Benzen

Benzen
Generál
Systematické jméno	Benzen
Jiná jména	Benzol
Molekulární vzorec	C6H6
Úsměvy	C1 = CC = CC = C1
InChI	InChI = 1/C6H6 / c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H
Molární hmotnost	78.11 g/mol
Vzhled	Bezbarvá kapalina
CAS číslo	[71-43-2]
Vlastnosti
Hustota a fáze	0.8786 g/cm?, kapalina
Rozpustnost v voda	1.79 g/l (25 ° C)
Teplota tání	5.5 ° C (278.6 K)
Teplota varu	80.1 ° C (353.2 K)
Viskozita	0.652 cP u 20 ° C
Struktura
Molekulární tvar	Rovinný
Skupina symetrie	D6h
Moment dvojpólu	0 D
Rizika
MSDS	Externí MSDS
EU klasifikace	Hořlavý (F) Carc. Cat. 1 Muta. Cat. 2 Jedovatý (T)
NFPA 704
R-fráze	R45, R46, R11, R36/38, R48/23/24/25, R65
S-fráze	S53, S45
Teplota vzplanutí	? 11 ° C
Teplota vznícení	561 ° C
RTECS číslo	CY1400000
Příbuzné směsi
Příbuzný uhlovodíky	cyclohexane naftalen
Příbuzné směsi	toluen borazine
Kromě uvedených výjimek jinak, data jsou dávána pro materiály v jejich standardní stát (u 25 ° C, 100 kPa) Infobox dementi a odkazy

Benzen, také známý jak C₆H₆, PhH, a benzol, je organická chemická sloučenina, která je bezbarvá a hořlavá kapalina se sladkou vůní. Je to carcinogen. Benzen je už ne používán jako přísada v benzínu, ale to je důležité technické rozpouštědlo a předchůdce ve výrobě drog, plastů, umělé gumy a barev. Benzen je přirozená složka nafty, ale to je obvykle syntetizováno od ostatních sloučenin přítomných v ropě. Benzen je aromatický uhlovodík a sekunda [n] - annulene ([ 6] - annulene).

Historie

Benzen byl objeven v 1825 anglickým vědcem Michael Faraday, kdo izoloval to od olejového plynu a dával tomu jméno bicarburet vodíku. V 1833, lékárna Němce Eilhard Mitscherlich produkoval to přes destilaci benzoové kyseliny (od benzoin žvýkačky) a citrus. Mitscherlich dal směsi jméno benzin. V 1845, anglická lékárna Charles Mansfield, pracování pod Augustem Wilhelmem von Hofmanna, izoloval benzen od uhelného dehtu. O čtyři roky později, Mansfield začal první průmyslový-zmenšená výroba benzenu, založený na metodě kamenouhelného dehtu.

Struktura

Vzorec benzenu (C₆H₆) způsobil tajemství pro některé čas po jeho objevení jak žádné vysvětlení byli shledal, že to mohlo odpovídat za všechny svazky — uhlík obvykle tvoří čtyři jednoduché vazby a vodík jeden.

Lékárna Friedrich August Kekulé von Stradonitz byl první odvodit prstenovou strukturu benzenu. An často-opakovaný příběh prohlašuje, že po rokách studujícího uhlíkového propojení, benzenu a příbuzných molekul, on snil jednu noc Ouroboros, had, který jí jeho vlastní ocas, a to na se probouzet on byl inspirován odvodit prstenovou strukturu benzenu. Nicméně, příběh nejprve objevil se v Berichte der Durstigen Chemischen Gesellschaft (Žurnál žíznivé chemické společnosti), parodie Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, který se objevil každoročně v pozdní-19. století na příležitosti kongresu německých lékáren; jako takový, to je pravděpodobně být léčen opatrností.

Zatímco jeho (formálnější) požadavky byly dobře-uveřejněný a přijímaný, brzy-dvacátá léta Kekulé autor životopisů přišel k závěru, že Kekulé chápání tetravalent povahy propojení uhlíku záviselo na předchozím výzkumu Archibalda Scotta Couper (1831-1892); další, lékárna Rakušana Josef Loschmidt (1821-1895) dříve navrhl cyklickou strukturu pro benzen jak brzy jak 1861. Cyklická povaha benzenu byla nakonec potvrzena významným crystallographer Kathleen Lonsdale.

Benzen představuje zvláštní problém v tom, odpovídat za všechny svazky, tam muset být střídající dvojité uhlíkové svazky:

Používat rentgenovou difrakci, výzkumníci objevili, že všichni uhlíku-svazky uhlíku v benzenu jsou stejné délky a to je znáno že jednoduchá vazba je delší než dvojná vazba. Navíc, délka svazku, vzdálenost mezi dvěma spojenými atomy v benzenu je větší než dvojná vazba, ale kratší než jednoduchá vazba. Tam vypadal, že je v účinku, svazku a polovině mezi každým uhlíkem.

Toto je vysvětleno delocalization elektronu. Aby si představil toto, jeden by měl zvažovat pozici elektronů v poutech benzenu. Jedna reprezentace je že struktura existuje jako superpozice takzvaný resonance struktury, spíše než jedna forma individuálně. Tento delocalisation elektronů je známý jako aromaticity, a dá benzenu velkou stabilitu. Toto je základní vlastnost aromatických chemikálií to odlišuje je od non-aromatics. To odráží delocalised povahu propojení, benzen může být zobrazen jako kruh uvnitř šestiúhelníku v diagramech chemické struktury:

Jak je obyčejný v diagramech organických struktur, atomy uhlíku v diagramu nahoře vlevo unlabeled.

Benzen nastane dostatečně často jako součást organických molekul že tam je symbol unikóda s kódem 232C reprezentovat to. Mnoho fontů nemá tuto Unicode povahu, tak prohlížeč nemůže být schopný zobrazovat to správně.

Substituted benzenes

Mnoho důležitých chemikálií je nezbytně benzen, s jedním nebo více atomů vodíku nahrazených další funkční skupinou. Příklady jednoduchých benzenových derivátů jsou phenol, toluene a aniline. Příklady slitých aromatických uhlovodíků jsou naftalen a anthracene.

V heterocycles, atomy uhlíku v benzenovém jádru jsou nahrazené dalším prvkem takový jako pyrazine, pyridazine, pyridine a pyrimidine. Viďte jednoduchý aromatický kruh pro analogs benzenu.

Výroba

Benzen může vyplývat kdykoli uhlík-bohaté materiály podstoupí neúplné spalování. To je produkováno přirozeně v sopkách a lesních požárech, a je také součást cigaretového kouře.

Zvyšujte až do druhé světové války, většina benzenu bylo produkováno jako vedlejší produkt výroby koly v ocelářském průmyslu. Nicméně, v padesátých létech, zvýšený požadavek na benzen, obzvláště od pěstování průmysl plastů, vyžadoval výrobu benzenu od ropy. Dnes, nejvíce benzen přijde z petrochemického průmyslu, s jen bytí malého zlomku produkovalo od uhlí.

Tři chemické procesy přispívají stejně k průmyslovému benzenu výroba: katalytické reformování, toluene hydrodealkylation a popraskání páry.

Katalytické reformování

V katalytickém reformování, směs uhlovodíků s body varu mezi 60-200 ° C je harmonoval s plynem vodíku, pak vystavený k chloridu platiny nebo rhenium chlórovému katalyzátoru u 500-525 ° C a tlačí na vytyčování od 8-50 atm. Za těchto podmínek, aliphatic uhlovodíky tvoří prsteny a ztrácejí vodík se stát aromatickými uhlovodíky. Aromatické produkty reakce jsou pak rozvedené se směsicí reakce těžbou s některým jeden z množství rozpouštědel, včetně diethylene glycol nebo sulfolane a benzen je pak rozvedený s jinými aromatics destilací.

Toluene hydrodealkylation

Toluene hydrodealkylation přemění toluene na benzen. V tomto procesu, toluene je míchán s vodíkem, pak vynechal chróm, molybdenum nebo platinový kysličníkový katalyzátor u 500-600 ° C a 40-60 atm tlak. Někdy, vyšší teploty jsou používány místo katalyzátoru. Za těchto podmínek, toluene podstoupí dealkylation podle chemické rovnice:

C₆H₅CH₃ + H₂ ? C₆H₆ + CH₄

Výnosy typické reakce překročí 95 %. Někdy, xylene a těžší aromatics jsou používány na místě toluene, s podobnou efektivitou.

Toluene disproportionation

Kde chemický komplex má podobné požadavky na jak benzen tak xylene pak disproportionation toluene (TDP) smět být atraktivní alternativa. Široce mluvit 2 toluene molekuly jsou působeny a skupiny methyl přeskupené od jednoho toluene molekulu k jiný, dávat jednu molekulu benzenu a jednu molekulu xylene.

Daný ten požadavek na paraxylene (p-xylene) podstatně překoná požadavek na jiné izomery xylene, refinement TDP proces volal Vybíravý TDP (STDP) smět být používán. V tomto procesu, potok xylene vystupovat TDP jednotka je přibližně 90 % paraxylene.

Parní popraskání

Popraskání páry je proces zvyklý na ethylene produkce a jiné olefiny od aliphatic uhlovodíků. Závisení na feedstock produkovalo olefiny, popraskání páry může produkovat benzen-bohatý kapalný vedlejší produkt volal benzín pyrolysis. Pyrolysis benzín může být míchán s jinými uhlovodíky jako přísada benzínu, nebo destilovaný rozdělit to na jeho součásti, včetně benzenu.

Použití

V 19. a brzy-20. století, benzen byl používán jako voda po holení protože jeho příjemné vůně. Prior k dvacátým létům, benzen byl často používaný jako technické rozpouštědlo, obzvláště pro kov odmašťování. Jak jeho jedovatost stala se zřejmá, jiná rozpouštědla nahradila benzen v aplikacích, které přímo vystavily uživatele benzenu.

Benzen byl také používán zpočátku decaffeinate kávu dovozcem Němce Lugwig Roselius v 1903. Toto vedení k výrobě Sanka, - ka pro kaffein, ale později přestal s použitím benzenu.

Jako přísada benzínu, benzen zvětšuje oktanové číslo a redukuje klepání. Jako výsledek, benzín často obsahoval několik benzenu procenta před padesátýma léty, když tetraethyl vedení nahradilo to jak nejvíce široce-použitá antiknock přísada. Nicméně, s globálními phaseout olovnatého benzínu, benzen vrátil se na scénu jako přísada benzínu v některých národech. Ve Spojených státech, znepokojení nad jeho negativními zdravotními účinky a možnosti benzenu zadá podzemní vodu vedli k přísnému předpisu benzínu je obsah benzenu, s hodnotami kolem 1 % typický. Evropan specifikace benzínu nyní obsahují stejný 1 % limit na obsah benzenu.

Zdaleka největší použití benzenu je jak přechodný dělat ostatní chemikálie. Nejvíce široce-vytvořené deriváty benzenu styrene, který je používán dělat polymery a plasty, phenol pro pryskyřice a adhesives (přes cumene), a cyclohexane, který je používán v Nylon výrobě. Menší množství benzenu jsou používána dělat některé druhy gum, mazadla, barvy, čistící prostředky, drogy, explosives a pesticidy.

V laboratorním výzkumu, toluene je nyní často substituted pro benzen protože starostí o zdraví.

Reakce benzenu

• Electrophilic aromatická náhrada

Electrophilic aromatická náhrada je obecná metoda substituting aromatických kruhů taková jako benzen. Benzen je nucleophilic dost, tak to, v přítomnosti silného electrophiles takové jak acylium ionty nebo alkyl carbocations, reakce bude nastávat nakonec dát substituted benzenes.

Friedel-Crafts acylation je specifický příklad electrophilic aromatické náhrady. Reakce je acylation aromatického kruhu (takový jako benzen) s chloridem acyl používat silný Lewis kyselinový katalyzátor.

Jako Friedel-Crafts acylation, Friedel-Crafts alkylation zahrnuje alkylation aromatického kruhu (takový jako benzen) a alkyl halide používat silný Lewis kyselinový katalyzátor.

Jiné hlavní reakční typy jsou aromatické nitration a aromatické sulfonation.

• Nucleophilic aromatické náhrady se konají mezi electrophilic substituted směsi benzenu a nucleophiles
• Hydrogenation benzenu a deriváty je možný se zvláštními katalyzátory u vysokého vodíkového tlaku.

• Nitration benzen podstoupí nitration reakce s ionty nitronioum jak electrophile.

Když vy ohříváte benzen s koncentrovanými sulphuric a dusičnou kyselinou, vy dostanete se nitrobenzene

Efekty zdraví

Projev benzenu má vážné zdravotní účinky. Dýchat velice vysoké úrovně benzenu mohou skončit smrtí, zatímco vysoké úrovně mohou způsobit ospalost, závrať, rychlá srdeční frekvence, bolení hlavy, otřesy, zmatek, a bezvědomí. Jíst nebo pít jídla obsahovat vysoké úrovně benzenu může zvracení příčiny, dráždění žaludku, závrať, ospalost, křeče, rychlá srdeční frekvence, a smrt.

Hlavní účinek benzenu od chronický (dlouhodobý) projev je ke krvi. Benzen poškodí kostní dřeň a moci způsobit pokles v červené krvinky, vést k chudokrevnosti. To může také způsobit nadměrné krvácení a stlačit imunitní systém, zvětšovat naději na nákazu.

Některé ženy, které dýchaly vysoké úrovně benzenu pro mnoho měsíců měly nepravidelná menstruační období a pokles ve velikosti jejich vaječníků. To není známé zda projev benzenu ovlivní vyvíjející se zárodek v těhotných ženách nebo úrodnost u mužů.

Studia zvířete ukazovala nízké porodní hmotnosti, zpomalenou kostěnou formaci a škodu kostní dřeně, když těhotná zvířata dýchala benzen.

Americké ministerstvo zdraví a sociálních péčí (DHHS) klasifikuje benzen jako lidský carcinogen. Dlouhodobé vystavení vysokým úrovním benzenu ve vzduchu může způsobit leukémii, potenciálně smrtelná rakovina krve-tvořit orgány. Zvláště, akutní myeloidní leukémie (AML) může být způsoben benzenem.

Několik testů může se ukázat jestliže vy jste byli vystaveni benzenu. Tam je test na měřící benzen v dechu; tento test musí být dělán brzy po projevu. Benzen může také být změřen v krvi; nicméně, protože benzen mizí rychle z krve, měření jsou přesná jen pro nedávné projevy.

V těle, benzen je metabolizován. Jistý metabolites může být změřen v urine. Nicméně, tento test musí být dělán brzy po projevu a je ne spolehlivý indikátor jak hodně benzenu vy jste byli vystavení k, protože stejný metabolites může být přítomný v urine od jiných zdrojů.

Americká ochrana životního prostředí agentura stanovila maximální dovolenou úroveň benzenu v pitné vodě u 0.005 miligramy na litr (0.005 mg/L). EPA vyžaduje to se rozlije nebo accidental vydání do životního prostředí 10 liber (4.5 kg) nebo více benzenu být reportoval EPA.

Americká bezpečnost práce a administrace zdraví (OSHA) dal dovolený projev limit 1 díla benzenu na milión dílů vzduchu (1 ppm) na pracovišti během 8-pracovní den hodiny, 40-hodina workweek.

V březnu 2006, úředník Food agentura standardů v Británii řídila přehled 150 značek měkkých nápojů. To našlo to čtyři obsahoval úrovně benzenu nahoře World zdravotní organizační limity. Zasažené dávky byly odstraněny od prodeje.

V současné historii tam bylo mnoho příkladů škodlivých zdravotních účinků benzenu a jeho derivátů. Jedovatý olejový syndrom způsobil lokalizovaný imunní-potlačení v Madridu v roce 1981 od lidí přijímat benzen-kontaminoval olivový olej. Syndrom chronické únavy také byl velmi korelovaný s lidmi, kteří jedí “denatured” jídlo to používat rozpouštědla, aby odstranil tuk nebo obsahovat benzoovou kyselinu.

Pracovníci v různých průmyslech, které dělají nebo používají benzen mohou být v ohrožení pro bytí vystavené k vysokým úrovním této karcinogenní chemikálie. Průmysly, které zahrnují použití benzenu zahrnují gumárenský průmysl, ropné rafinérie, chemické továrny, výrobcové obuvi a benzín líčili průmysly. V roce 1987, OSHA odhadoval, že asi 237,000 pracovníků ve Spojených státech bylo potenciálně vystavené k benzenu a to není známé jestliže toto číslo podstatně měnilo se od té doby.

Voda a znečištění půdy jsou důležité stezky starosti o přenos kontaktu benzenu. V USA osamoceně tam je přibližně 100,000 různých míst, která mají půdu benzenu nebo znečištění podzemní vody. V roce 2005, dodávka vody k městu Harbina v Číně s populací téměř devět miliónů lidí, byl uříznut protože majora projev benzenu. Benzen prosákl do Songhua řeky, který dodává pitnou vodu do města, po explozi u Číny národní Petroleum korporace (CNPC) továrna ve městě Jilin na 13 listopadu.

Nyní jsou některá znepokojení nad potenciálem pro přítomnost benzenu ve slabých nápojích.