Что такое бензол в химии. Использование в промышленности

Материал из ЭНЭ

Бензол

или бензин (старинное, ныне оставленное название) - углеводород состава С 6 Н 6 , представитель ароматических , или бензольных , соединений (см. это сл.). Вещество это представляет бесцветную, прозрачную, сильно преломляющую свет и легкоподвижную жидкость с характерным «ароматическим» запахом, уд. веса 0,899 (при 0° Ц.) и 0,885 (при 15°), кипит при 80°,5 и застывает на холоде в кристаллическую массу, плавящуюся при +6°; легко растворим в эфире, спирте, хлороформе и других обыденных растворителях, за исключением воды; бензол представляет прекрасное растворяющее средство для жиров, смол, масел, асфальта, алкалоидов, серы, фосфора, иода; на воздухе горит светлым, сильно коптящим пламенем и дает весьма легко воспламеняющиеся пары. Бензол был открыт в г. Фарадеем при исследовании газообразных продуктов сухой перегонки жирных масел; Митчерлих получил его при перегонке бензойной кислоты с известью и назвал бензином , а Либих переименовал вещество это в бензол. Синтетически углеводород был получен Бертело в г. нагреванием ацетилена в трубке над ртутью при температуре размягчения стекла. Присутствие бензола в каменноугольном дегте доказано А. В. Гофманом в г., а ученик Гофмана, Мансфильд, в г. изолировал его из дегтя в значительных количествах и выработал необходимые для этого практические методы. Выходы бензола зависят не только от состава каменноугольного дегтя, но и от способов обработки его, перегонки и хранения. Из 100 килогр. лондонского дегтя получается 1,1 % бензола (50-процентного), а на рейнских заводах добывают до 1 % очищенного вещества, идущего на приготовление анилина. У нас очень хороший бензол готовится на заводах товарищества "В. И. Рогозин и К ° " из газовой смолы, образующейся при добывании газа для освещения и отопления (исследование П. Голубева). В торговле имеются три сорта бензола: 30-, 50 - и 90-процентный; при этом необходимо иметь в виду, что бензолом здесь считается все то, что гонится ниже 100°, и что количество его выражается в объемных процентах: из 50-процентного бензола получается половинный объем жидкости, кипящей до 100°. Таким образом, продажный бензол не представляет химически чистого соединения, а содержит в виде примеси главным образом толуол и ксилол , затем углеводороды жирного ряда, сероуглерод , тиофен и др. вещества. Большинство этих примесей удаляется фракционированной перегонкой в особо устроенных сложных аппаратах, обработкой едкой щелочью и концентрированной серной кислотой, кристаллизацией на холоду и отжиманием затвердевшего продукта. Обработанный таким образом бензол представляет уже почти чистый углеводород и идет на приготовление чистого анилина; но в нем все-таки еще есть примесь более легких углеводородов (которые остаются неизмененными при нитровании) и тиофен. Этот последний легко открывается при помощи очень чувствительной реакции с раствором изатина в серной кислоте; бензол, содержащий даже следы тиофена, окрашивается упомянутым реактивом в интенсивный голубой цвет. Эта реакция (открытая Байером) и навела Виктора Мейера на мысль искать примесь особого соединения в очищенном бензоле, считавшемся прежде за химически чистое вещество. Тщательным взбалтыванием с крепкой серной кислотою (1/20 по объему) В. Мейеру в г. удалось извлечь новое соединение: обработав 2000 килогр. бензола, он получил 1944 гр. чистого тиофена, C 4 H 4 S. Этот последний кипит при 84°, а потому, понятно, и не может быть выделен из Б. самой тщательной фракционировкой.

Относительно химических свойств бензола необходимо заметить, что он сильно сопротивляется действию как окислителей, так и восстановляющих веществ. Галоиды в зависимости от условий или прямо присоединяются, или же дают продукты субституции . При действии хлора на кипящий бензол получается смесь нескольких продуктов присоединения, между которыми наиболее хорошо изучен шестихлористый бензол C 6 Cl 6 , кристаллическое вещество, плавящееся при 157° и распадающееся при температуре кипения (288°) на соляную кислоту и трихлорбензол C 6 H 3 Cl 3 . С бромом на солнечном свете образуется аналогичный продукт, шестибромистый бензол, - С 6 Br 6 . Хлорноватистая кислота присоединяется в количестве трех частиц и дает кристаллическое вещество состава С 6 Н 3 (СlОН) 3 . При пропускании сухого хлористоводородного газа в бензольный раствор хлористого алюминия образуется непрочное жидкое соединение галоидного металла с бензолом состава 6С 6 Н 6 ·Al 2 Cl 6 . Бромистый алюминий в подобных же условиях дает 6С 6 Н 6 ·Al 2 Br 6 . Образованием такого рода соединений обусловливается наступление многих синтетических реакций, идущих в присутствии галоидных солей алюминия (Г. Г. Густавсон). При нагревании до 280° с крепкой иодистоводородной кислотой к бензолу присоединяются шесть атомов водорода, причем получается углеводород гексагидробензол C 6 H 12 (Вреден Кижнер). Продукты замещения водорода в бензоле образуются также при действии галоидов, напр., хлора, всего лучше в присутствии некоторых веществ, играющих роль передатчиков хлора, каковы, напр., иод и пятихлористая сурьма . В реакцию вступают, по всей вероятности, высшие хлористые соединения названных элементов, которые затем, отдав свой хлор , переходят в низшие соединения, потом вновь присоединяют галоид, передают его бензолу, и таким путем этот сложный процесс длится все время до самого конца:

С 6 H 6 + JCl 3 = C 6 H 5 Cl + HCl + JCl.

При такого рода реакциях образуются, конечно, продукты различной степени замещения, дву-, трех-, четырех-, пяти-, шестизамещенные бензолы, которые все известны. Из них гексахлорбензол , или перхлорбензол, C 6 Cl 6 (не представляющий изомерных форм) получается при полном хлорировании бензола в присутствии пятихлористой сурьмы . Иодбензол образуется при нагревании бензола с иодом в присутствии иодноватой кислоты или серной (Истрати). Относительно действия азотной кислоты было упомянуто выше. Серная кислота в зависимости от концентрации, количества и температуры дает сульфобензид , моно- и дисульфокислоты. При нагревании бензола с металлическим калием до 250° часть водорода замещается металлом, при чем образуется С 6 Н 5 К и С 6 Н 4 К 2 . Соединение воспламеняется на воздухе со взрывом.

Литература общая - см. Бензольные соединения , а также Roscoe u. Schorlemmer , «Ausfürliches Lehrbuch der Chemie» (IV т., ); специальная и технич.; Gustav Schultz , «Die Chemie des Steinkohlentheers» (2-е изд.); «Muspratt’s Theoretische, prakt. und analytische Chemie v. Stohmann und Bruno Kerl» (4-е издание).

Бензол фальсифицируется чаще всего петрольным эфиром (бензином); примесь эту легко узнать или при помощи перегонки, так как точка кипения бензина ниже точки кипения бензола, или при помощи азотной кисл. Берут 2 части концентрированной серной кислоты и смешивают ее с 1 частью крепкой азотной кислоты; удельн. вес. 1,84; к такой смеси, предварительно сильно охлажденной, прибавляют одну часть испытуемого бензола, маленькими порциями. Когда весь бензол влит, то осторожно нагревают всю смесь до 60°, погрузив сосуд, в котором ведут испытание, в горячую воду (при 70-80°). После этого смеси дают остынуть и выливают ее в ледяную воду. Если был чистый бензол, то от такой обработки он весь превращается в тяжелое жидковатое масло, нитробензол, которое упадет на дно сосуда, и над ледяной водой никакого слоя не будет; если же к бензолу был примешан петрольный эфир , то он останется без изменения и как более легкий, чем вода, поднимется наверх и над ледяной водой получится слой жидкости.

В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона .

Бензол , С 6 Н 6 , углеводород, родоначальник ряда ароматических соединений . Бензол - бесцветная, легко подвижная жидкость с характерным запахом, кипит при "80°, застывает на холоде в кристаллическую массу, плавящуюся при +5,4°. Легко растворим во многих


БЕНЗОЛ

Бензо́л (C6H6) - органическое химическое соединение, бесцветная жидкость с приятным сладковатым запахом. Ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти, в промышленных масштабах он синтезируется из других её компонентов.

Биологическое действие

При непродолжительном вдыхании паров бензола не возникает немедленного отравления, поэтому до недавнего времени порядок работ с бензолом особо не регламентировался. В больших дозах бензол вызывает тошноту и головокружение, а в некоторых тяжёлых случаях отравление может повлечь смертельный исход. Пары бензола могут проникать через неповрежденную кожу. Если организм человека подвергается длительному воздействию бензола в малых количествах, последствия также могут быть очень серьёзными. В этом случае хроническое отравление бензолом может стать причиной лейкемии (рака крови) и анемии (недостатка гемоглобина в крови). Токсичен, cильный канцероген.


Применение

Бензол входит в десятку важнейших веществ химической промышленности.

Большую часть получаемого бензола используют для синтеза других продуктов:

  • около 50 % бензола превращают в этилбензол (алкилирование бензола этиленом);

  • около 25 % бензола превращают в кумол (алкилирование бензола пропиленом);

  • приблизительно 10-15 % бензола гидрируют в циклогексан;

  • около 10 % бензола расходуется на производство нитробензола;

  • 2-3 % бензола превращают в линейные алкилбензолы;

  • приблизительно 1 % бензола используется для синтеза хлорбензола.

