Proprietà fisiche
Il benzene e i suoi omologhi più vicini sono liquidi incolori con un odore specifico. Gli idrocarburi aromatici sono più leggeri dell'acqua e non si dissolvono in essa, tuttavia si dissolvono facilmente in solventi organici: alcol, etere, acetone.
Il benzene e i suoi omologhi sono essi stessi buoni solventi per molti materia organica. Tutte le arene bruciano con una fiamma fumosa a causa dell'alto contenuto di carbonio delle loro molecole.
Le proprietà fisiche di alcuni areni sono presentate nella tabella.
Tavolo. Proprietà fisiche di alcune arene
|
Nome |
Formula |
t°.pl., |
t°.bp., |
|
Benzene |
C 6 H 6 |
5,5 |
80,1 |
|
Toluene (metilbenzene) |
C 6 H 5 CH 3 |
95,0 |
110,6 |
|
etilbenzene |
C 6 H 5 C 2 H 5 |
95,0 |
136,2 |
|
Xilene (dimetilbenzene) |
C 6 H 4 (CH 3) 2 |
||
|
orto- |
25,18 |
144,41 |
|
|
meta- |
47,87 |
139,10 |
|
|
coppia- |
13,26 |
138,35 |
|
|
propilbenzene |
C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3 |
99,0 |
159,20 |
|
Cumene (isopropilbenzene) |
C 6 H 5 CH(CH 3) 2 |
96,0 |
152,39 |
|
Stirene (vinilbenzene) |
C 6 H 5 CH \u003d CH 2 |
30,6 |
145,2 |
Benzene - a bassa ebollizione ( tkip= 80,1°C), liquido incolore, insolubile in acqua
Attenzione! Benzene - veleno, agisce sui reni, cambia la formula del sangue (con esposizione prolungata), può interrompere la struttura dei cromosomi.
La maggior parte degli idrocarburi aromatici sono pericolosi per la vita e tossici.
Ottenere areni (benzene e suoi omologhi)
In laboratorio
1. Fusione di sali dell'acido benzoico con alcali solidi
C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3
benzoato di sodio
2. Reazione di Wurtz-Fitting: (qui G è alogeno)
Da 6H 5 -G+2N / a + R-G →C 6 H 5 - R + 2 N / aG
DA 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl
Nell'industria
- isolato da petrolio e carbone mediante distillazione frazionata, riformando;
- da catrame di carbone e gas di cokeria
1. Deidrociclizzazione degli alcani con più di 6 atomi di carbonio:
C 6 H 14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2
2. Trimerizzazione dell'acetilene(solo per benzene) – R. Zelinsky:
3C 2 H2 600°C, Atto. carbone→C 6 H 6
3. Deidrogenazione cicloesano e suoi omologhi:
L'accademico sovietico Nikolai Dmitrievich Zelinsky ha stabilito che il benzene è formato dal cicloesano (deidrogenazione dei cicloalcani
C 6 H 12 t, gatto→C 6 H 6 + 3H 2
C 6 H 11 -CH 3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2
metilcicloesanetoluene
4. Alchilazione del benzene(ottenendo omologhi del benzene) – r Friedel-Artigianato.
C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl
cloroetano etilbenzene
Proprietà chimiche degli areni
io. REAZIONI DI OSSIDAZIONE
1. Combustione (fiamma fumosa):
2C 6 H 6 + 15O 2 t→12CO 2 + 6H 2O + Q
2. Il benzene in condizioni normali non decolora l'acqua di bromo e soluzione acquosa Permanganato di Potassio
3. Gli omologhi del benzene sono ossidati dal permanganato di potassio (scolorire il permanganato di potassio):
A) in ambiente acido ad acido benzoico
Sotto l'azione del permanganato di potassio e di altri omologhi del benzene forti ossidanti le catene laterali sono ossidate. Non importa quanto sia complessa la catena del sostituente, viene distrutta, ad eccezione dell'atomo di carbonio a, che viene ossidato in un gruppo carbossilico.
