Rovnice pro spalovací reakci benzenu v kyslíku. Chemické vlastnosti benzenu. III. Oxidační reakce

První skupinou reakcí jsou substituční reakce. Řekli jsme, že areny nemají ve struktuře molekuly vícenásobné vazby, ale obsahují konjugovaný systém šesti elektronů, který je velmi stabilní a dodává benzenovému kruhu další sílu. Proto v chemické reakce Především dochází k nahrazení atomů vodíku, spíše než k destrukci benzenového kruhu.

Se substitučními reakcemi jsme se již setkali, když jsme hovořili o alkanech, ale u nich tyto reakce probíhaly podle radikálního mechanismu a u arenů iontový mechanismus substituční reakce.

První halogenace chemických vlastností. Nahrazení atomu vodíku atomem halogenu, chloru nebo bromu.

Reakce probíhá při zahřívání a vždy za účasti katalyzátoru. V případě chlóru to může být chlorid hlinitý nebo chlorid železitý tři. Katalyzátor polarizuje molekulu halogenu, což způsobuje štěpení heterolytické vazby a produkci iontů.

Chlór je kladně nabitý iont a reaguje s benzenem.

Pokud k reakci dochází s bromem, pak je katalyzátorem bromid železitý nebo bromid hlinitý.

Je důležité poznamenat, že k reakci dochází s molekulárním bromem a nikoli s bromovou vodou. Benzen nereaguje s bromovou vodou.

Halogenace homologů benzenu má své vlastní charakteristiky. V molekule toluenu methylová skupina usnadňuje substituci v kruhu, zvyšuje se reaktivita a reakce probíhá za mírnějších podmínek, tedy při teplotě místnosti.

Je důležité poznamenat, že substituce vždy nastává v poloze ortho a para, takže se získá směs izomerů.

Druhý vlastnosti nitrace benzenu, zavedení nitroskupiny do benzenového kruhu.

Těžká nažloutlá kapalina s vůní hořkých mandlí vzniká nitrobenzen, takže reakce může být kvalitativní jako benzen. K nitraci se používá nitrační směs koncentrované kyseliny dusičné a sírové. Reakce se provádí zahříváním.

Připomínám, že pro nitraci alkanů v Konovalovově reakci zředěný Kyselina dusičná bez přidání síry.

Při nitraci toluenu, stejně jako při halogenaci, vzniká směs ortho- a para-izomerů.

Třetí vlastnost alkylace benzenu halogenalkany.

Tato reakce umožňuje zavedení uhlovodíkového radikálu do benzenového kruhu a lze ji považovat za způsob výroby homologů benzenu. Jako katalyzátor se používá chlorid hlinitý, který podporuje rozklad molekuly halogenalkanu na ionty. Vytápění je také nutné.

Čtvrtý vlastnost alkylace benzenu alkeny.

Tímto způsobem můžete získat například kumen nebo ethylbenzen. Katalyzátor chlorid hlinitý.

2. Adiční reakce na benzen

Druhou skupinou reakcí jsou adiční reakce. Řekli jsme, že tyto reakce nejsou typické, ale jsou možné za poměrně přísných podmínek s destrukcí pí-elektronového oblaku a vytvořením šesti sigma vazeb.

Pátý vlastnost v obecném seznamu hydrogenace, adice vodíku.

Teplota, tlak, katalyzátor nikl nebo platina. Toluen může reagovat stejným způsobem.

Šestý chlorace majetku. Upozorňujeme, že mluvíme konkrétně o interakci s chlórem, protože brom do této reakce nevstupuje.

Reakce probíhá pod silným ultrafialovým zářením. Vzniká hexachlorcyklohexan, jiný název pro hexachloran, pevná látka.

Je důležité si uvědomit, že pro benzen nemožné adiční reakce halogenovodíků (hydrohalogenace) a adice vody (hydratace).

3. Substituce v postranním řetězci homologů benzenu

Třetí skupina reakcí se týká pouze homologů benzenu – jedná se o substituci v postranním řetězci.

Sedmý vlastnost v obecném seznamu halogenace na alfa atomu uhlíku v postranním řetězci.

Reakce nastává při zahřátí nebo ozáření a vždy pouze na alfa uhlíku. Jak halogenace pokračuje, druhý atom halogenu se vrátí do polohy alfa.

