BENTSEENI: HISTORIA, RAKENNE, OMINAISUUDET, JOHDANNAISET, KÄYTTÖ - KEMIA

Bentseeni on orgaaninen yhdiste, joka koostuu yhdestä yksinkertaisimpia aromaattisia hiilivetyjä. Sen kemiallinen kaava on C ₆ H ₆, joista tiedetään, että suhde hiiltä ja vetyä on yhtä suuri kuin 1; toisin sanoen, että jokaisessa hiilessä on siihen liitetty vety.

Vaikka sen fyysinen ulkonäkö on väritöntä nestettä, sitä esiintyy luonnollisesti öljyssä ja öljytuotteissa. Sen tuoksu on erittäin tyypillinen, koska se muistuttaa liiman, bitumin ja bensiinin seosta; toisaalta se on haihtuvaa ja syttyvää nestettä.

Pullo bentseenillä. Lähde: Air1404

Yllä oleva kuva osoittaa säiliön tai pullon, jossa on bentseeniä, oletettavasti puhtaana ei-analyyttisesti. Jos bentseenihöyryt paljastuvat, ne leviävät heti koko laboratorioon. Tästä syystä tätä nestettä, jota käytetään yleisesti yksinkertaisena liuottimena, käsitellään savukaapin sisällä.

Koska sen kaava oli C ₆ H ₆, XIX vuosisadan kemistit herättivät lukuisia mahdollisia rakenteita, jotka vastaisivat mainittua C / H-suhdetta yhtä kuin 1. Ei vain tämä, vaan bentseenimolekyylin piti olla erityisiä sidoksia siten, että se voitaisiin selittää sen epätavallinen stabiilisuus lisäysreaktioita vastaan; tyypillinen alkeenille ja polyeenille.

Siksi heidän yhteyksensä edustivat arvoitusta tuon ajan kemisteille; kunnes aromaattisuuteen nimeltään ominaisuus otettiin käyttöön. Ennen kuin heksaasyklotrieeniä pidetään (kolmella C = C-sidoksella), bentseeniä on paljon enemmän kuin se, ja se on toinen monista esimerkkeistä synergiasta kemiassa.

Orgaanisessa kemiassa bentseeni on klassinen symboli, rakenteellinen perusta monille polyaromaattisille yhdisteille. Sen kuusikulmiosta saadaan loputtomia johdannaisia aromaattisella elektrofiilisellä substituutiolla; rengas, jonka reunoista uusia yhdisteitä määrittelevä rakenne on kudottu.

Itse asiassa sen johdannaiset johtuvat laajasta teollisesta käytöstä, jota varten he tarvitsevat bentseeniä raaka-ainekseen. Liimojen ja tekstiilikuitujen valmistuksesta muoveihin, kumiin, pigmenteihin, lääkkeisiin ja räjähteisiin. Toisaalta bentseeniä löytyy luonnollisesti tulivuoreista, tulen tulipaloista, bensiinistä ja tupakansavusta.

Historia

Löytö ja nimet

Sen löytö juontaa juurensa vuoteen 1825, johtuen yleensä Michael Faradaystä, kun hän keräsi ja teki kokeita valaistuksessa käytetyn kaasun jäljellä olevan öljytuotteen kanssa. Tämän nesteen C / H-suhde oli lähellä yhtä, minkä vuoksi hän kutsui sitä ”kaasutettuksi vedyksi”.

Kemisti Auguste Laurent nimitti omituisen hiilivedyn ”feno”, joka on johdettu kreikkalaisesta sanasta ”phaínein”, joka tarkoittaa kirkasta (koska se saatiin kaasun palamisen jälkeen). Tiedeyhteisö ei kuitenkaan hyväksynyt tätä nimeä, ja se vallitsi vain 'fenyylinä' viitaten bentseenistä johdettuun radikaaliin.

Bentsoiinikumista kemisti Eilhard Mitscherlich, yhdeksän vuotta myöhemmin, onnistui tuottamaan saman yhdisteen; Siksi samalla hiilivedyllä, jota hän kastoi nimellä 'bentsiini', oli toinen lähde. He eivät myöskään pitäneet asianmukaista nimeä olettaakseen, että se oli alkaloidi, kuten kiniini.

Niinpä he korvasivat nimen 'bentsiini' ilmaisulla 'bentsoli'. Kuitenkin jälleen kerran oli ristiriitoja ja eroja siitä syystä, että termi "bentsoli" sekoitti hiilivedyn alkoholiksi. Silloin syntyi nimi ”bentseeni”, jota käytettiin ensin Ranskassa ja Englannissa.