Gli omologhi del benzene con una catena laterale danno acido benzoico:
Gli omologhi contenenti due catene laterali danno acidi dibasici:
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
Semplificato :
C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O
B) in ambiente neutro e leggermente alcalino ai sali dell'acido benzoico
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O
II. REAZIONI DI AGGIUNTA (più duro degli alcheni)
1. Alogenazione
C 6 H 6 + 3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (esaclorocicloesano - esaclorano)
2. Idrogenazione
C 6 H 6 + 3 H 2 t , ptoNi→C 6 H 12 (cicloesano)
3. Polimerizzazione
III. REAZIONI DI SOSTITUZIONE – meccanismo ionico (più leggero degli alcani)
1. Alogenazione -
un ) benzene
C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (clorobenzene)
C 6 H 6 + 6Cl 2 t ,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( esaclorobenzene)
C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( bromobenzene)
b) omologhi del benzene per irraggiamento o riscaldamento
In termini di proprietà chimiche, i radicali alchilici sono simili agli alcani. Gli atomi di idrogeno in essi contenuti sono sostituiti da alogeni da un meccanismo di radicali liberi. Pertanto, in assenza di un catalizzatore, il riscaldamento o l'irradiazione UV porta a una reazione di sostituzione radicalica nella catena laterale. L'influenza dell'anello benzenico sui sostituenti alchilici porta al fatto che l'atomo di idrogeno viene sempre sostituito dall'atomo di carbonio direttamente legato all'anello benzenico (atomo a-carbonio).
1) C 6 H 5 -CH 3 + CI 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl
c) omologhi del benzene in presenza di un catalizzatore
C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (miscela di orta, coppia di derivate) +HCl
2. Nitrazione (con acido nitrico)
C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
nitrobenzene - odore mandorla!
C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ DA H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O2,4,6-trinitrotoluene (tol, trotil)
L'uso del benzene e suoi omologhi
Benzene C 6 H 6 è un buon solvente. Il benzene come additivo migliora la qualità del carburante per motori. Serve come materia prima per la produzione di molti composti organici aromatici: nitrobenzene C 6 H 5 NO 2 (da esso si ottiene il solvente, l'anilina), clorobenzene C 6 H 5 Cl, fenolo C 6 H 5 OH, stirene, ecc.
Toluene C 6 H 5 -CH 3 - un solvente utilizzato nella produzione di coloranti, droghe ed esplosivi (trotil (tol) o 2,4,6-trinitrotoluene TNT).
Xilene C 6 H 4 (CH 3) 2 . Lo xilene tecnico è una miscela di tre isomeri ( orto-, meta- e coppia-xilene) - è usato come solvente e prodotto di partenza per la sintesi di molti composti organici.
Isopropilbenzene C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 serve per ottenere fenolo e acetone.
Derivati del cloro del benzene utilizzato per la protezione delle piante. Pertanto, il prodotto della sostituzione degli atomi di H nel benzene con gli atomi di cloro è l'esaclorobenzene C 6 Cl 6 - un fungicida; è usato per condire con semi secchi di grano e segale contro la fuliggine dura. Il prodotto dell'aggiunta di cloro al benzene è esaclorocicloesano (esacloran) C 6 H 6 Cl 6 - un insetticida; è usato per controllare gli insetti dannosi. Queste sostanze si riferiscono a pesticidi - mezzi chimici per combattere microrganismi, piante e animali.
stirene C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 polimerizza molto facilmente, formando polistirene e copolimerizzando con gomme butadiene - stirene-butadiene.
ESPERIENZE VIDEO
PRTSVSH (F) FGBOU VPO
Dipartimento di "Sicurezza antincendio"
Test
nella disciplina "Teoria della combustione e delle esplosioni"
Compito numero 1
Determinare le quantità teoriche specifiche e il volume d'aria necessari per la combustione completa del vapore di benzene. Le condizioni in cui si trova l'aria sono caratterizzate dalla temperatura Tv e dalla pressione Pv e dal vapore di benzene - temperatura Tg e pressione Pg. Esprimere i risultati del calcolo nelle seguenti unità: ; ;;;
Dati iniziali (N - numero del gruppo, n - numero secondo l'elenco degli studenti:
TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0,2*n= 277,6 K
Pv \u003d?10 3 \u003d 95900 Pa;
Тg=300?(?1) N?2?N?(?1) n?0,2?n= 321,6 K;
Pr \u003d?10 3 \u003d 79400 Pa.
С6Н6+7.5О2+7.5?3.76N2=6CO2+3pO+7.5?3.76N2+Qp (1),
dove Qp - calore reazione chimica. Da data equazioneè possibile determinare i coefficienti stechiometrici del benzene e dell'ossigeno molecolare: Vg = 1, V0 = 7,5
2. Quantità teorica specifica di aria - il numero di kilomoli di aria necessari per la combustione completa di un kilomol di benzene è calcolato dalla formula:
dove 4,76 è la quantità di aria che contiene un'unità di ossigeno, \u003d è il rapporto tra i coefficienti stechiometrici dell'ossigeno molecolare (Vo) e del benzene (Vg)
Sostituendo in (d) i valori di Vo e Vg, otteniamo:
3. Il volume d'aria necessario per la combustione completa di un chilomole di benzene è determinato come segue:
dove è il volume di un kilomole di aria alla temperatura Tv e alla pressione Pv. Il valore viene calcolato utilizzando la formula
dove 22,4 è il volume molare del gas in condizioni normali, Po = 101325 Pa è la pressione normale, To = 273 K è la temperatura normale.