4. Oxidace homologů benzenu

Čtvrtou skupinou reakcí je oxidace.

Benzenový kruh je příliš silný, takže benzen neoxiduje manganistan draselný nezbarvuje svůj roztok. To je velmi důležité mít na paměti.

Ale homology benzenu se při zahřívání oxidují okyseleným roztokem manganistanu draselného. A to je osmá chemická vlastnost.

Tím vzniká kyselina benzoová. Pozoruje se odbarvení roztoku. V tomto případě, bez ohledu na to, jak dlouhý je uhlíkový řetězec substituentu, se vždy po prvním atomu uhlíku přeruší a atom alfa se oxiduje na karboxylová skupina s tvorbou kyseliny benzoové. Zbytek molekuly se oxiduje na odpovídající kyselinu nebo, pokud se jedná pouze o jeden atom uhlíku, na oxid uhličitý.

Pokud má homolog benzenu na aromatickém kruhu více než jeden uhlovodíkový substituent, probíhá oxidace podle stejných pravidel – uhlík umístěný v alfa poloze se oxiduje.

Tento příklad produkuje dvojsytnou aromatickou kyselinu nazývanou kyselina ftalová.

Zvláště bych rád poznamenal oxidaci kumenu, isopropylbenzenu, vzdušným kyslíkem v přítomnosti kyseliny sírové.

Jedná se o tzv. kumenovou metodu výroby fenolu. Zpravidla se s touto reakcí setkáváme ve věcech souvisejících s výrobou fenolu. Jedná se o průmyslovou metodu.

Devátý spalování vlastností, úplná oxidace kyslíkem. Benzen a jeho homology hoří na oxid uhličitý a vodu.

Napišme rovnici spalování benzenu v obecném tvaru.

Podle zákona zachování hmotnosti by mělo být nalevo tolik atomů, kolik je atomů napravo. Protože při chemických reakcích atomy nezanikají, ale prostě se mění pořadí vazeb mezi nimi. Takže molekul oxidu uhličitého bude tolik, kolik je atomů uhlíku v molekule arenu, protože molekula obsahuje jeden atom uhlíku. Tedy n molekul CO 2 . Bude dvakrát méně molekul vody než atomů vodíku, tedy (2n-6)/2, což znamená n-3.

Nalevo i napravo je stejný počet atomů kyslíku. Vpravo jsou 2n z oxidu uhličitého, protože každá molekula má dva atomy kyslíku plus n-3 z vody, celkem tedy 3n-3. Vlevo je stejný počet atomů kyslíku 3n-3, což znamená, že molekul je dvakrát méně, protože molekula obsahuje dva atomy. Tedy (3n-3)/2 molekuly kyslíku.

Sestavili jsme tedy rovnici pro spalování homologů benzenu v obecném tvaru.

Areny jsou aromatické uhlovodíky obsahující jeden nebo více benzenových kruhů. Benzenový kruh se skládá ze 6 atomů uhlíku, mezi kterými se střídají dvojné a jednoduché vazby.

Je důležité si uvědomit, že dvojné vazby v molekule benzenu nejsou pevné, ale neustále se pohybují v kruhu.

Areny se také nazývají aromatické uhlovodíky. Prvním členem homologní řady je benzen - C 6 H 6 . Obecný vzorec jejich homologní řady je CnH2n-6.

Na dlouhou dobu strukturní vzorec benzen zůstal záhadou. Vzorec navržený Kekulem se dvěma trojnými vazbami nemohl vysvětlit skutečnost, že benzen nevstupuje do adičních reakcí. Jak bylo uvedeno výše, podle moderních konceptů se dvojné vazby v molekule neustále pohybují, takže je správnější je nakreslit ve formě kruhu.

Díky dvojným vazbám v molekule benzenu dochází ke konjugaci. Všechny atomy uhlíku jsou ve stavu sp2 hybridizace. Úhel vazby - 120°.

Názvosloví a izomerie arenů

Názvy arenů vznikají přidáním názvů substituentů k hlavnímu řetězci - benzenovému kruhu: benzen, methylbenzen (toluen), ethylbenzen, propylbenzen atd. Náhradníci jsou jako obvykle uvedeni v abecedním pořadí. Pokud je na benzenovém kruhu několik substituentů, zvolí se mezi nimi nejkratší cesta.