Teollisuustuotanto

Sekä valaistuskaasu että bentsoiinikumi eivät olleet sopivia lähteitä bentseenin tuottamiseksi suuressa mittakaavassa. Charles Mansfield työskenteli August Wilhelm von Hofmannin kanssa yhdessä vuonna 1845 eristämällä bentseeniä (kaksikymmentä vuotta sen löytämisen jälkeen) kivihiilitervasta, joka on koksintuotannon sivutuote.

Näin alkoi bentseenin teollinen tuotanto kivihiilitervasta. Bentseenin saatavuus suurina määrinä helpotti sen kemiallisten ominaisuuksien tutkimista ja antoi sen mahdollisuuden liittyä muihin yhdisteisiin, joilla oli samanlainen reaktiivisuus. August Wilhelm von Hofmann itse keksi sanan "aromaattinen" bentseenille ja siihen liittyville yhdisteille.

Historialliset rakenteet

Elokuun Kekulén unelma

Friedrich August Kekulé sai hyönteisen bentseenin kuusikulmaisesta ja syklisestä rakenteesta ympäri vuoden 1865, mikä johtuu omituisesta unesta Uroboroksen kanssa, käärme, joka puree omaa häntäänsä piirtämällä ympyrän. Siksi hän uskoi, että bentseeniä voitaisiin pitää kuusikulmaisena renkaana, ja muut kemistit nostivat esiin mahdolliset rakenteet, jotka esitetään alla:

Kautta historian ajan ehdotetut bentseenirenkaan rakenteet. Lähde: Jü

Jotkut korkeammista rakenteista voisivat selittää bentseenin stabiilisuuden.

Kirja, renkaat ja prisma

Huomaa, että kolmas rakenne ei ole edes rengas vaan kolmion muotoinen prisma, jonka Albert Ladenburg ehdotti vuonna 1869; vasemmalla, yksi avoimen kirjan muodossa, jonka ehdotti Sir James Dewar vuonna 1867; ja sen oikealla puolella, yhdessä kaikkien vetyjen kanssa, jotka on suunnattu renkaan keskustaan, ehdotti Henry Edward Armstrong vuonna 1887.

Ensimmäinen rakenne, jonka Adolf Karl Ludwig Claus ehdotti vuonna 1867, on myös varsin erikoinen, koska CC-linkit ovat ristissä. Ja viimeinen oli Kekulén ”käärmerengas”, josta unelmoitiin vuonna 1865.

Mikä oli "voittaja"? Viides rakenne (vasemmalta oikealle), jonka vuonna 1899 ehdotti Johannes Thiele.

Tässä tutkimuksessa resonanssihybridiä tarkasteltiin ensimmäistä kertaa, joka yhdisti kaksi Kekulé-rakennetta (käännä ensimmäinen rengas oikealle tarkkailla sitä) ja selitti poikkeuksellisesti elektronien siirtymistä ja sen mukana sen aikaisempaa epätavallista stabiilisuutta. bentseeni.

Bentseenin rakenne

Aromaattinen bentseenirengas. Lähde: Benjah-bmm27

Yllä on Thielen ehdottama rakenne käyttämällä pallojen ja palkkien mallia.

Bentseenimolekyyli on litteä, vetyatomien osoittaessa ulospäin renkaan sivuilta. Kaikki hiiliatomia on sp ² hybridisaatio, jossa on p silmäkuopan käytettävissä perustaa aromaattinen järjestelmä, jossa kuusi elektroneja delocalize.

Näiden sp ² hiiltä ovat enemmän elektronegatiivinen kuin vetyjä, ja sen vuoksi, entinen peruuttaa elektronitiheys jälkimmäiseen (C _SP2 ^δ- H ^{δ +}). Näin ollen renkaan keskipisteessä on korkeampi elektronien pitoisuus kuin sen sivuilla.

Tarkemmin sanoen aromaattinen järjestelmä voidaan esittää pilvinä tai elektronisena tyynynä, joka on laajennettu kuusikulmaisen renkaan molemmille puolille; ja keskellä, sivuilla tai reunoilla elektroninen vajaus, joka koostuu vedyistä, joilla on positiivinen osittainen varaus.

Tämän sähkövarausten jakautumisen ansiosta bentseenimolekyylit voivat vuorovaikutuksessa toisiinsa dipoli-dipoli-voimien kautta; H ^{δ +} -atomit vetoavat viereisen renkaan aromaattiseen keskustaan (tämä esitetään alla).

Aromaattiset keskukset voidaan myös pinota päällekkäin hetkellisten dipolien induktion edistämiseksi.

Resonanssi

Bentseenin rakenteet ja resonanssihybridi. Lähde: Edgar181 Wikipediasta.

Kaksi Kekulé-rakennetta on esitetty kuvan yläosassa ja niiden alapuolella resonanssihybridi. Koska nämä kaksi rakennetta esiintyvät uudestaan ja uudestaan samaan aikaan, hybridiä edustaa keskellä piirretty ympyrä (samanlainen kuin "kuusikulmainen munkki").

Hybridiympyrä on tärkeä, koska se osoittaa bentseenin (ja monien muiden yhdisteiden) aromaattisen luonteen. Lisäksi hän huomauttaa, että linkit eivät ole niin pitkiä kuin CC, eivätkä ne ole yhtä lyhyitä kuin C = C; pikemminkin niiden pituus on molempien ääripäiden välillä. Siten bentseeniä ei pidetä polyeeninä.

Tämä on osoitettu mittaamalla bentseenin CC (139 pm) -sidosten pituudet, jotka ovat hieman pidentyneet kuin CH (109 pm) -sidokset.

kiteet

Bentseenin ortorombinen kiderakenne. Lähde: Ben Mills

Bentseeni on neste huoneenlämpötilassa. Sen molekyylien väliset voimat tarkoittavat, että vaikka sillä ei ole niin selvää dipolimomenttia, se voi pitää molekyylinsä yhdessä nesteessä, joka kiehuu 80ºC: ssa. Kun lämpötila laskee alle 5ºC, bentseeni alkaa jäätyä: ja siten saadaan sitä vastaavat kiteet.

Bentseenirenkaat voivat omata kiinteän rakenteen määritellyt rakennekuviot. Niiden dipolit saavat heidät kallistumaan vasemmalle tai oikealle, muodostaen rivejä, jotka pystytään tuottamaan ortorombiyksikön solulla. Siten bentseenikiteet ovat ortomombisia.

Yläkuvassa huomioidaan, että renkaiden kallistus suosii edellisissä alajaksoissa mainittua H ^{δ +: n} ja aromaattisten keskusten välistä vuorovaikutusta.

ominaisuudet

Molekyylimassa

78,114 g / mol.

Fyysinen ulkonäkö

Väritön neste, jolla on bensiinin kaltainen tuoksu.

Kiehumispiste

80 ° C.

Sulamispiste

5,5 ° C.

syttymispiste

-11ºC (suljettu kuppi).

Itsesyttymislämpötila

497,78 ° C.

Tiheys

0,8765 g / ml 20 ° C: ssa.

Liukoisuus

Yksi litra kiehuvaa vettä voi tuskin liuottaa 3,94 g bentseeniä. Sen apolaarinen luonne tekee siitä käytännöllisesti sekoittumattoman veden kanssa. Se on kuitenkin sekoittuva muiden liuottimien, kuten etanolin, eetterien, asetonin, öljyjen, kloroformin, hiilitetrakloridin jne. Kanssa.

Höyryn tiheys

2,8 ilman suhteen (eli melkein kolme kertaa niin tiheä).

Höyrynpaine

94,8 mm Hg lämpötilassa 25 ° C.

Palamislämpö

-3267,6 kJ / mol (nestemäiselle bentseenille).

Höyrystymislämpö

33,83 kJ / mol.

Pintajännitys

28,22 mN / m 25 ° C: ssa.

Taitekerroin

1,5011 20 ° C: ssa.

johdannaiset

Bentseenin vety voidaan korvata muilla ryhmillä tai atomilla. Siellä voi olla yksi tai useampia substituutioita, mikä lisää substituutioastetta, kunnes mikään alkuperäisistä kuudesta vedystä ei jää.

Oletetaan esimerkiksi, että bentseeni on Ph-H, jossa H on jokin sen kuudesta vetystä. Muistaen, että renkaan keskuksessa on suurempi elektronitiheys, se houkuttelee elektrofiilejä, jotka hyökkäävät renkaaseen H: n korvaamiseksi reaktiossa, jota kutsutaan elektrofiiliseksi aromaattiseksi substituutioksi (SEAr).

Jos tämä H korvataan OH: lla, meillä on Ph-OH, fenoli; on korvattu CH ₃, Ph-CH ₃, tolueeni; jos se on NH ₂, Ph-NH ₂, aniliini; tai jos se on CH ₂ CH ₃, Ph-CH ₂ CH ₃, etyylibentseeni.

Johdannaiset voivat olla samoja tai myrkyllisempiä kuin bentseeni, tai päinvastoin niistä voi tulla niin monimutkaisia, että niillä on toivottava farmakologinen vaikutus.

Sovellukset

Se on hyvä liuotin monille erilaisille yhdisteille, joita esiintyy esimerkiksi maalissa, lakoissa, liimoissa ja pinnoitteissa.