Sostituendo Tv, To, Pv, Po in (5), otteniamo
Il volume d'aria teorico specifico è calcolato dalla formula (4):
4. Il volume d'aria necessario per la combustione completa di un volume unitario di combustibile gassoso è determinato come segue:
dove è il volume di un chilomole di carburante - vapore di benzene alla temperatura Tg e alla pressione Pg. Dato che
e sostituendo (8) e (5) in (7), otteniamo la seguente espressione per il volume d'aria teorico specifico:
Calcoliamo il valore di questo parametro del processo di combustione:
Il volume d'aria necessario per la combustione completa di un chilogrammo di benzene è determinato come segue:
dove - la massa molare del carburante è la massa di un chilomole di benzene, espressa in chilogrammi. La massa molare del benzene è numericamente uguale al suo peso molecolare si trova dalla formula:
Ac?nc + An?nn, UiAi?ni (11)
dove Ac e An sono i pesi atomici di carbonio e idrogeno, nc e nn sono i numeri di atomi di carbonio nella molecola di benzene. Sostituendo i valori Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6, otteniamo:
Troviamo il volume teorico specifico dell'aria sostituendo i valori di n nella e nella formula (10):
Risultato del calcolo:
Compito numero 2
Determinare la quantità teorica specifica, il volume e la composizione dei prodotti della combustione del benzene, se sono noti il coefficiente di eccesso d'aria c, la temperatura Tp e la pressione Pp dei prodotti della combustione, la temperatura Tg e la pressione Pg del vapore di benzene. Esprimere i risultati del calcolo in frazioni molari (in percentuale) e nelle seguenti unità: ; ;;
Dati iniziali:
c=1,5+(?1) N?0,1?N?(?1) n?0,01?n = 0,2;
Rp \u003d?10 3 \u003d 68400 Pa;
Tp=1600?(?1) N?20?N?(?1) n?2?n = 1816 K;
Тg=273?(?1) N?2?N+(?1) n?0,2?n = 295,4 K;
Rg \u003d?10 3 \u003d 111600 Pa;
soluzione (N=11, n=2).
1. Scriviamo l'equazione stechiometrica per la reazione della combustione del benzene in aria:
C 6 H 6 +7,5O 2 +7,5? 3,76N 2 \u003d 6CO 2 + 3H 2 O + 7,5? 3,76N 2 + Qp, (1)
dove Qp è il calore di una reazione chimica. Da questa equazione, determiniamo i seguenti coefficienti stechiometrici:
V CO2 \u003d 6, V pO \u003d 3, V C6H6 \u003d 1, V O2 \u003d 7,5, V N2 \u003d 7,5? 3,76
2. Determinare la quantità stimata di prodotti della combustione di un chilomole di carburante:
Sostituendo in (2) i valori dei coefficienti stechiometrici dei prodotti della combustione e del combustibile si ottiene:
3. Quantità teorica specifica di aria: il numero di kilomoli di aria necessari per la combustione completa di un kilomol di carburante, determiniamo utilizzando la formula:
Dove 4,76 è la quantità di aria che contiene un'unità di ossigeno,
Rapporto dei coefficienti stechiometrici dell'ossigeno molecolare e del benzene.
Sostituendo in (4) i valori V O2 =7,5 e V C6H6 =1 otteniamo:
4. La quantità in eccesso di aria che cade su 1 Kmol di carburante è determinata dall'espressione:
aria comburente vapore benzene
Sostituendo in questa espressione i valori
37,7(0,2-1)=30,16(7)
5. La quantità totale di prodotti della combustione per quantità unitaria di sostanza combustibile è determinata dalla somma:
Dopo aver sostituito i valori e otteniamo:
6. Le frazioni molari dei prodotti della combustione, espresse in percentuale, sono determinate come segue:
Nelle formule (9) per le frazioni molari di azoto e ossigeno nei prodotti della combustione, 0,79 e 0,21 sono le frazioni molari di queste sostanze nell'aria, il cui eccesso porta ad un aumento della proporzione di azoto e alla comparsa di ossigeno nei prodotti della combustione.
7. Per determinare i volumi specifici e i prodotti della combustione, è necessario calcolare il loro volume molare - il volume di un chilomole di gas nelle condizioni in cui si trovano i prodotti:
dove 22,4 è il volume di un kilomole di gas in condizioni normali, T 0 \u003d 273K - temperatura normale, Po \u003d 101325 Pa - pressione normale.
