BENZEN: TARIHÇE, YAPI, ÖZELLIKLER, TÜREVLER, KULLANIMLAR - KIMYA - 2024

Benzen , tüm aromatik hidrokarbonların en basit birini ihtiva eden bir organik bileşiktir. Kimyasal formülü C ₆ , H ₆ karbon ve hidrojenden arasındaki oran 1'e eşit olduğu bilinmektedir, bunlardan; yani, her bir karbon için ona bağlı bir hidrojen vardır.

Fiziksel görünümü renksiz bir sıvı gibi görünse de doğal olarak petrol ve petrol ürünlerinde bulunur. Tutkal, bitüm ve benzin karışımına benzediği için kokusu çok karakteristiktir; diğer yandan uçucu ve yanıcı bir sıvıdır.

Benzen şişesiyle. Kaynak: Air1404

Yukarıdaki görüntü, muhtemelen analitik olmayan saflıkta benzen içeren bir kap veya şişeyi göstermektedir. Açılırsa, benzen buharları hemen laboratuvara yayılır. Bu nedenle, genellikle basit bir çözücü olarak kullanılan bu sıvı, bir çeker ocak içinde işlenir.

Formülü C ₆ H _{6 olduğundan} , XIX yüzyılın kimyagerleri, söz konusu C / H oranının 1'e eşit olmasına karşılık gelen çok sayıda olası yapı ortaya çıkardı. ekleme reaksiyonlarına karşı alışılmadık kararlılığı; alkenler ve polienler için tipiktir.

Böylelikle bağlantıları, o dönemin kimyagerleri için bir muammayı temsil ediyordu; aromatiklik denen özellik tanıtılıncaya kadar. Bir heksasiklotrien (üç C = C bağı ile) olarak düşünülmeden önce, benzen bundan çok daha fazlasıdır ve kimyadaki birçok sinerji örneğinden bir diğeridir.

Organik kimyada benzen, çoklu poliaromatik bileşiklerin yapısal temeli olan klasik bir semboldür. Altıgeninden, aromatik elektrofilik ikame yoluyla sonsuz türevler elde edilir; kenarlarından yeni bileşikleri tanımlayan yapının örüldüğü bir halka.

Aslında, türevleri, hammadde olarak benzene ihtiyaç duydukları geniş endüstriyel kullanımlardan kaynaklanmaktadır. Yapıştırıcıların ve tekstil elyaflarının hazırlanmasından plastiklere, kauçuklara, pigmentlere, ilaçlara ve patlayıcılara kadar. Öte yandan, benzen doğal olarak yanardağlarda, orman yangınlarında, benzinde ve sigara dumanında bulunur.

Tarih

Keşif ve isimler

Keşfi, genellikle Michael Faraday'ın aydınlatma için kullanılan gazın kalan petrol ürününü topladığı ve deneyler yaptığı 1825 yılına dayanıyor. Bu sıvı 1'e yakın bir C / H oranı içeriyordu, bu yüzden ona 'karbüratörlü hidrojen' adını verdi.

Kimyager Auguste Laurent, (gaz yakıldıktan sonra elde edildiği için) Yunanca'da 'phaínein' kelimesinden türetilen garip hidrokarbon 'feno' adını verdi. Bununla birlikte, bu isim bilim camiası tarafından kabul edilmedi ve benzenden türetilen radikali ifade etmek için sadece 'fenil' olarak kullanıldı.

Kimyager Eilhard Mitscherlich, benzoin zamkından dokuz yıl sonra aynı bileşiği üretmeyi başardı; Bu nedenle, aynı hidrokarbon için 'benzin' olarak vaftiz ettiği başka bir kaynak daha vardı. Bununla birlikte, kinin gibi bir alkaloid olduğunu varsaymak için uygun adı da düşünmediler.

Böylece "benzin" adını "benzol" ile değiştirdiler. Bununla birlikte, 'benzol' teriminin hidrokarbonu bir alkolle karıştırması nedeniyle yine çelişkiler ve tutarsızlıklar vardı. O zaman ilk olarak Fransa ve İngiltere'de kullanılan 'benzen' adı doğdu.

