zuba javlja uporno krvarenje. Brojna mala krvarenja (hemoragije) u koži. Krv u stolici, krvarenje iz materice, krvarenje u mrežnjači. Obično je krvarenje, a često i prateća groznica (temperatura do 40° i više) ono što otrovanog dovodi u bolnicu. U takvim slučajevima, prognoza je uvijek ozbiljna. Uzrok smrti ponekad su sekundarne infekcije: postoje slučajevi gangrenozne upale periosta i nekroze vilice, teške ulcerativne upale desni, opće sepse sa septičkim endometritisom.
Ponekad se kod teškog trovanja razvijaju simptomi nervnih bolesti: povećanje tetivnih refleksa, bilateralni klonus, pozitivan simptom Babinskog, poremećaj duboke osjetljivosti, pseudotabetički poremećaji s parestezijom, ataksijom, paraplegijom i motoričkim poremećajima (znakovi oštećenja stražnji stubovi kičmene moždine i piramidalni trakt).
Najtipičnije promjene u krvi. Broj eritrocita je obično naglo smanjen, na 1-2 miliona i manje. Sadržaj hemoglobina također naglo opada, ponekad i do 10%. Indeks boje u nekim slučajevima je nizak, ponekad blizu normalnog, a ponekad visok (posebno kod teške anemije). Primjećuje se anizocitoza i poikilocitoza, bazofilna punkcija i pojava nuklearnih eritrocita, povećanje broja retikulocita i volumena eritrocita. Tipičnije je oštro smanjenje broja leukocita. Ponekad u početku leukocitoza, brzo zamijenjena leukopenijom, ubrzanjem ESR. Promjene u krvi se ne razvijaju istovremeno. Najčešće je leukopoetski sistem zahvaćen ranije, kasnije se pridruži trombocitopenija. Poraz eritroblastične funkcije često se javlja i kasnije. U budućnosti se može razviti karakteristična slika teškog trovanja - aplastična anemija.
Efekti trovanja mogu potrajati, pa čak i napredovati mjesecima i godinama nakon prestanka rada s benzenom.
Prva pomoć kod trovanja i liječenje
U slučaju akutnog trovanja benzenom (benzenom parama), žrtvu prvo treba izvesti na svježi zrak, u slučaju zastoja disanja vrši se vještačko disanje do normalizacije, kisik i lobelin se koriste kao respiratorni stimulansi. Upotreba adrenalina kao analeptika je strogo zabranjena! Ako dođe do povraćanja, intravenozno 40% rastvor glukoze, u slučaju poremećaja cirkulacije - injekcija rastvora kofeina. Ako je do trovanja došlo oralno i benzen je dospio u želudac, potrebno ga je isprati biljnim uljem (benzen se dobro upija), postupak treba provoditi oprezno, jer je moguća aspiracija. Kod blagog trovanja, pacijentu se pokazuje mirovanje. U uzbuđenim stanjima potrebni su sedativi. U slučaju anemije rade se transfuzije krvi, vitamina B12, folne kiseline, kod leukopenije - vitamin B6, pentoksil. U slučaju smanjenja imuniteta (stanje imunodeficijencije) - imunostimulansi.
Djelovanje benzena na biomembrane
Biološke membrane su supramolekularne strukture - dvostruki lipidni sloj, u koji su integrirani (ugrađeni) ili pričvršćeni na površini molekula proteina, polisaharida. Lipidi koji čine biomembrane su po svojoj prirodi amfifilni (amofilni) spojevi, odnosno sposobni da se rastvaraju i u polarnim i u nepolarnim supstancama, zbog prisustva polarnih grupa u njima, tzv. "glava"(karboksilne -COOH, hidroksilne -OH, amino grupe -NH 2 i druge) i nepolarne tzv. "repovi"(ugljikovodični radikali - alkili, arili, policiklične strukture kao što je holestan i druge).
Benzen je efikasan solubilizator biološke membrane, brzo otapa nepolarne grupe (tzv. ugljovodonik "repovi") lipidi, uglavnom kolesterol, koji je dio membrana. Proces solubilizacije ograničen je koncentracijom benzena, što je više, to se proces brže odvija. U procesu solubilizacije oslobađa se energija koja doslovno razbija dvostruki lipidni sloj (lipidni dvosloj), što dovodi do potpunog uništenja (razaranja strukture) membrane i naknadne ćelijske apoptoze (prilikom razaranja biomembrana aktiviraju se membranski receptori (npr. kao: CD95, TNFR1, DR3, DR4 i drugi) koji aktiviraju ćelijsku apoptozu).
Djelovanje na kožu
Kod čestog kontakta ruku sa benzenom, uočavaju se suva koža, pukotine, svrab, crvenilo (obično između prstiju), otok i plikovi nalik prosu. Ponekad su, zbog oštećenja kože, radnici primorani da napuste posao.
Maksimalna dozvoljena koncentracija je 5 mg/m 3 .
Sigurnost
Rad sa benzenom nosi rizik od trovanja i ozbiljnih zdravstvenih problema. Benzen je vrlo isparljiva tečnost (isparljivost 320 mg/l na 20°C) sa visok stepen paljenja, stoga je pri radu s njim potrebno pridržavati se sigurnosnih mjera opreza za rad sa zapaljivim tekućinama. Pare benzena predstavljaju veliku opasnost, jer mogu stvoriti eksplozivne smjese sa zrakom. Trenutno je upotreba benzena kao organskog rastvarača ozbiljno ograničena zbog toksičnosti i kancerogenih učinaka njegovih para i negativnih učinaka na kožu. Rad s benzenom u laboratorijama također predviđa njegovo ograničenje (strogo regulirano). Benzen se preporučuje da se u eksperimentima koristi samo u malim količinama (ne više od 50 ml), rad treba obavljati isključivo u rukavicama od fluoro gume (lateks se otapa i bubri kada je izložen benzenu).
- skladištiti u blizini izvora toplote, otvorenog plamena, jakih oksidacionih sredstava, namirnica i tako dalje,
- ostaviti otvorene kontejnere koji sadrže benzol, dim,
- koristiti posude za benzen za upotrebu u hrani, pranje ruku, posuđa,
- rad u zatvorenoj, slabo provetrenoj prostoriji sa temperaturom vazduha većom od 30°C,
- koristiti veliku količinu supstance kao rastvarača,
- rad bez zaštitne opreme za kožu ruku, očiju i disajnih organa.
Ekologija
Benzen je ekološki nebezbedna supstanca, toksikant antropogenog porekla. Glavni izvori benzena koji ulaze u okruženje co kanalizacija ili emisije u zrak su petrohemijska i koksna industrija, proizvodnja goriva i transport. Iz rezervoara, benzen se lako ispari, sposoban je da se transformiše iz tla u biljke, što predstavlja ozbiljnu prijetnju ekosistemima.
Benzen ima svojstvo kumulacije, zbog svoje lipofilnosti, može se taložiti u ćelijama masnog tkiva životinja, čime ih truje.