В существенно меньших количествах бензол используется для синтеза некоторых других соединений. Изредка и в крайних случаях, ввиду высокой токсичности, бензол используется в качестве растворителя. Кроме того, бензол входит в состав бензина. Ввиду высокой токсичности его содержание новыми стандартами ограничено введением до 1 %.

Производные бензола


Этилбензол


Этилбензол - органическое вещество класса углеводородов.

Свойства

Бесцветная жидкость; почти нерастворим в воде, растворяется в спирте, бензоле, эфире, четыреххлористом углероде.

Получение

Этилбензол содержится в нефти и каменноугольной смоле. В промышленности получают главным образом из бензола и этилена (по реакции Фриделя - Крафтса). Второй по значимости метод - выделение из С8-фракции продуктов риформинга.

Применение

При пропускании паров этилбензола над катализаторами образуется стирол, являющийся сырьём при производстве важных промышленных продуктов - некоторых видов пластмасс (см. Полистирол) и синтетических каучуков. Этилбензол используют также в органическом синтезе, например для получения ацетофенона жидкофазным каталитическим окислением, как растворитель и компонент высокооктановых бензинов.


Стирол C8H8 (фенилэтилен, винилбензол) - бесцветная жидкость со специфическим запахом. Практически нерастворима в воде, хорошо растворима в органических растворителях, хороший растворитель полимеров.

Получение

Большую часть стирола (около 85 %) в промышленности получают дегидрированием этилбензола при температуре 600-650°С, атмосферном давлении и разбавлении перегретым водяным паром в 3 - 10 раз. Используются оксидные железо-хромовые катализаторы с добавкой карбоната калия.

Стирол применяют почти исключительно для производства полимеров. Многочисленные виды полимеров на основе стирола включают полистирол, модифицированные стиролом полиэфиры, пластики АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН (стирол-акрилонитрил).


Полистирол

Полистирол

Полистирол - продукт полимеризации стирола (винилбензола) относится к полимерам класса термопластов.

Имеет химическую формулу вида: [-СН2-С(С6Н5)Н-]n-

Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа его получения:

  • Эмульсионный (ПСЭ),

  • Суспензионный (ПСС),

  • Блочный или получаемый в массе (ПСМ).



Применение

Применение

Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок. Наиболее широкое применение (более 60% производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Основные методы переработки: экструзия, литьё под давлением. Диапазон температур переработки лежит в пределах 190-240 °С. Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная декоративная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты).

Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной температурной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод.

Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов.

Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).


Кумо́л - изопропилбензол C6H5CH(CH3)2, ароматическое органическое соединение, бесцветная горючая жидкость.

Физико-химические свойства

Бесцветная горючая жидкость, практически нерастворимая в воде (менее 0,01 %), смешивается со спиртом, эфиром, бензолом.

Способ получения

Жидкофазное (катализатор: хлорид алюминия(III)) или парофазное (катализатор: цеолиты, фосфорная кислота на кизельгуре) алкилирование бензола пропиленом.

Применение

Кумол является промежуточным продуктом при получении фенола и ацетона одним из промышленных способов.

Побочными продуктами разложения являются α-метилстирол, ацетофенон, диметилфенилкарбинол.





Ацето́н (диметилкето́н, систематическое наименование: пропано́н-2) - простейший представитель кетонов. Формула: CH3-C(O)-CH3. Бесцветная легкоподвижная летучая жидкость с характерным запахом. Он полностью смешивается с водой и большинством органических растворителей. Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества (ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу, жиры, воск, резину и др.), а также ряд солей (хлорид кальция, иодид калия). Является одним из метаболитов, производимых человеческим организмом.

Применение

Сырьё для синтеза многих важных химических продуктов: уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта, окиси мезитила, метилизобутилкетона, метилметакрилата, дифенилпропана, изофорона, бифенола А и др.;

(CH3)2CO + 2 C6H5OH → (CH3)2C(C6H4OH)2 + H2O

Широко применяется при синтезе поликарбонатов, полиуретанов и эпоксидных смол.

Лабораторное применение

В органической химии в качестве полярного апротонного растворителя, в частности в реакции алкилирования

ArOH + RHal + K2CO3 → ArOR + KHal + KHCO3

для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

RR`CHOH + CH3C(O)CH3 → RR`C=O + CH3CH(OH)CH3

Для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидким азотом до температуры−78 C.

Для мытья химической посуды, благодаря низкой цене, малой токсичности высокой летучести и легкой растворимости в воде.

Для быстрой сушки посуды и неорганических веществ


Фено́л (оксибензол, устар. карболовая кислота) C6H5OH - бесцветные игольчатые кристаллы, розовеющие на воздухе из-за окисления, приводящего к образованию окрашенных веществ. Обладают специфическим запахом гуаши. Растворим в воде (6 г на 100 г воды), в растворах щелоче́й, в спирте, в бензоле, в ацетоне. 5 % раствор в воде-антисептик, широко применяемый в медицине.