Endüstriyel üretim

Ne yakıcı gaz ne de benzoin zamkı büyük ölçekte benzen üretmek için uygun kaynaklar değildi. August Wilhelm von Hofmann ile birlikte çalışan Charles Mansfield, 1845'te benzeni (keşfinden yirmi yıl sonra) kok üretiminin bir yan ürünü olan kömür katranından izole etmeyi başardı.

Kömür katranından endüstriyel benzen üretimi böyle başladı. Benzenin büyük miktarlarda bulunması, kimyasal özelliklerinin incelenmesini kolaylaştırdı ve benzer reaktivitelere sahip diğer bileşiklerle ilişkili olmasına izin verdi. August Wilhelm von Hofmann, benzen ve bununla ilgili bileşikler için "aromatik" kelimesini kendisi icat etti.

Tarihi yapılar

August Kekulé'nin rüyası

Friedrich August Kekulé, bir daire çizerek kendi kuyruğunu ısıran yılan olan Uroboros ile garip bir rüyadan kaynaklanan, 1865 yılı civarında benzenin altıgen ve döngüsel yapısıyla tanınır. Bu nedenle, benzenin altıgen bir halka olarak düşünülebileceğine ve diğer kimyagerlerin aşağıda gösterilen olası yapıları geliştirdiğine inanıyordu:

Tarih boyunca önerilen benzen halkası için yapılar. Kaynak: Jü

Daha yüksek yapıların bazıları benzenin stabilitesini açıklayabilir.

Kitap, yüzükler ve prizma

Üçüncü yapının bir halka değil, 1869'da Albert Ladenburg tarafından önerilen üçgen bir prizma olduğuna dikkat edin; solunda, 1867'de Sir James Dewar tarafından önerilen, açık bir kitap şeklindeki bir kitap; ve sağında, Henry Edward Armstrong tarafından 1887'de önerilen, halkanın merkezine doğru yönlendirilmiş tüm hidrojenler.

1867'de Adolf Karl Ludwig Claus tarafından önerilen ilk yapı, CC bağlantıları kesiştiği için oldukça tuhaftır. Ve sonuncusu Kekulé'nin 1865'te hayal ettiği "yılan gibi" yüzüğüydü.

"Kazanan" neydi? Johannes Thiele tarafından 1899'da önerilen beşinci yapı (soldan sağa).

Bunda, rezonans melezi ilk kez ele alındı, bu iki Kekulé yapısını birleştirdi (onu gözlemlemek için ilk halkayı sağa çevirin) ve olağanüstü bir şekilde elektronların yer değiştirmesini ve bununla birlikte o zamana kadar olağandışı kararlılığını açıkladı. benzen.

Benzen yapısı

Aromatik benzen halkası. Kaynak: Benjah-bmm27

Yukarıda, Thiele tarafından bir küre ve çubuk modeli kullanılarak önerilen yapı gösterilmektedir.

Benzen molekülü düzdür ve hidrojen atomları halkanın yanlarından dışa doğru bakar. Tüm karbon atomuna sp sahip ² hibridizasyon altı elektron konumlandırabilmek içerisinde aromatik sistemi kurmak için kullanılabilir orbitalinin p.

Bu sp ² karbonları hidrojenlerden daha elektronegatiftir ve bu nedenle ilki elektron yoğunluğunu ikincisine ^çeker (C _sp2 ^δ- -H ^{δ +} ). Sonuç olarak, halkanın merkezinde, yanlarından daha yüksek bir elektron konsantrasyonu vardır.

Daha kesin olarak, aromatik sistem, altıgen halkanın her iki yanında genişleyen bir bulut veya elektronik ped olarak temsil edilebilir; ve ortada, yanlarda veya kenarlarda, pozitif kısmi yüklü hidrojenlerden oluşan bir elektronik eksiklik.

Elektrik yüklerinin bu dağılımı sayesinde, benzen molekülleri birbirleriyle dipol-dipol kuvvetleri yoluyla etkileşime girebilir; H ^{δ +} atomları , komşu bir halkanın aromatik merkezine çekilir (bu aşağıda gösterilecektir).

Ayrıca aromatik merkezler, anlık dipollerin indüksiyonunu desteklemek için üst üste istiflenebilir.

Rezonans

Benzen yapıları ve rezonans melezi. Kaynak: Wikipedia'dan Edgar181.