Sostituendo in (10) i valori, Po, To, otteniamo:
Il volume dei prodotti che si formano durante la combustione di un chilogrammo di carburante, esclusa l'aria in eccesso, è calcolato come segue:
dove - la massa molare del carburante è la massa di un chilomole di benzene, espressa in chilogrammi. La massa molare del benzene si trova con la formula:
dove Ac e An sono i pesi atomici di carbonio (12) e idrogeno (1), n c e n n sono i numeri di atomi di carbonio (6) e idrogeno (6) nelle molecole di benzene (C 6 H 6).
Sostituendo i valori, e in (12) otteniamo
Il volume d'aria in eccesso per 1 chilogrammo di carburante è determinato come segue:
dove è il volume di un kilomole di aria in eccesso, che fa parte dei prodotti della combustione. Poiché la temperatura e la pressione dell'aria in eccesso corrispondono alla temperatura e alla pressione dei prodotti della combustione, quindi \u003d \u003d 220,7.
Sostituendo dato valore, così come in (14), otteniamo:
Per calcolare il volume specifico dei prodotti della combustione completa del carburante, assumiamo che il vapore di benzene abbia una temperatura Tg alla pressione:
dove è il volume di un kilomole di vapore di benzene alla temperatura Tg e alla pressione Pg. Il volume molare del carburante si calcola con la formula:
Sostituendo il valore ottenuto, e tali valori in (17), otteniamo:
Volume d'aria in eccesso per uno metro cubo vapore di benzene, è definito come segue:
Sostituzione in (20) valori \u003d 30.16 , \u003d e
dà il seguente risultato:
Il volume specifico totale dei prodotti della combustione, tenendo conto dell'aria in eccesso, è determinato dalla somma
Risultato del calcolo:
X CO2 \u003d%; X H2O \u003d 4,4%; X N2 =%; X O2 \u003d 11,7%
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Gli areni sono idrocarburi aromatici contenenti uno o più anelli benzenici. L'anello benzenico è formato da 6 atomi di carbonio, tra i quali si alternano legami doppi e singoli.
È importante notare che i doppi legami nella molecola del benzene non sono fissi, ma si muovono costantemente in cerchio.
Gli areni sono anche chiamati idrocarburi aromatici. Il primo membro della serie omologa è il benzene - C 6 H 6 . La formula generale per le loro serie omologhe è C n H 2n-6.
Per molto tempo la formula strutturale del benzene è rimasta un mistero. La formula di Kekule con due tripli legami non potrebbe spiegare il fatto che il benzene non entri in reazioni di addizione. Come accennato in precedenza, secondo i concetti moderni, i doppi legami in una molecola sono in costante movimento, quindi è più corretto disegnarli sotto forma di anello.
I doppi legami formano una coniugazione nella molecola del benzene. Tutti gli atomi di carbonio sono in uno stato di ibridazione sp 2. Angolo di valenza - 120°.
Nomenclatura e isomeria degli areni
I nomi degli areni si formano aggiungendo i nomi dei sostituenti alla catena principale: l'anello benzenico: benzene, metilbenzene (toluene), etilbenzene, propilbenzene, ecc. I sostituenti sono, come di consueto, elencati in ordine alfabetico. Se ci sono diversi sostituenti nell'anello benzenico, viene scelto il percorso più breve tra di loro.
Gli areni sono caratterizzati da isomeria strutturale associata alla posizione dei sostituenti. Ad esempio, due sostituenti su un anello benzenico possono trovarsi in posizioni diverse.
Il nome della posizione dei sostituenti nell'anello benzenico è formato sulla base della loro posizione l'uno rispetto all'altro. È indicato dai prefissi ortho-, meta- e par. Di seguito troverai suggerimenti mnemonici per la loro corretta memorizzazione;)
Ottenere arene
Le arene si ottengono in diversi modi:
Proprietà chimiche degli areni
Gli areni sono idrocarburi aromatici che contengono un anello benzenico con doppi legami coniugati. Questa caratteristica rende le reazioni di addizione difficili (ma comunque possibili!)
Ricorda che, a differenza di altri composti insaturi, il benzene e i suoi omologhi non scoloriscono l'acqua di bromo e la soluzione di permanganato di potassio.
© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2020
Questo articolo è stato scritto da Yury Sergeevich Bellevich ed è suo proprietà intellettuale. La copia, la distribuzione (compresa la copia su altri siti e risorse su Internet) o qualsiasi altro uso di informazioni e oggetti senza il previo consenso del titolare del diritto d'autore è punibile dalla legge. Per ottenere i materiali dell'articolo e il permesso di utilizzarli, si prega di contattare
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| Sistematico Nome | benzene |
| Abbreviazioni | PhH |
| Nomi tradizionali | asciugacapelli (Laurent, 1837), fenil idrogeno, benzene |
| Chimica. formula | C₆H₆ |
| Stato | liquido |
| Massa molare | 78,11 g/mol |
| Densità | 0,8786 g/cm³ |
| Viscosità dinamica | 0,0652 Pa/sec |
| Energia ionizzata | 9,24 ± 0,01 eV |
| T. sciogliere. | 5,5° |
| T. kip. | 80,1° |
| T. rev. | -11° |
| T. svsp. | 562° |
| Eccetera. raffica | 1,2 ± 0,1% in volume |
| Pressione del vapore | 75 ± 1 mmHg |
| solubilità in acqua | 0,073 g/100 ml |
| GOST | GOST 5955-75 |
| reg. numero CAS | 71-43-2 |
| PubChem | 241 |
| reg. numero EINECS | 200-753-7 |
| SORRISI | C1=CC=CC=C1 |
| InChi | |
| RTEC | CY1400000 |
| CHEBI | 16716 |
| ChemSpider | 236 |
| Tossicità | tossico, ha proprietà cancerogene e narcotiche |
| AVVERTENZA | PERICOLOSO! |
| I dati sono forniti per condizioni standard (25°, 100 kPa) se non diversamente specificato. | |
Proprietà chimiche
Le reazioni di sostituzione sono caratteristiche del benzene: il benzene reagisce con alcheni, cloroalcani, alogeni, acido nitrico e solforico. Le reazioni di scissione dell'anello benzenico avvengono in condizioni difficili (temperatura, pressione).
- Interazione con alcheni (alchilazione), a seguito della reazione si formano omologhi del benzene, ad esempio etilbenzene e cumene:
- Interazione con cloro e bromo in presenza di un catalizzatore per formare clorobenzene (reazione di sostituzione elettrofila):
- In assenza di catalizzatore, quando riscaldato o illuminato, si verifica una reazione di addizione radicalica con formazione di una miscela di isomeri di esaclorocicloesano
- Quando il benzene reagisce con il bromo in una soluzione di oleum, si forma l'esabromobenzene:
- Interazione con derivati alogeni di alcani (alchilazione del benzene, reazione di Friedel-Crafts) per formare alchilbenzeni:
- La reazione di acilazione di Friedel-Crafts di anidridi di benzene, alogenuri di acido carbossilico porta alla formazione di chetoni aromatici e grassi aromatici:
6 6 + 6 5 COCl → AlCl 3 6 5 COC 6 5 + HCl
Nella prima e nella seconda reazione si forma acetofenone (metilfenilchetone), la sostituzione del cloruro di alluminio con cloruro di antimonio consente di ridurre la temperatura di reazione a 25 ° C. Nella terza reazione si forma benzofenone (difenilchetone).
- La reazione di formilazione - l'interazione del benzene con una miscela di CO e HCl, procede ad alta pressione e sotto l'azione di un catalizzatore, il prodotto di reazione è la benzaldeide:
- Reazioni di solfonazione e nitrazione (sostituzione elettrofila):
- Riduzione del benzene con idrogeno (idrogenazione catalitica):
Reazioni di ossidazione
Il benzene, per la sua struttura, è molto resistente all'ossidazione, non risente, ad esempio, di una soluzione di permanganato di potassio. Tuttavia, l'ossidazione ad anidride maleica può essere effettuata utilizzando un catalizzatore di ossido di vanadio:
- reazione di ozonolisi. Inoltre, il benzene subisce ozonolisi, ma il processo è più lento rispetto agli idrocarburi insaturi:
Il risultato della reazione è la formazione di dialdeide - gliossale (1,2-etandiale).
- reazione di combustione. La combustione del benzene è il caso limite dell'ossidazione. Il benzene è altamente infiammabile e brucia nell'aria con una fiamma molto fumosa:
Struttura
Per composizione, il benzene appartiene agli idrocarburi insaturi (serie omologa n 2n−6), ma a differenza degli idrocarburi della serie dell'etilene, 2 4 , mostra proprietà inerenti agli idrocarburi insaturi (sono caratterizzati da reazioni di addizione), solo in condizioni difficili, ma il benzene è più incline a reazioni di sostituzione. Questo "comportamento" del benzene è spiegato dalla sua struttura speciale: la presenza di atomi sullo stesso piano e la presenza di una nuvola di 6π-elettroni coniugati nella struttura. L'idea moderna della natura elettronica dei legami nel benzene si basa sull'ipotesi di Linus Pauling, che ha proposto di rappresentare la molecola del benzene come un esagono con un cerchio inscritto, sottolineando così l'assenza di doppi legami fissi e la presenza di un singola nuvola di elettroni che copre tutti e sei gli atomi di carbonio del ciclo.