По данным на 2009 год мировое потребление фенола имеет следующую структуру:

    44 % фенола расходуется на производство бисфенола А, который, в свою очередь, используется для производства поликарбона и эпоксидных смол;

  • 30 % фенола расходуется на производство фенолформальдегидных смол;

  • 12 % фенола гидрированием превращается в циклогексанол, используемый для получения искусственных волокон - нейлона и капрона;

  • остальные 14 % расходуются на другие нужды, в том числе на производство антиоксидантов (ионол), неионогенных ПАВ - полиоксиэтилированных алкилфенолов (неонолы), других фенолов (крезолов), лекарственных препаратов (аспирин), антисептиков (ксероформа) и пестицидов.

  • 1,4% фенола применяется в медицине(орасепт), как обезболивающее и антисептическое средство.

Фенол и его производные обуславливают консервирующие свойства коптильного дыма.

Нитробензол

Нитробензол - токсичное органическое вещество, имеющее миндальный запах. Формула C6H5NO2. Внешний вид - ярко-желтые кристаллы или маслянистая жидкость, не растворимая в воде.

Применение

Применяется, как растворитель и мягкий окислитель. В основном используется, как полупродукт для производства анилина.

Исходное сырьё в производстве анилина, ароматических азотсодержащих соединений (бензидин, хинолин, азобензол), растворитель эфиров целлюлозы, компонент полировальных составов для металлов.


Анили́н (фениламин) - органическое соединение с формулой С6H5NH2, простейший ароматический амин. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.

В настоящий момент в мире основная часть (85 %) производимого анилина используется для производства метилдиизоцианатов, (MDI) используемых затем для производства полиуретанов. Анилин также используется при производстве искусственных каучуков (9 %), гербицидов (2 %) и красителей (2 %).

В России он в основном применяется в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты), но в связи с ожидаемым ростом производства полиуретанов возможно значительное изменение картины потребителей в среднесрочной перспективе.


Лекарственные препараты

Сульфаниловая кислота HO3S-C6H4- NH2- твердое вещество, выпадающее при кристаллизации из горячей воды в виде блестящих чешуек. Важнейшее производное сульфаниловой кислоты – её амид Н2N- C6H4-SO2- NH2. Это бесцветное кристаллическое вещество, малорастворимое в холодной воде и хорошо - в горячей, является основой важного класса лекарственных веществ – сульфамидных препаратов. Их лекарственное действие открыто в начале 30-х годов. С тех пор синтезировано более шести тысяч соединений этой группы. Сульфамидные препараты широко применяют при лечении различных инфекционных заболеваний. Например, норсульфазол, сульфадимезин, этазол, стрептоцид применяют для лечения заболеваний дыхательных путей, фталазол – при лечении желудочно-кишечных инфекций.


Хлорбензол

Хлорбензол (фенилхлорид) - ароматическое органическое соединение, имеющее формулу C6H5Cl, бесцветная горючая жидкость с характерным запахом.

Получение

Хлорбензол был открыт в 1851 году как продукт реакции фенола с хлоридом фосфора(V) и так он обычно получается в лаборатории. В промышленности хлорбензол получают хлорированием бензола при 80-85 °C в реакторах колонного типа, заполненых железными кольцами:

Выделяют его ректификацией после промывки, нейтрализации и азеотропной сушки реакционной массы.

Применение

Хлорбензол является важным органическим растворителем, кроме того он применяется в органическом синтезе, например он применяется в синтезе пестицидов (например ДДТ может быть получен реакцией его с хлоралем (трихлорацетальдегидом)). Также применяется в производстве фенола:

C6H5Cl + NaOH → C6H5OH + NaCl

Хлорбензол также является полупродуктом в производстве дихлорбензолов и некоторых красителей.


Инсектициды




    Инсектици́ды (от лат. insectum - насекомое и лат. caedo - убиваю) - химические препараты для уничтожения вредных насекомых. Инсектициды различны по химическому составу: хлорорганические (ДДТ, гексахлоран и др.), фосфорорганические (тиофос, карбофос, метилмеркаптофос, дихлофос, диазинон и др.), производные карбаминовой кислоты (метилкарбамат), природные пиретрины и синтетические пиретроиды, препараты, содержащие мышьяк (арсениты кальция и натрия, арсенат кальция), препараты серы, минеральные масла, яды растительного происхождения, содержащие алкалоиды (анабазин, никотин и др.)


Применение бензола.

1. Бензол служит исходным веществом для синтеза очень многих органических соединений.

2. Реакцией нитрования получают нитробензол C 6 H 5 NO 2 , хлорированием бензола – хлорбензол С 6 Н 5 Сi (растворитель) и другие хлорпроизводные.

3. Бензол используется как исходный продукт при синтезе лекарственных и душистых веществ, разнообразных красителей, мономеров для синтеза высокомолекулярных соединений и т. д.