İki Kekulé yapısı, görüntünün üst kısmında ve bunların altında, rezonans melezi gösterilir. İki yapı aynı anda tekrar tekrar meydana geldiğinden, melez ortada çizilmiş bir daire ile temsil edilir ("altıgen halka" benzer).

Melez daire önemlidir çünkü benzenin (ve diğer birçok bileşiğin) aromatik karakterini gösterir. Ayrıca, bağlantıların CC kadar uzun olmadığına ve C = C kadar kısa olmadığına da dikkat çekiyor; daha ziyade uzunlukları her iki uç nokta arasındadır. Bu nedenle, benzen bir polien olarak kabul edilmez.

Yukarıdakiler, CH (109 pm) bağlarından biraz daha uzun olan benzen CC (139 pm) bağlarının uzunlukları ölçülerek gösterilmiştir.

kristaller

Benzen ortorombik kristal yapısı. Kaynak: Ben Mills

Benzen, oda sıcaklığında bir sıvıdır. Moleküller arası kuvvetleri, böylesine belirgin bir dipol momenti olmamasına rağmen, moleküllerini 80ºC'de kaynayan bir sıvı içinde bir arada tutabileceği anlamına gelir. Sıcaklık 5ºC'nin altına düştüğünde benzen donmaya başlar ve böylece ona karşılık gelen kristaller elde edilir.

Benzen halkalar katılarında tanımlanmış yapısal modelleri benimseyebilir. Çift kutupları, bir ortorombik birim hücre tarafından çoğaltılabilen sıralar oluşturarak sola veya sağa "eğilmelerine" neden olur. Bu nedenle benzen kristalleri ortorombiktir.

Halkaların eğilmesinin, önceki alt bölümlerde bahsedilen aromatik merkezler ile H ⁺ arasındaki etkileşimleri desteklediğine dikkat edin .

Özellikleri

Moleküler kütle

78.114 g / mol.

Fiziksel görünüş

Benzine benzer bir kokuya sahip renksiz sıvı.

Kaynama noktası

80 ° C

Erime noktası

5.5 ° C

ateşleme noktası

-11ºC (kapalı kap).

Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı

497,78 ° C

Yoğunluk

20 ° C'de 0,8765 g / mL

Çözünürlük

Bir litre kaynar su, 3,94 g benzeni zar zor çözebilir. Apolar karakteri onu suyla pratik olarak karışmaz hale getirir. Bununla birlikte, etanol, eterler, aseton, yağlar, kloroform, karbon tetraklorür vb. Gibi diğer çözücülerle karışabilir.

Buhar yoğunluğu

Havaya göre 2.8 (yani, neredeyse üç kat daha yoğun).

Buhar basıncı

25 ° C'de 94,8 mm Hg

Yanma ısısı

-3267.6 kJ / mol (sıvı benzen için).

Buharlaşma ısısı

33.83 kJ / mol.

Yüzey gerilimi

25 ° C'de 28,22 mN / m

Kırılma indisi

20 ° C'de 1.5011

Türevler

Benzen hidrojenleri başka gruplar veya atomlar ile değiştirilebilir. Orijinal altı hidrojenden hiçbiri kalmayana kadar ikame derecesini artıran bir veya daha fazla ikame olabilir.

Örneğin, benzeni Ph-H olarak varsayınız, burada H, altı hidrojenden herhangi biridir. Halkanın merkezinin daha yüksek bir elektron yoğunluğuna sahip olduğunu hatırlayarak, elektrofilik aromatik ikame (SEAr) adı verilen bir reaksiyonda H'nin yerini almak için halkaya saldıran elektrofilleri çeker.

Bu H bir OH ile değiştirilirse, Ph-OH, fenol elde ederiz; Bir CH değiştirilen ₃ , Ph-CH ₃ , toluen; Bu NH ise, ₂ , Ph-NH ₂ , anilin; veya CH ise ₂ , CH ₃ , Ph-CH ₂ CH ₃ , etilbenzen.

Türevler benzen ile aynı veya daha toksik olabilir veya tam tersine, istenen bir farmakolojik etkiye sahip olacak kadar karmaşık hale gelebilir.

Uygulamalar

Örneğin boyalarda, verniklerde, yapıştırıcılarda ve kaplamalarda bulunan çok çeşitli bileşikler için iyi bir çözücüdür.