Nella letteratura specializzata e popolare, il termine anello benzenico, riferendosi, di regola, alla struttura del carbonio del benzene senza tener conto di altri atomi e gruppi associati agli atomi di carbonio. L'anello benzenico fa parte di molti composti diversi.
Produzione
Oggi, ci sono diversi fondamentali vari modi produzione di benzene.
Applicazione
Trasporto di benzene in treno effettuata in autocisterne specializzate
Una parte significativa del benzene risultante viene utilizzata per la sintesi di altri prodotti:
- circa il 50% del benzene viene convertito in etilbenzene (alchilazione del benzene con etilene);
- circa il 25% del benzene viene convertito in cumene (alchilazione del benzene con propilene);
- circa il 10-15% del benzene viene idrogenato a cicloesano;
- circa il 10% del benzene viene speso per la produzione di nitrobenzene;
- Il 2-3% del benzene viene convertito in alchilbenzeni lineari;
- circa l'1% del benzene viene utilizzato per la sintesi del clorobenzene.
In quantità molto minori, il benzene viene utilizzato per la sintesi di altri composti. Occasionalmente e in casi estremi, a causa della sua elevata tossicità, il benzene viene utilizzato come solvente.
Inoltre, il benzene fa parte della benzina. Negli anni '20 e '30, il benzene fu aggiunto ru de alla benzina di linea per aumentarne il numero di ottani, ma negli anni '40 tali miscele non potevano competere con le benzine ad alto numero di ottani. A causa dell'elevata tossicità, il contenuto di benzene nel carburante è limitato dagli standard moderni all'introduzione fino all'1%.
Azione biologica e tossicologia
Il benzene è uno degli xenobiotici antropogenici più comuni.
Il benzene è altamente tossico. La dose letale minima per somministrazione orale è di 15 ml, la media è di 50-70 ml. Con una breve inalazione di vapore di benzene, non si verifica un avvelenamento immediato, quindi, fino a poco tempo fa, la procedura per lavorare con il benzene non era particolarmente regolamentata. A dosi elevate, il benzene provoca nausea e vertigini e, in alcuni casi gravi, l'avvelenamento può essere fatale. Il primo segno di avvelenamento da benzene è spesso l'euforia. I vapori di benzene possono penetrare nella pelle integra. Il benzene liquido è piuttosto irritante per la pelle. Se il corpo umano è esposto a un'esposizione a lungo termine al benzene in piccole quantità, le conseguenze possono essere anche molto gravi.
Il benzene è un forte cancerogeno. Gli studi mostrano l'associazione del benzene con malattie come l'anemia aplastica, la leucemia acuta (mieloide, linfoblastica), la leucemia mieloide cronica, la sindrome mielodisplastica e le malattie del midollo osseo.
Meccanismo di trasformazione ed effetto mutageno del benzene
Esistono diverse varianti del meccanismo di trasformazione del benzene nel corpo umano. Nella prima variante, la molecola del benzene viene idrossilata dal sistema di ossidazione microsomiale con la partecipazione del citocromo P450. Secondo il meccanismo, il benzene viene prima ossidato in un epossido altamente reattivo, che viene ulteriormente convertito in fenolo. Inoltre, vengono generati radicali liberi (specie reattive dell'ossigeno) a causa dell'elevata attivazione di P450 secondo la reazione:
Meccanismo molecolare della mutagenesi del benzene
Il benzene lo è promutageno, acquisisce proprietà mutagene solo dopo la biotrasformazione, a seguito della quale si formano composti altamente reattivi. Uno di questi è l'epossido di benzene. A causa dell'elevato stress angolare del ciclo epossidico, i legami -C-O-C- si rompono e la molecola diventa elettrofila, reagisce facilmente con i centri nucleofili delle basi azotate delle molecole acidi nucleici soprattutto DNA.
Il meccanismo di interazione del ciclo epossidico con i centri nucleofili - gruppi amminici di basi azotate (reazione di arilazione) procede come reazione di sostituzione nucleofila 2 . Di conseguenza, si formano addotti di DNA legati in modo covalente abbastanza forti; tali derivati sono più spesso osservati nella guanina (perché la molecola della guanina ha importo massimo centri nucleofili), ad esempio N7-fenilguanina. Gli addotti del DNA risultanti possono portare a un cambiamento nella struttura nativa del DNA, interrompendo così il corretto corso di trascrizione e replicazione. Qual è la fonte delle mutazioni genetiche. L'accumulo di epossido negli epatociti (cellule epatiche) porta a conseguenze irreversibili: un aumento dell'arilazione del DNA e contemporaneamente un aumento dell'espressione (sovraespressione) di proteine mutanti che sono il prodotto di una mutazione genetica; inibizione dell'apoptosi; trasformazione cellulare e persino morte. Oltre alla pronunciata genotossicità e mutagenicità, il benzene ha una forte mielotossicità e attività cancerogena, in particolare questo effetto si manifesta nelle cellule del tessuto mieloide (le cellule di questo tessuto sono molto sensibili a tali effetti degli xenobiotici).
Benzene e abuso di sostanze
Il benzene ha un effetto stupefacente su una persona e può portare alla tossicodipendenza.
Avvelenamento acuto
A concentrazioni molto elevate - perdita di coscienza quasi istantanea e morte in pochi minuti. Il colore del viso è cianotico, le mucose sono spesso rosso ciliegia. A concentrazioni più basse - eccitazione, simile all'alcol, poi sonnolenza, debolezza generale, vertigini, nausea, vomito, mal di testa, perdita di coscienza. Si osservano anche contrazioni muscolari, che possono trasformarsi in convulsioni toniche. Le pupille sono spesso dilatate e non rispondono alla luce. La respirazione è prima accelerata, poi rallentata. La temperatura corporea scende bruscamente. Polso accelerato, ripieno piccolo. La pressione sanguigna si abbassa. Sono stati segnalati casi di gravi aritmie cardiache.
Dopo un grave avvelenamento che non porta direttamente alla morte, a volte si osservano disturbi della salute a lungo termine: pleurite, catarri delle prime vie respiratorie, malattie della cornea e della retina, danni al fegato, disturbi cardiaci, ecc. Un caso di vasomotorio nevrosi con gonfiore del viso e delle estremità, disturbi della sensibilità e convulsioni subito dopo l'avvelenamento acuto da vapori di benzene. A volte la morte si verifica qualche tempo dopo l'avvelenamento.
avvelenamento cronico
Nei casi più gravi vi sono: mal di testa, stanchezza estrema, mancanza di respiro, vertigini, debolezza, nervosismo, sonnolenza o insonnia, indigestione, nausea, talvolta vomito, mancanza di appetito, aumento della minzione, mestruazioni, sanguinamento persistente dalla mucosa orale, in particolare gengive, spesso si sviluppa. , e naso, che dura per ore e persino giorni. A volte si verifica un'emorragia persistente dopo l'estrazione del dente. Numerose piccole emorragie (emorragie) nella pelle. Sangue nelle feci, sanguinamento uterino, emorragia retinica. Di solito è l'emorragia, e spesso la febbre di accompagnamento (temperatura fino a 40° e oltre) che porta l'avvelenato in ospedale. In questi casi, la prognosi è sempre grave. La causa della morte sono a volte infezioni secondarie: ci sono casi di infiammazione cancrena del periostio e necrosi della mascella, grave infiammazione ulcerosa delle gengive, sepsi generale con endometrite settica.
A volte, con grave avvelenamento, si sviluppano sintomi di malattie nervose: un aumento dei riflessi tendinei, clono bilaterale, un sintomo di Babinsky positivo, un disturbo di sensibilità profonda, disturbi pseudo-tabetici con parestesia, atassia, paraplegia e disturbi motori (segni di danno al colonne posteriori del midollo spinale e del tratto piramidale).
I cambiamenti più tipici nel sangue. Il numero di eritrociti è generalmente ridotto drasticamente, fino a 1-2 milioni e meno. Anche il contenuto di emoglobina diminuisce drasticamente, a volte fino al 10%. L'indice di colore in alcuni casi è basso, a volte vicino al normale ea volte alto (soprattutto con grave anemia). Si notano anisocitosi e poichilocitosi, puntura basofila e comparsa di eritrociti nucleari, un aumento del numero di reticolociti e del volume degli eritrociti. Più tipica è una forte diminuzione del numero di leucociti. A volte inizialmente leucocitosi, rapidamente sostituita da leucopenia, accelerazione della VES. I cambiamenti nel sangue non si sviluppano contemporaneamente. Molto spesso, il sistema leucopoietico viene colpito prima, poi la trombocitopenia si unisce. La sconfitta della funzione eritroblastica si verifica spesso anche più tardi. In futuro, potrebbe svilupparsi un quadro caratteristico di grave avvelenamento: anemia aplastica.
Gli effetti dell'avvelenamento possono persistere e persino progredire mesi e anni dopo la cessazione del lavoro con il benzene.
Primo soccorso per avvelenamento e trattamento
In caso di avvelenamento acuto con benzene (vapori di benzene), la vittima deve essere prima portata all'aria aperta, in caso di arresto respiratorio viene eseguita la respirazione artificiale alla normalizzazione, ossigeno e lobelina vengono utilizzati come stimolanti respiratori. L'uso dell'adrenalina come analettico è severamente vietato! In caso di vomito, soluzione di glucosio per via endovenosa al 40%, in caso di disturbi circolatori - iniezione di soluzione di caffeina. Se l'avvelenamento si è verificato per via orale e il benzene è entrato nello stomaco, è necessario risciacquarlo con olio vegetale (il benzene si assorbe bene), la procedura deve essere eseguita con cautela, poiché l'aspirazione è possibile. Con un lieve avvelenamento, il paziente viene mostrato a riposo. Negli stati eccitati, sono necessari sedativi. In caso di anemia si effettuano trasfusioni di sangue, vitamina B12, acido folico, in caso di leucopenia - vitamina B6, pentossile. In caso di diminuzione dell'immunità (stato di immunodeficienza) - immunostimolanti.
L'azione del benzene sulle biomembrane
Le membrane biologiche sono strutture supramolecolari: un doppio strato lipidico, in cui sono integrate (incorporate) o attaccate sulla superficie delle molecole di proteine, polisaccaridi. I lipidi che compongono le biomembrane sono per loro natura composti anfifili (amofili), cioè capaci di dissolversi sia in sostanze polari che non polari, per la presenza in esse di gruppi polari, i cosiddetti. "testa"(carbossilici -COOH, idrossile -OH, gruppi amminici -NH 2 e altri) e cosiddetti non polari. "code"(radicali idrocarburici - alchili, arili, strutture policicliche come colestan e altri).
Il benzene è un efficace solubilizzante membrane biologiche, dissolve rapidamente i gruppi non polari (i cosiddetti idrocarburi "code") lipidi, principalmente colesterolo, che fa parte delle membrane. Il processo di solubilizzazione è limitato dalla concentrazione di benzene, più è, più veloce procede questo processo. Nel processo di solubilizzazione viene rilasciata energia, rompendo letteralmente il doppio strato lipidico (doppio strato lipidico), che porta alla completa distruzione (distruzione della struttura) della membrana e successiva apoptosi cellulare (durante la distruzione delle biomembrane si attivano i recettori di membrana (tale come: CD95, TNFR1, DR3, DR4 e altri) che attivano l'apoptosi cellulare).
Azione sulla pelle
Con il frequente contatto delle mani con il benzene, si osservano pelle secca, screpolature, prurito, arrossamento (di solito tra le dita), gonfiore e vesciche simili al miglio. A volte, a causa di lesioni cutanee, i lavoratori sono costretti a lasciare il lavoro.
La concentrazione massima consentita è 5 mg/m 3 .
Sicurezza
Lavorare con il benzene comporta il rischio di avvelenamento e gravi problemi di salute. Il benzene è un liquido altamente volatile (volatilità 320 mg/l a 20°C) con un alto grado accensione, pertanto, quando si lavora con esso, è necessario osservare le precauzioni di sicurezza per lavorare con liquidi infiammabili. I vapori di benzene sono molto pericolosi, poiché possono formare miscele esplosive con l'aria. Attualmente, l'uso del benzene come solvente organico è fortemente limitato a causa della tossicità e degli effetti cancerogeni dei suoi vapori e degli effetti negativi sulla pelle. Lavorare con il benzene in laboratorio prevede anche la sua limitazione (rigorosamente regolamentata). Si consiglia di utilizzare il benzene negli esperimenti solo in piccoli volumi (non più di 50 ml), il lavoro deve essere eseguito esclusivamente con guanti di gomma fluorurata (il lattice si dissolve e si gonfia se esposto al benzene).
- conservare vicino a fonti di calore, fiamme libere, agenti ossidanti forti, alimenti e così via,
- lasciare aperti contenitori contenenti benzene, fumo,
- utilizzare contenitori di benzene per uso alimentare, lavarsi le mani, stoviglie,
- lavorare in una stanza chiusa e poco ventilata con una temperatura dell'aria superiore a 30 ° C,
- utilizzare un grande volume di una sostanza come solvente,
- lavorare senza dispositivi di protezione della pelle delle mani, degli occhi e degli organi respiratori.
Ecologia
Il benzene è una sostanza pericolosa per l'ambiente, un tossico di origine antropica. Le principali fonti di benzene che entrano nel ambiente co liquame o le emissioni nell'aria sono le industrie petrolchimiche e del coke, la produzione e il trasporto di carburanti. Dai serbatoi, il benzene si volatilizza facilmente, è in grado di trasformarsi dai suoli in piante, il che rappresenta una seria minaccia per gli ecosistemi.
Il benzene ha la proprietà di accumularsi, grazie alla sua lipofilia è in grado di depositarsi nelle cellule del tessuto adiposo degli animali, avvelenandoli così.