4. Он применяется также в качестве растворителя и как добавка к моторному топливу в целях улучшения его свойств.

5. Хлорпроизводные бензола и других углеводородов используются в сельском хозяйстве в качестве химических средств защиты растений.

6. Так, продукт замещения в бензоле атомов водорода хлором – гексахлорбензол C 6 Cl 6 применяется для сухого протравливания семян пшеницы и ржи против твердой головни.

7. Из галогенопроизводных других углеводородов можно назвать гексахлорбутадиен С 4 Сl 6 , аналогичный по строению бутадиену-1,3, необходимый для борьбы с филлоксерой на виноградниках.

8. В сельском хозяйстве используется много других ядохимикатов для борьбы с насекомыми.

9. Также бензол используется для уничтожения сорняков, защиты растений от болезней и т. д.

10. Применение ядохимикатов требует хорошего знания их свойств и строгого следования установленным правилам их использования, так как при неправильном обращении они небезопасны для человека и могут нанести большой ущерб окружающей природе.

Получение бензола.

1. Важный источник получения бензола – коксование каменного угля.

2. В процессе коксования – сильного нагревания угля без доступа воздуха – образуется много летучих продуктов, из которых наряду с другими веществами извлекается бензол.

3. Н.Д. Зелинский показал, что бензол легко образуется из циклогексана при каталитическом воздействии платины или палладия и температуре около 300 °C.

4. Было установлено также, что при соответствующих катализаторах и нагревании гексан может превращаться в бензол.

5. Реакции получения бензола из предельных углеводородов и циклопарафинов приобрели сейчас в связи с возрастающей потребностью в этом веществе большое практическое значение.

Особенности теории электронного строения.

1. Все атомы углерода в молекуле бензола находятся в состоянии sp 2 -гибридизации.

2. Три гибридных электронных облака каждого атома углерода, имеющие форму вытянутых объемных восьмерок, образуют в плоскости кольца две δ-связи с соседними атомами углерода и одну π-связь с атомом водорода; углы между этими тремя связями равны 120°. Негибридная p-орбиталь располагается перпендикулярно плоскости кольца.

30. Гомологи бензола

Строение гомологов бензола:

1) бензол, как и другие углеводороды, начинает соответствующий гомологический ряд;

2) его гомологи рассматриваются как продукты замещения одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на различные углеводородные радикалы;

3) атомы углерода в формулах нумеруются и при помощи цифр, в название вещества указывается положение замещающих групп.

Химические свойства гомологов бензола:

1) при нитровании в жестких условиях в молекулу бензола и толуола С 6 Н 5 -СН 3 можно ввести три нитрогруппы;

2) толуол нитрируется несколько легче, чем бензол;

3) при этом образуется 2,4,6-тринитротолуол – взрывчатое вещество, которое называется толом или тротилом;

4) большая реакционная способность бензольного ядра в положениях 2,4,6 объясняется влиянием на него радикала – СН 3 .

Толуол можно рассматривать не только как бензол, в молекуле которого атом водорода замещен на метильную группу, но и как метан, в молекуле которого атом водорода заменен ароматическим радикалом фенилом С 6 Н 5 .

Метан очень устойчив к действию окислителей.

Если же раствор перманганата калия мы добавим к толуолу и смесь нагреем, то заметим, что фиолетовый раствор постепенно обесцвечивается. Это происходит потому, что группа – СН 3 в толуоле подвергается окислению;

5) при действии раствора перманганата калия на толуол метильная группа окисляется в карбоксильную, образуется бензойная кислота.

На опытах можно убедиться, что: а) в толуоле метильная группа влияет на бензольное ядро, облегчая течение реакций замещения (в положениях 2, 4, 6); б) бензольное ядро влияет на метильную группу, обусловливая меньшую устойчивость ее к действию окислителей.

В основе этого явления лежит влияние друг на друга электронных структур атомов;

6) повышение реакционной способности бензольного ядра в самом общем виде можно объяснить так.

Метильная группа, находясь в соединении, смещает от себя электроны связи. Смещая в толуоле электронную пару к бензольному ядру, она нарушает равномерное расположение в нем р-электронного облака;

7) в положениях 2,4,6 возрастает электронная плотность, эти места и подвергаются «атаке» реагентами;

8) они могут реагировать, например, с галогенами (по месту атомов водорода в бензольном ядре и в боковой цепи), присоединять водород и т. п.

Применение и получение гомологов бензола.

1. Гомологи бензола используются в качестве растворителей.

2. Также гомологи бензола используются для производства красителей, лекарств, взрывчатых, душистых веществ и т. д.