Aynı şekilde, sıvı yağları, katı yağları veya mumları çözebilir, bu yüzden esanslar için bir özütleme çözücüsü olarak kullanılmıştır. Bu özellik, 1903 yılında Ludwig Roselius tarafından, benzenin toksisitesinden dolayı halihazırda kullanılmayan bir işlem olan kahveyi kafeinsizleştirmek için kullanıldı. Aynı şekilde, geçmişte metalleri yağdan arındırmak için kullanılmıştır.

Klasik kullanımlarından birinde, bir çözücü olarak değil, bir katkı maddesi olarak hareket eder: benzinin oktan sayısını arttırmak, bunun için kurşun ikame etmek.

Benzen türevlerinin farklı kullanımları olabilir; bazıları böcek ilacı, kayganlaştırıcı, deterjan, plastik, patlayıcı, parfüm, boya, yapıştırıcı, ilaç vb. Yapısında bir benzen halkası gözlenirse, sentezinin benzenden başlamış olması muhtemeldir.

En önemli türevleri arasında kümen, ksilen, anilin, fenol (fenolik reçinelerin sentezi için), benzoik asit (koruyucu), sikloheksan (naylon sentezi için), nitrobenzen, resorsinol ve etilbenzen bulunmaktadır.

terminoloji

Benzen türevlerinin adlandırılması, ikame derecesine, ikame gruplarının ne olduğuna ve bunların göreceli konumlarına bağlı olarak değişir. Böylece benzen, mono, di, tri, tetra, vb. İkamelere maruz kalabilir.

İki grup bitişik karbonlara eklendiğinde, 'orto' adı kullanılır; aralarında bir karbon varsa, 'meta'; ve karbonlar zıt konumdaysa, 'para'.

Aşağıdaki resimler, IUPAC tarafından yönetilen ilgili adlarıyla benzen türevlerinin örneklerini göstermektedir. Ayrıca ortak veya geleneksel isimler de eşlik ediyor.

Benzen monodürevleri. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Diğer benzen türevleri. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Üç ikameli benzende orto, para ve meta göstergelerinin artık kullanışlı olmadığını unutmayın.

Toksisite

Benzen, dikkatle kullanılması gereken bir bileşiktir. Kendine özgü kokusu göz önüne alındığında, ani olumsuz etkiler boğulma, baş dönmesi, baş ağrısı, titreme, uyuşukluk, mide bulantısı ve hatta ölüm (yüksek maruziyetle) olabilir. Yukarıda belirtilenlere ek olarak yutulması halinde şiddetli mide ağrısı ve nöbetlere neden olabilir.

Ek olarak, bu sıvıya sürekli maruz kalındığında uzun vadeli etkiler kanserojendir; Bireyin bir tür kanserden, özellikle de kan kanserinden muzdarip olma olasılığını artırır: lösemi.

Kanda kırmızı kan hücrelerinin konsantrasyonunu azaltarak anemiye neden olabilir ve ayrıca daha toksik benzen türevleri oluşturmak için vücut tarafından asimile edildiği kemik iliğini ve karaciğeri etkileyebilir; örneğin hidroksikuinon. Aynı zamanda böbreklerde, kalpte, akciğerlerde ve beyinde birikir.

Referanslar

1. Morrison, RT ve Boyd, RN (1987). Organik Kimya. (5. Baskı). Addison-Wesley Iberoamericana.
2. Carey, FA (2008). Organik Kimya. (6. Baskı). McGraw-Hill, Interamerica, Editörler SA
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organik Kimya. Aminler. (10. baskı.). Wiley Plus.
4. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Benzen. PubChem Veritabanı. CID = 241, Alınan kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Vikipedi. (2019). Benzen. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
6. Garcia Nissa. (2019). Benzen nedir? - Kullanımlar, Yapı ve Formül. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
7. Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri. (4 Nisan 2018). Benzen hakkında gerçekler. Kurtarıldı: Emergency.cdc.gov
8. Dünya Sağlık Örgütü. (2010). Benzen maruziyeti: büyük bir halk sağlığı sorunu. . Kimden kurtarıldı: who.int
9. Fernández Germán. (Sf). Benzen isimlendirme problemleri. Organik Kimya. Quimicaorganica.org'dan kurtarıldı