Areny se vyznačují strukturní izomerií spojenou s polohou substituentů. Například dva substituenty na benzenovém kruhu mohou být umístěny v různých polohách.

Poloha substituentů na benzenovém kruhu je pojmenována na základě jejich vzájemné polohy. Značí se předponami ortho-, meta- a para. Níže naleznete mnemotechnické tipy, jak si je úspěšně zapamatovat;)

Získání arén

Arény se získávají několika způsoby:

Chemické vlastnosti arenů

Areny jsou aromatické uhlovodíky, které obsahují benzenový kruh s konjugovanými dvojnými vazbami. Tato funkce ztěžuje (a přesto je to možné!) reakce přidání!

Pamatujte, že na rozdíl od jiných nenasycených sloučenin benzen a jeho homology nezbarvují bromovou vodu a roztok manganistanu draselného.

Tento článek napsal Jurij Sergejevič Bellevič a je jeho duševním vlastnictvím. Kopírování, šíření (včetně kopírování na jiné stránky a zdroje na internetu) nebo jakékoli jiné použití informací a předmětů bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je trestné ze zákona. Chcete-li získat materiály k článku a povolení k jejich použití, kontaktujte




Systematický název	benzen
Zkratky	PhH
Tradiční jména	vysoušeč vlasů (Laurent, 1837), fenyl vodík, benzen
Chem. vzorec	C6H6
Stát	kapalina
Molární hmotnost	78,11 g/mol
Hustota	0,8786 g/cm³
Dynamická viskozita	0,0652 Pa s
Ionizační energie	9,24 ± 0,01 eV
T. plovák.	5,5°
T. kip.	80,1°
T. vsp.	-11°
T. svspl.	562°
Atd. exploze	1,2 ± 0,1 obj. %
Tlak páry	75 ± 1 mmHg
Rozpustnost ve vodě	0,073 g/100 ml
GOST	GOST 5955-75
Reg. Číslo CAS	71-43-2
PubChem	241
Reg. číslo EINECS	200-753-7
ÚSMĚVY	C1=CC=CC=Cl
InChI
RTECS	CY1400000
ChEBI	16716
ChemSpider	236
Toxicita	toxický, má karcinogenní a narkotické vlastnosti
Signalizující slovo	NEBEZPEČNÝ!
Uvedené údaje platí pro standardní podmínky (25°, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.

Chemické vlastnosti

Pro benzen jsou charakteristické substituční reakce – benzen reaguje s alkeny, chloralkany, halogeny, kyselinou dusičnou a sírovou. Reakce štěpení benzenového kruhu probíhají za drsných podmínek (teplota, tlak).

Interakce s alkeny (alkylace), v důsledku reakce se tvoří homology benzenu, například ethylbenzen a kumen:

6 6 + 2 = CH 2 → AlCl3∗HCl 6 5 CH 2 CH 3 6 6 + CH 2 = CH − CH 3 → AlCl3 ∗ HCl 6 5 CH(CH 3) 2

Reakce s chlorem a bromem v přítomnosti katalyzátoru za vzniku chlorbenzenu (elektrofilní substituční reakce):

6 6 + 2 → FeCl 3 6 5 + HCl

V nepřítomnosti katalyzátoru, při zahřívání nebo osvětlení, radikální reakce přidáním za vzniku směsi izomerů hexachlorcyklohexanu

6 6 + 3Cl 2 → T,hν 6 6 6

Když benzen reaguje s bromem v roztoku olea, vzniká hexabrombenzen:

6 6 + 6Br 2 → H2SO4 ∗ SO3 6 6 + 6HBr

Interakce s halogenderiváty alkanů (alkylace benzenu, Friedel-Craftsova reakce) za vzniku alkylbenzenů:

Friedel-Craftsova acylační reakce benzenu s anhydridy a halogenidy karboxylových kyselin vede k tvorbě aromatických a mastných aromatických ketonů:

6 6 + (CH 3 CO) 2 → AlCl 3 6 5 COCH 3 + CH 3 COOH

6 6 + 6 5 COCl → AlCl 3 6 5 COC 6 5 + HCl

V první a druhé reakci vzniká acetofenon (methylfenylketon), nahrazením chloridu hlinitého chloridem antimonitým lze reakční teplotu snížit na 25 °C. Ve třetí reakci vzniká benzofenon (difenylketon).

Formylační reakce - interakce benzenu se směsí CO a HCl, probíhá za vysokého tlaku a působením katalyzátoru, reakčním produktem je benzaldehyd:

6 6 + CO + HCl → AlCl 3 6 5 COH + HCl

Sulfonační a nitrační reakce (elektrofilní substituce):

6 6 + HNO 3 → 2 SO 4 6 5 NO 2 + 2 6 6 + 2 SO 4 → 6 5 SO 3 + 2

Redukce benzenu vodíkem (katalytická hydrogenace):

66 + 3H2 ->/, t6 12

Oxidační reakce

Benzen je díky své struktuře velmi odolný vůči oxidaci, neovlivňuje ho např. roztok manganistanu draselného. Oxidaci na anhydrid kyseliny maleinové však lze provést pomocí katalyzátoru na bázi oxidu vanadu:

Reakce ozonolýzy. Benzen také podléhá ozonolýze, ale proces probíhá pomaleji než u nenasycených uhlovodíků:

Výsledkem reakce je vznik dialdehydu - glyoxalu (1,2-ethandial).

Spalovací reakce. Spalování benzenu je limitujícím případem oxidace. Benzen je vysoce hořlavý a hoří na vzduchu vysoce kouřovým plamenem:

2C66 + 1502 -> 12C02 + 6H2

Struktura

Benzen ve složení patří mezi nenasycené uhlovodíky ( homologická řada n 2n−6), ale na rozdíl od uhlovodíků ethylenové řady, 2 4, vykazuje vlastnosti vlastní nenasyceným uhlovodíkům (vyznačují se adičními reakcemi), pouze za drsných podmínek, ale benzen je náchylnější k substitučním reakcím. Toto „chování“ benzenu je vysvětleno jeho speciální strukturou: atomy jsou ve stejné rovině a přítomností konjugovaného 6π elektronového oblaku ve struktuře. Moderní chápání elektronové povahy vazeb v benzenu je založeno na hypotéze Linuse Paulinga, který navrhl zobrazit molekulu benzenu jako šestiúhelník s vepsaným kruhem, čímž zdůraznil nepřítomnost pevných dvojných vazeb a přítomnost jediného elektronu. oblak pokrývající všech šest atomů uhlíku cyklu.

Termín je běžný ve specializované a populární literatuře benzenový kruh, který obvykle odkazuje na uhlíkovou strukturu benzenu bez zohlednění jiných atomů a skupin spojených s atomy uhlíku. Benzenový kruh se nachází v mnoha různých sloučeninách.

Výroba

Dnes existuje několik zásadně odlišných metod výroby benzenu.

aplikace

Benzen se dopravuje po železnici ve specializovaných cisternových vozech.

Významná část výsledného benzenu se používá pro syntézu dalších produktů:

asi 50 % benzenu se přemění na ethylbenzen (alkylace benzenu ethylenem);
asi 25 % benzenu se přemění na kumen (alkylace benzenu propylenem);
přibližně 10-15 % benzenu se hydrogenuje na cyklohexan;
asi 10 % benzenu se spotřebuje na výrobu nitrobenzenu;
2-3 % benzenu se přemění na lineární alkylbenzeny;
přibližně 1 % benzenu se používá k syntéze chlorbenzenu.

Benzen se používá ve výrazně menších množstvích pro syntézu některých dalších sloučenin. Příležitostně a v extrémních případech se pro svou vysokou toxicitu používá jako rozpouštědlo benzen.

Kromě toho je benzen součástí benzínu. Ve dvacátých a třicátých letech se benzen přidával ru de do benzinu, aby se zvýšilo jeho oktanové číslo, ale ve 40. letech už takové směsi nemohly konkurovat vysokooktanovým benzinům. Vzhledem k vysoké toxicitě je obsah benzenu v palivu podle moderních norem omezen na 1 %.

Biologické účinky a toxikologie

Benzen je jedním z nejběžnějších xenobiotik antropogenního původu.

Benzen je prudce jedovatý. Minimální smrtelná dávka při perorálním podání je 15 ml, průměr je 50-70 ml. Krátkodobé vdechování benzenových par nezpůsobuje okamžitou otravu, proto až donedávna nebyl postup při práci s benzenem nijak zvlášť upraven. Ve velkých dávkách benzen způsobuje nevolnost a závratě a v některých závažných případech může být otrava smrtelná. Prvním příznakem otravy benzenem je často euforie. Benzenové páry mohou proniknout neporušenou pokožkou. Tekutý benzen pokožku dost dráždí. Pokud je lidské tělo vystaveno benzenu v malých množstvích po dlouhou dobu, mohou být následky také velmi vážné.

Benzen je silný karcinogen. Studie ukazují souvislost mezi benzenem a nemocemi, jako je aplastická anémie, akutní leukémie (myeloidní, lymfoblastická), chronická myeloidní leukémie, myelodysplastický syndrom a onemocnění kostní dřeně.

Transformační mechanismus a mutagenní účinek benzenu

Existuje několik možností pro mechanismus přeměny benzenu v lidském těle. V první variantě je molekula benzenu hydroxylována mikrosomálním oxidačním systémem za účasti cytochromu P450. Podle mechanismu se benzen nejprve oxiduje na vysoce reaktivní epoxid, který se dále přemění na fenol. Kromě toho vznikají volné radikály (reaktivní formy kyslíku) v důsledku vysoké aktivace P450 reakcí:

Molekulární mechanismus mutageneze benzenu

Benzen je promutagen, mutagenní vlastnosti získává až po biotransformaci, v jejímž důsledku vznikají sloučeniny s vysokou reaktivitou. Jedním z nich je benzenepoxid. Díky vysokému úhlovému napětí epoxidového kruhu se vazby -C-O-C- přeruší a molekula se stane elektrofilní, snadno reaguje s nukleofilními centry dusíkaté báze molekul nukleové kyseliny, zejména DNA.

Mechanismus interakce epoxidového kruhu s nukleofilními centry - aminoskupinami dusíkatých bází (arylační reakce) probíhá jako nukleofilní substituční reakce 2 . Vznikají tak poměrně silné kovalentně vázané adukty DNA, takové deriváty nejčastěji pozorujeme u guaninu (protože molekula guaninu má maximální počet nukleofilních center), např. N7-fenylguanin. Výsledné adukty DNA mohou vést ke změnám v nativní struktuře DNA, a tím narušit správný průběh procesů transkripce a replikace. Co je zdrojem genetických mutací. Akumulace epoxidu v hepatocytech (jaterních buňkách) vede k nevratným důsledkům: zvýšení arylace DNA a současně ke zvýšení exprese (nadměrné exprese) mutantních proteinů, které jsou produkty genetické mutace; inhibice apoptózy; buněčná transformace a dokonce smrt. Kromě výrazné genotoxicity a mutagenity má benzen silnou myelotoxicitu a karcinogenní aktivitu, tento účinek se projevuje zejména v buňkách myeloidní tkáně (buňky této tkáně jsou velmi citlivé na tento druh expozice xenobiotikům).

Benzen a zneužívání návykových látek

Benzen působí na člověka omamně a může vést k drogové závislosti.

Akutní otrava

Při velmi vysokých koncentracích - téměř okamžitá ztráta vědomí a smrt během několika minut. Barva obličeje je namodralá, sliznice jsou často třešňově červené. Při nižších koncentracích – vzrušení podobné alkoholu, dále ospalost, celková slabost, závratě, nevolnost, zvracení, bolest hlavy, ztráta vědomí. Pozorovány jsou také svalové záškuby, které se mohou rozvinout v tonické křeče. Zorničky jsou často rozšířené a nereagují na světlo. Dýchání je nejprve zrychleno, poté zpomaleno. Tělesná teplota prudce klesá. Pulz je rychlý, málo plnící. Krevní tlak je snížen. Jsou známy případy těžké srdeční arytmie.

Po těžkých otravách, které nevedou přímo ke smrti, jsou někdy pozorovány dlouhodobé poruchy zdraví: zánět pohrudnice, katary horních cest dýchacích, onemocnění rohovky a sítnice, poškození jater, srdeční poruchy atd. Případ vazomotorické neurózy s. otoky obličeje a končetin, poruchy citlivosti a křeče krátce po akutní otravě parami benzenu. Někdy smrt nastane nějakou dobu po otravě.

Chronická otrava

V závažných případech jsou pozorovány následující: bolesti hlavy, extrémní únava, dušnost, závratě, slabost, nervozita, ospalost nebo nespavost, poruchy trávení, nevolnost, někdy zvracení, nechutenství, zvýšené močení, menstruace, přetrvávající krvácení z ústní sliznice , zvláště dásně, často se vyvíjí, a nos, trvající hodiny a dokonce dny. Někdy je po extrakci zubu pozorováno přetrvávající krvácení. Četné drobné krvácení (krvácení) v kůži. Krev ve stolici, děložní krvácení, retinální krvácení. Obvykle je to krvácení a často doprovodná horečka (teplota do 40° a výše), která přivede otrávené lidi do nemocnice. V takových případech je prognóza vždy vážná. Příčinou smrti jsou někdy sekundární infekce: jsou známy případy gangrenózního zánětu okostice a nekrózy čelisti, těžkého ulcerózního zánětu dásní a celkové sepse se septickou endometritidou.

Někdy se při těžké otravě rozvinou příznaky nervových onemocnění: zvýšené šlachové reflexy, oboustranný klonus, pozitivní Babinského příznak, porucha hluboké citlivosti, pseudotabetické poruchy s paresteziemi, ataxie, paraplegie a motorické poruchy (známky poškození zadních sloupců mícha a pyramidové dráhy).

Nejtypičtější změny jsou v krvi. Počet červených krvinek je obvykle výrazně snížen, až na 1-2 miliony a méně. Výrazně klesá i obsah hemoglobinu, někdy až o 10 %. Barevný index je v některých případech nízký, někdy se blíží normálu a někdy vysoký (zejména u těžké anémie). Zaznamenává se anizocytóza a poikilocytóza, bazofilní punkce a výskyt jaderných erytrocytů, zvýšení počtu retikulocytů a objemu erytrocytů. Typický je prudký pokles počtu leukocytů. Někdy zpočátku leukocytóza, rychle nahrazená leukopenií, zrychlení ESR. Změny v krvi se nevyvíjejí současně. Nejčastěji je nejprve postižen leukopoetický systém, později se objevuje trombocytopenie. K poškození erytroblastické funkce dochází často i později. V budoucnu se může vyvinout charakteristický obraz těžké otravy - aplastická anémie.

Jev otravy může přetrvávat a dokonce progredovat měsíce a roky po ukončení práce s benzenem.

První pomoc při otravě a ošetření

Na akutní otravy s benzenem (benzenové výpary) je třeba postiženého nejprve vynést na čerstvý vzduch, při zástavě dechu se provádí umělé dýchání až do normálu, jako stimulanty dýchání se používá kyslík a lobelin. Použití adrenalinu jako analeptika je přísně zakázáno! Dojde-li ke zvracení, použijte intravenózně 40% roztok glukózy, při oběhových potížích vstříkněte roztok kofeinu. Pokud dojde k otravě orálně a benzen se dostane do žaludku, je nutné jej vypláchnout rostlinným olejem (benzen se dobře vstřebává), postup by měl být prováděn opatrně, protože je možná aspirace. Při mírné otravě se pacientovi doporučuje klidový režim. Při vzrušených stavech jsou potřeba sedativa. Pokud dojde k anémii, provádějí se krevní transfuze, vitamín B12, kyselina listová a pro leukopenii - vitamín B6, pentoxyl. Při snížené imunitě (stav imunodeficience) - imunostimulanty.

Vliv benzenu na biomembrány

Biologické membrány jsou supramolekulární struktury - dvojitá lipidová vrstva, do které jsou integrovány (zapuštěny) nebo na povrchu přichyceny molekuly proteinů a polysacharidů. Lipidy, které jsou součástí biomembrán, jsou svou povahou amfifilní (difilní) sloučeniny, to znamená, že jsou schopné rozpouštění v polárních i nepolárních látkách, díky přítomnosti polárních skupin, tzv. "hlava"(karboxyl -COOH, hydroxyl -OH, aminoskupiny -NH 2 a další) a nepolární tzv. "ocasy"(uhlovodíkové radikály - alkyly, aryly, polycyklické struktury jako cholestan a další).

Benzen je účinný solubilizátor biologických membrán, rychle rozpouští nepolární skupiny (tzv. "ocasy") lipidy, hlavně cholesterol, který je součástí membrán. Proces solubilizace je omezen koncentrací benzenu, čím více je, tím rychleji tento proces probíhá. Během solubilizačního procesu se uvolňuje energie, která doslova rozbije dvojitou lipidovou vrstvu (lipidovou dvojvrstvu), což vede k úplné destrukci (strukturální destrukci) membrány a následné buněčné apoptóze (při destrukci biomembrán dochází k aktivaci membránových receptorů (např. jako: CD95, TNFR1, DR3, DR4 a další), které aktivují buněčnou apoptózu).

Účinek na kůži

Při častém kontaktu rukou s benzenem je pozorována suchá kůže, praskliny, svědění, zarudnutí (obvykle mezi prsty), otoky a puchýřkovité vyrážky podobné prosu. Někdy jsou pracovníci nuceni ukončit práci kvůli kožním lézím.

Maximální přípustná koncentrace je 5 mg/m3.

Bezpečnost

Práce s benzenem s sebou nese riziko otravy a vážného poškození zdraví. Benzen je vysoce těkavá kapalina (těkavost 320 mg/l při 20 °C) s vysoký stupeň zapálení, proto je při práci s ním nutné dodržovat bezpečnostní opatření pro práci s hořlavými kapalinami. Benzenové páry představují velké nebezpečí, protože mohou se vzduchem vytvářet výbušné směsi. V současné době je použití benzenu jako organického rozpouštědla velmi omezené kvůli toxicitě a karcinogenním účinkům jeho par a negativní vliv na kůži. Práce s benzenem v laboratořích zahrnuje i jeho omezení (přísně regulované). Při pokusech se doporučuje používat benzen pouze v malých objemech (ne více než 50 ml), práce by měla být prováděna výhradně s rukavicemi z fluorkaučuku (latex se působením benzenu rozpouští a bobtná).

skladujte v blízkosti zdrojů tepla, otevřeného ohně, silných oxidačních činidel, potravin atd.
nádoby s benzenem nechat otevřené, kouřit,
používat nádoby na benzen pro potravinářské účely, mytí rukou, nádobí,
pracovat v uzavřené, špatně větrané místnosti s teplotou vzduchu nad 30°C,
použít velké množství látky jako rozpouštědla,
práce bez ochranných pomůcek pro pokožku rukou, očí a dýchacích orgánů.

Ekologie

Benzen je ekologicky nezávadná látka, jedovatá látka antropogenního původu. Hlavní zdroje benzenu vstupujícího do životní prostředí s odpadní voda nebo emisemi do ovzduší jsou petrochemické a koksochemické průmyslové podniky, výroba paliv a doprava. Benzen se snadno odpařuje z vodních ploch a je schopen přeměny z půdy na rostliny, což představuje vážnou hrozbu pro ekosystémy.

Benzen má vlastnost kumulace, díky své lipofilitě se může ukládat v buňkách tukové tkáně zvířat a tím je otravovat.

Aromatické HC (arény)– jedná se o uhlovodíky, jejichž molekuly obsahují jeden nebo více benzenových kruhů.

Příklady aromatických uhlovodíků:

Arény benzenové řady (monocyklické arény)

Obecný vzorec:CnH2n-6, n>6

Nejjednodušším zástupcem aromatických uhlovodíků je benzen, jeho empirický vzorec je C 6 H 6 .

Elektronová struktura molekuly benzenu

Obecný vzorec monocyklických arenů C n H 2 n -6 ukazuje, že se jedná o nenasycené sloučeniny.

V roce 1856 německý chemik A.F. Kekule navrhl cyklický vzorec pro benzen s konjugovanými vazbami (střídají se jednoduché a dvojné vazby) - cyklohexatrien-1,3,5:

Tato struktura molekuly benzenu nevysvětluje mnoho vlastností benzenu:

Benzen je charakterizován spíše substitučními reakcemi než adičními reakcemi charakteristickými pro nenasycené sloučeniny. Adiční reakce jsou možné, ale jsou obtížnější než pro ;
benzen nevstupuje do reakcí, které jsou kvalitativními reakcemi na nenasycené uhlovodíky (s bromovou vodou a roztokem KMnO 4).

Pozdější studie elektronové difrakce ukázaly, že všechny vazby mezi atomy uhlíku v molekule benzenu mají stejnou délku 0,140 nm (průměrná hodnota mezi délkou jednoduchého S-S spojení 0,154 nm a dvojná vazba C=C 0,134 nm). Úhel mezi vazbami na každém atomu uhlíku je 120 o. Molekula je pravidelný plochý šestiúhelník.

Moderní teorie k vysvětlení struktury molekuly C 6 H 6 využívá myšlenku hybridizace atomových orbitalů.

Atomy uhlíku v benzenu jsou ve stavu sp 2 hybridizace. Každý atom "C" tvoří tři vazby σ (dvě s atomy uhlíku a jedna s atomem vodíku). Všechny vazby σ jsou ve stejné rovině:

Každý atom uhlíku má jeden p-elektron, který se neúčastní hybridizace. Nehybridizované p-orbitaly atomů uhlíku jsou v rovině kolmé k rovině vazeb σ. Každý p-oblak se překrývá se dvěma sousedními p-oblaky a výsledkem je vytvoření jediného konjugovaného π-systému (vzpomeňte si na efekt konjugace p-elektronů v molekule 1,3-butadienu, diskutované v tématu „Dienové uhlovodíky “):

Kombinace šesti σ-vazeb s jediným π-systémem se nazývá aromatické spojení.

Kruh se šesti atomy uhlíku spojený aromatickou vazbou se nazývá benzenový kruh nebo benzenový kruh.

V souladu s moderními představami o elektronická struktura molekula benzenu C6H6 je znázorněna následovně:

Fyzikální vlastnosti benzenu

Benzen at normální podmínky- bezbarvá kapalina; to pl = 5,5 °C; t o kip. = 80 °C; má charakteristický zápach; nemíchá se s vodou, dobré rozpouštědlo, vysoce toxický.

Chemické vlastnosti benzenu

Aromatické spojení určuje Chemické vlastnosti benzen a další aromatické uhlovodíky.

6π-elektronový systém je stabilnější než běžné dvouelektronové π-vazby. Proto jsou adiční reakce méně typické pro aromatické uhlovodíky než pro nenasycené uhlovodíky. Nejcharakterističtější reakce pro areny jsou substituční reakce.

já. Substituční reakce

1. Halogenace

2. Nitrace

Reakce se provádí se směsí kyselin (nitrační směs):

3.Sulfonace

4.Alkylace (náhrada atomu „H“ alkylovou skupinou) – Friedel-Craftsovy reakce vznikají homology benzenu:

Místo halogenalkanů lze použít alkeny (v přítomnosti katalyzátoru - AlCl 3 nebo anorganické kyseliny):

II. Adiční reakce

1.Hydrogenace

2.Přídavek chlóru

III.Oxidační reakce

1. Spalování

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H20

2. Neúplná oxidace (KMnO 4 nebo K 2 Cr 2 O 7 v kyselém prostředí). Benzenový kruh je odolný vůči oxidačním činidlům. Nedochází k žádné reakci.

Získání benzenu

V průmyslu:

1) zpracování ropy a uhlí;

2) dehydrogenace cyklohexanu:

3) dehydrocyklizace (aromatizace) hexanu:

V laboratoři:

Fúze solí kyseliny benzoové s:

Izomerie a nomenklatura homologů benzenu

Jakýkoli homolog benzenu má postranní řetězec, tzn. alkylové radikály vázané na benzenový kruh. První homolog benzenu je benzenový kruh navázaný na methylový radikál:

Toluen nemá žádné izomery, protože všechny polohy v benzenovém kruhu jsou ekvivalentní.

Pro následné homology benzenu je možný jeden typ izomerie - izomerie postranního řetězce, která může být dvou typů:

1) izomerie počtu a struktury substituentů;

2) izomerie polohy substituentů.

Fyzikální vlastnosti toluenu

Toluen- bezbarvá kapalina charakteristického zápachu, nerozpustná ve vodě, rozpustná v organických rozpouštědlech. Toluen je méně toxický než benzen.

Chemické vlastnosti toluenu