БЕНЗОЛ, простейший представитель ароматических углеводородов, С 6 Н 6 . Был открыт в 1825 М. Фарадеем, который выделил бензол из жидкого конденсата светильного газа; в чистом виде получен в 1833 году Э. Митчерлихом пиролизом кальциевой соли бензойной кислоты. В 1865 году Ф. А. Кекуле предложил формулу строения бензола с чередующимися простыми и двойными связями.

Бензол - бесцветная жидкость с нерезким запахом; t пл 5,53 °С, t кип 80,1 °С. Практически нерастворим в воде, смешивается во всех соотношениях с большинством неполярных органических растворителей; растворяет жиры, каучуки, смолы; с водой и спиртами образует азеотропные смеси. В молекуле бензола атомы углерода, находящиеся в состоянии sp 2 -гибридизации, образуют плоский, правильный шестиугольник с расстоянием между атомами углерода 139 пм, причём все атомы цикла участвуют в образовании единой π-электронной системы. Молекула бензола удовлетворяет всем критериям ароматичности.

Бензол обладает химическими свойствами ароматических соединений. При нитровании бензола смесью концентрированной HNO 3 и Н 2 SO 4 образуется нитробензол, который может быть восстановлен в анилин. Бензол сульфируют концентрированной Н 2 SO 4 до бензолсульфокислот; алкилируют алкилгалогенидами до алкилбензолов и ацилируют (в присутствии катализатора AlСl 3) хлорангидридами карбоновых кислот до жирноароматических кетонов (смотри в статье Фриделя - Крафтса реакция). При алкилировании бензола этиленом образуется этилбензол, из которого в промышленности получают стирол; аналогично из бензола и пропилена образуется кумол - исходный продукт для получения фенола и ацетона. При окислении бензола кислородом воздуха при нагревании в присутствии катализатора получают малеиновый ангидрид. Бензол с трудом вступает в реакции присоединения. Так, только при фотохимическом хлорировании бензола образуется гексахлорциклогексан, используемый в качестве инсектицида. При каталитическом гидрировании бензол превращается в циклогексан - исходный продукт в производстве ε-капролактама.

Бензол содержится в коксовом газе, образующемся при пиролизе каменного угля. Основное количество бензола получают риформингом при 470-540 °С нефтяной фракции, выкипающей при 62-85 °С. Бензол - важнейшее сырьё химической промышленности, его применяют в производстве взрывчатых, душистых, лекарственных веществ, пестицидов, красителей, полимерных материалов, а также как растворитель и экстрагент в производстве лаков, красок и др.

Смеси бензола с воздухом (1,5-8% бензола по объёму) взрывоопасны. Бензол токсичен, может вызывать острые и хронические отравления.

Лит.: Соколов В. 3., Харлампович Г. Д. Производство и использование ароматических углеводородов. М., 1980; Общая органическая химия. М., 1981. Т. 1; Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. 4-е изд. М., 1988.

. Бензол играет чрезвычайно важную роль в разнообразных отраслях хим. промышленности. Впервые бензол был открыт в легких фракциях каменноугольного дегтя Фарадеем в 1825 г. Особенные свойства бензола и его производных нашли свое выражение в формуле строения, предложенной в 1865 г. Кекуле, в виде замкнутой цепи из шести углеродных атомов, при которых имеется по одному атому водорода. Однако такое строение не вполне согласуется со свойствами различных веществ, получающихся из бензола, и потому с течением времени различными исследователями в формулу строения бензола были внесены некоторые видоизменения, касающиеся гл. обр. распределения сил сродства внутри углеродного цикла. Главным источником добывания бензола служат продукты, получающиеся при переработке каменного угля на кокс и светильный газ. В последнее время были сделаны попытки получения бензола из нефти путем ее пирогенетического разложения, но они не привели еще к выработке достаточно рентабельных способов. Из газов коксовых печей, которые содержат главную массу бензола, он извлекается различными растворителями или адсорбируется твердыми телами. Обычно для растворения применяют фракцию каменноугольного дегтя, которая в пределах 200-300° дает не менее 80% дистиллята; иногда вместо каменноугольного масла применяют погоны нефти, известные под названием солярового масла. При хорошем масле можно извлечь из газа до 98% всего заключающегося в нем бензола.

Коксовый газ, пройдя через холодильники, смолоотделители и аммиачные промыватели, имея температуру не выше 20°, поступает в скруббера, где промывается поглотительным маслом, растворяющим бензол. Скруббера представляют собой высокие круглые башни, внутри которых делается насадка, способствующая более тесному перемешиванию газа с поглотительным маслом. Масло, насыщенное бензолом с содержанием последнего около 3%, поступает на регенерацию в колонные аппараты, где отгоняется так называемый сырой бензол, имеющий до 65% чистого бензола. Масло, освобожденное от бензола, охлаждается и идет снова на скруббера для промывания газа. Сырой бензол содержит большое число различных углеродистых соединений и неодинаков по составу. Колебания в составе в зависимости от характера производства видны из следующей таблицы:

Кроме указанных веществ, в состав сырого бензола входят также нафталин, кумол, тиотолен, фенол, крезолы, пиридин, кумароны. На заводах Донбасса содержание чистого бензола в сыром продукте в среднем составляет около 52%. Для получения чистого бензола сырой продукт подвергается очистке и ректификации. Первая ректификация дает 90%-ный бензол, который затем поступает на очистку и дальнейшую ректификацию для получения чистого бензола. Очистка заключается в последовательном промывании бензола раствором щелочи, кислоты и водой. Если бензол содержит основания и фенолы, то сначала его промывают разбавленной серной кислотой, чем достигается удаление оснований, а щелочь затем растворяет все кислые вещества. Сероуглерод, тиофен, ненасыщенные алифатические углеводороды удаляются обработкой крепкой серной кислотой 60-66° Вè, которая сульфирует и осмоляет все непредельные и сернистые соединения, переводя их в растворимые и легко вымываемые щелочью вещества. Очистка производится в особых аппаратах - мешалках, снабженных внутри приспособлениями для механического перемешивания жидкости, чтобы обеспечить возможно быструю и полную очистку. Бензол, освобожденный от примесей и сернистых соединений (для этой цели приходится прибегать к повторной обработке кислотой), поступает на окончательную ректификацию для получения чистого продукта. Совершенно чистый бензол - бесцветная, прозрачная, легко подвижная, очень горючая жидкость, которая затвердевает при 5,483° (по водородному термометру) и кипит при 80,08° (760 мм Hg). Удельный вес бензола D 25 = 0,87345, D 4 15,5 = 0,8845, он изменяется с температурой; по Коппу, v t =1+0,001171626t+0,00000127755t 2 +0,00000080648t 3 . Коэффициент лучепреломления n D 8,2 = 1,50808. Удельный объем при 20° - 0,67171. Удельная теплота чистого бензола, по Треену (Тгehin) при 16,2° - 0,402, 20,2° - 0,412, 30,0° - 0,419, 42,8° - 0,429, 50,4° - 0,437, 58,1°- 0,449; удельная теплота продажного бензола, очищенного вымораживанием, при 18,3° - 0,414, 22,7° - 0,418, 31,8° - 0,425, 40,3° - 0,439; 52,0° - 0,452.

Теплота горения при постоянном объеме 10,014 Cal. Бензол при 22° растворим в воде в количестве 0,082 объема на 100 объемов воды. Вода растворяется в бензоле в зависимости от температуры следующим образом (в %%):

Бензол является превосходным растворителем жиров, смол, каучука и других органических соединений.

Химические свойства . Бензол трудно реагирует с веществами, которые вступают во взаимодействие с этиленом и его производными. В присутствии катализаторов - никеля, палладия или платины - бензол присоединяет 6 атомов водорода и переходит в гексогидробензол или гексаметилен. Водородные атомы бензола могут быть заменены галоидами с образованием соответствующих галоидопроизводных. Крепкие серная и азотная кислоты при действии на бензол дают соответствующие сульфо-и нитропроизводные. Рыночные сорта бензола обычно не являются чистым бензолом, а содержат еще толуол и ксилол в различных количествах. По Крамеру и Шпилькеру, различают следующие сорта продажного бензола (в зависимости от %-ного содержания в нем веществ, отгоняющихся до 100°):

Области применения бензола весьма разнообразны. Большие количества бензола в настоящее время идут как примесь к моторному бензину, что значительно улучшает качество последнего. В Англии National Benzol Association предъявляет к моторному бензолу следующие требования: удельный вес 0,870-0,885; при перегонке бензол должен давать до 100° - 75%, 120° - 90%, 125° - 100%; содержание в нем серы не должно превышать 0,4%; бензол не должен содержать воды; степень очистки: при встряхивании 90 см 3 бензола с 10 см 3 90%-ной H 2 SО 4 в течение 5 минут кислота должна окраситься в цвет не темнее светло-коричневого; бензол не должен содержать кислот, щелочей и сероводорода; должен замерзать не ниже -14°.

Бензол применяют в качестве растворителя и для целей экстракции в различных производствах: для приготовления лаков и линолеума, для обезжиривания костей, для экстракции воска и канифоли , для химической чистки различных материалов. Бензол является одним из наиболее употребительных растворителей на резиновых фабриках. Он служит также исходным материалом для приготовления красителей, взрывчатых и душистых веществ, фармацевтических и фотографических препаратов. Огромные количества бензола перерабатываются на нитро- и динитробензол, из которых восстановлением получаются анилин , нитроанилин и фенилендиамин - важные продукты технологии органических веществ, служащие гл. образом исходным материалом при изготовлении целого ряда разнообразных анилиновых красителей. Сульфированием из бензола приготовляют моно- и дисульфокислоты, перерабатываемые далее на фенол и резорцин.