Samoin se voi liuottaa öljyjä, rasvoja tai vahoja, minkä vuoksi sitä on käytetty uuttamisliuottimena essensseille. Ludwig Roselius käytti tätä ominaisuutta vuonna 1903 kahvin kofeiinitukseen. Operaatio oli jo käyttämättä bentseenin myrkyllisyyden vuoksi. Samoin sitä käytettiin aikaisemmin metallien rasvanpoistoon.

Yhdessä klassisesta käytöstään se ei toimi liuottimena, vaan lisäaineena: lisää bensiinin oktaanilukumäärää korvaamalla lyijy tähän tarkoitukseen.

Bentseenin johdannaisilla voi olla erilaisia käyttötarkoituksia; jotkut toimivat torjunta-aineina, voiteluaineina, pesuaineina, muoveina, räjähteinä, hajusteilla, väriaineilla, liimoilla, lääkkeillä jne. Jos bentseenirengas havaitaan rakenteessaan, on melko todennäköistä, että sen synteesi on alkanut bentseenistä.

Tärkeimpiä johdannaisia ovat: kumeeni, ksyleeni, aniliini, fenoli (fenolihartsien synteesiksi), bentsoehappo (säilöntäaine), sykloheksaani (nailonin synteesiä varten), nitrobentseeni, resorsinoli ja etyylibentseeni.

nimistö

Bentseenijohdannaisten nimikkeistö vaihtelee substituutioasteen, substituenttiryhmien ja niiden suhteellisten asemien mukaan. Siten bentseenillä voidaan suorittaa substituutioita mono-, di-, tri-, tetra-, jne

Kun kaksi ryhmää on kiinnitetty vierekkäisiin hiileihin, käytetään nimitystä 'orto'; jos niiden erottamisen välillä on hiili, 'meta'; ja jos hiilet ovat vastakkaisissa paikoissa, 'para'.

Seuraavissa kuvissa on esimerkkejä bentseenijohdannaisista, joiden vastaavia nimiä säätelee IUPAC. Niitä seuraa myös yleisiä tai perinteisiä nimiä.

Bentseenin monohoitoaineet. Lähde: Gabriel Bolívar.

Muut bentseenijohdannaiset. Lähde: Gabriel Bolívar.

Huomaa, että trisubstituoidussa bentseenissä orto-, para- ja meta-indikaattorit eivät ole enää käyttökelpoisia.

Myrkyllisyys

Bentseeni on yhdiste, jota on käsiteltävä varoen. Ottaen huomioon sen erityinen haju, välittömät kielteiset vaikutukset voivat olla tukehtuminen, huimaus, päänsärky, vapina, uneliaisuus, pahoinvointi ja jopa kuolema (suurella altistuksella). Edellä mainitun lisäksi nieltynä se voi aiheuttaa vakavia vatsakipuja ja kouristuksia.

Lisäksi pitkäaikaiset vaikutukset jatkuvalla altistumisella tälle nesteelle ovat syöpää aiheuttavia; lisää mahdollisuuksia, että henkilö kärsii tietyntyyppisestä syövästä, erityisesti verisyövästä: leukemia.

Veressä se voi vähentää punasolujen konsentraatiota aiheuttaen anemiaa ja vaikuttaa myös luuytimeen ja maksaan, missä elin rinnastaa sen tuottamaan vielä myrkyllisempiä bentseenijohdannaisia; esimerkiksi hydroksikinoni. Se kertyy myös munuaisiin, sydämeen, keuhkoihin ja aivoihin.

Viitteet

Morrison, RT ja Boyd, RN (1987). Orgaaninen kemia. (5. painos). Addison-Wesley Iberoamericana.
Carey, FA (2008). Orgaaninen kemia. (6. painos). McGraw-Hill, Interamerica, Editores SA
Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaninen kemia. Amiineja. (10. painos.). Wiley Plus.
Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Bentseeni. PubChem-tietokanta. CID = 241, palautettu osoitteesta: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Wikipedia. (2019). Bentseeni. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
Garcia Nissa. (2019). Mikä on bentseeni? - Käyttö, rakenne ja kaava. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
Tautien torjunta- ja ehkäisykeskukset. (4. huhtikuuta 2018). Tietoja bentseenistä. Palautettu: ārkārtas.cdc.gov
Maailman terveysjärjestö. (2010). Altistus bentseenille: merkittävä kansanterveyden huolenaihe.. Palautettu: Who.int
Fernández Germán. (SF). Bentseeninimikkeistöongelmat. Orgaaninen kemia. Palautettu osoitteesta: quimicaorganica.org

BENTSEENI: HISTORIA, RAKENNE, OMINAISUUDET, JOHDANNAISET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026