В довоенное время производство бензола в России было развито чрезвычайно слабо. С началом войны и, следовательно, с возрастанием потребности в бензоле, который шел на приготовление различных взрывчатых веществ, спешно пришлось организовать коксобензольные установки. Планомерное и успешное развитие бензольной промышленности началось с момента организации в СССР Акционерного общества «Коксобензол», и в настоящее время количество вырабатываемого ежегодно бензола значительно превышает наиболее производительные годы довоенного времени.

Профессиональные отравления бензолом . Бензол является одним из наиболее сильных профессиональных ядов. Отравление бензолом рабочих возможно: в коксобензольном производстве, при перегонке каменноугольной смолы; на химических и фармацевтических заводах при производстве различных веществ ароматического ряда; в процессах производства различных органических красок; в производстве взрывчатых веществ; при извлечении жиров из костей и кокосовых орехов; на клееваренных заводах, где бензол применяется в качестве растворителя смол, лаков, жиров, йода, фосфора и серы; в резиновом производстве; при изготовлении непромокаемых тканей, линолеума, целлулоида; при окраске различных предметов быстро высыхающими красками и лаками (в частности, аэропланных крыльев); при карбюрации светильного и водяного газа; в химических красильнях и при очистке от жиров тканей, одежды и т. п.; при обслуживании двигателей внутреннего сгорания, и т. д. В последнее время на Западе выпускается множество патентованных фабрикатов, содержащих бензол (лаки, краски, составы для очистки разных предметов) под самыми различными названиями и вызывающих серьезные отравления рабочих.

Бензол проникает в организм гл. образом через дыхательные пути и через легкие проникает в кровь. Вместе с тем бензолом может всасываться также и через неповрежденную кожу. Бензол значительно ядовитее бензина (по Леману и Кравкову, - в 4 раза, по Кону-Абресту, - в 10 раз). Содержание в воздухе 10 мг паров бензола на 1л (по объему 3-4 ч. на 1000 ч.) уже вызывает неприятные ощущения; присутствие в 1 л воздуха 20-30 мг бензола обычно вызывает потерю сознания на несколько часов. Иногда, однако, даже содержание в воздухе 0,001 бензола по объему вызывало смерть. Чтобы предупреждать и медленное действие на рабочих длительного вдыхания паров бензола, не следует допускать их содержания в рабочей атмосфере выше 1:10000, или, примерно, 0,25 мг/л (хотя, по данным специальной американской комиссии, опубликовавшей свой отчет в 1927 г., даже при этих условиях нельзя вовсе избежать воздействия бензола на организм).

Отравление бензолом может иметь острый и хронический характер. В последние годы в медицинской литературе был опубликован ряд смертельных случаев либо немедленно после однократного вдыхания значительного количества паров бензола, либо в результате остро протекающего заболевания после короткого периода работы в атмосфере со значительным количеством паров бензола в воздухе. Немедленная смерть наступает обычно при работе в недостаточно проветренных цистернах, баках и т. п. вместилищах, а также при разрывах сосудов или труб и при незамеченных неисправностях в аппаратуре. Серьезные заболевания, нередко кончающиеся смертью, обычно имеют место при недостаточной кубатуре помещения, отсутствии вентиляции и особенно при высокой температуре помещения. Острые отравления, не кончающиеся немедленной смертью, при вдыхании больших доз вызывают тяжелые изменения со стороны центральной нервной системы: дрожание, судороги, сильное побледнение, расстройства чувствительности, обмороки, а также нередко и злокачественное малокровие (поражающее особенно женщин). Более легкие случаи вызывают головокружение, головную боль, шум в ушах, рвоту. Большей частью скоро наступает состояние как бы опьянения и общей эйфории, в результате чего отравленный теряет правильное восприятие происходящего, не замечает опасности, не уходит с места выделения паров и, при отсутствии помощи со стороны, может стать жертвой дальнейшего отравления. При хроническом отравлении, тянущемся месяцами и даже годами, помимо нервной системы, поражаются в первую очередь органы кровообращения и кроветворения, в результате чего, помимо сильного малокровия, появляются многочисленные мелкие кровоизлияния, как в слизистых оболочках различных внутренних органов, так и в коже. В результате - так наз. «пятнистая болезнь» и напоминающие цингу изменения слизистой оболочки во рту. У женщин появляются обычно сильные маточные кровотечения. Выздоровление наступает редко и даже в благоприятных случаях весьма затягивается. Столь тяжелое действие бензола объясняется тем, что он является сильным ядом, действующим на протоплазму всех клеток организма и на основные окислительные процессы. Мероприятия по предупреждению отравления бензолом в основном те же, как и при отравлении бензином . Необходимо добавить, что всюду, где возможно, следует заменять бензол гораздо менее ядовитыми ксилолом, толуолом, тетрахлоруглеродом или бензином и на работы с бензолом не следует допускать женщин.

 

Возможно, будет полезно почитать: