Pin
Send
Share
Send


Бензол (сонымен қатар белгілі бензол немесе 6-анну) түссіз, жанғыш, тәтті иісті сұйықтық. Бұл шикі мұнайдың табиғи құраушысы, бірақ әдетте мұнай құрамындағы басқа қосылыстардан синтезделеді. Химиялық тұрғыдан ол органикалық қосылыстар тобына жататын хош иісті көмірсутектерге жіктеледі. Оның химиялық формуласы - С6Н6. Егер деммен жұту немесе салыстырмалы түрде көп мөлшерде ішу болса, бұл денсаулыққа, соның ішінде қатерлі ісік ауруына, тіпті мерзімінен бұрын өлімге әкелуі мүмкін. Екінші жағынан, көптеген жылдар бойғы шыдамдылықтың арқасында ғалымдар бұл дәрі-дәрмектер, пластмассалар, синтетикалық каучук және бояғыштар сияқты көптеген материалдарды өндіруде маңызды еріткіш және маңызды прекурсор екенін анықтады.

Тарих

Бензол көптеген танымал ғалымдардың, соның ішінде Майкл Фарадей мен Линус Полингтің зерттеулері болды. 1825 жылы Фарадей өзінің мұнай газынан оқшауланғаны туралы хабарлады және оған атау берді сутегі бикарбюреті. 1833 жылы Эйлхард Мичшерлих оны бензой қышқылын (сағыз бензоинінен) және әкпен (кальций оксиді) айдау арқылы өндірді. Мицерлич қосылысты атады бензин. 1845 жылы Чарльз Мэнсфилд тамыз айында Вильгельм фон Хофманнның қарамағында жұмыс істеп, бензолды көмір шайырынан оқшаулады. Төрт жылдан кейін Мэнсфилд көмір тар әдісіне негізделген бірінші өнеркәсіптік масштабтағы бензол өндірісін бастады.

Құрылым

Бензолдың химиялық формуласымен таныс болған ғалымдар (C6Н6оның молекулалық құрылымы туралы мистификацияланған. Олар бензолдың әр молекуласында алты көміртегі атомы бар екенін білді, бірақ зат әр молекула ашық тізбек сияқты әрекет етпеді. Фридрих Август Кекуле фон Страдониц, әдетте, 1865 жылы бензолдың сақиналық құрылымын бірінші болып шығарды. Оның айтуынша, ол ұзақ уақыт бойы ақылмен күрескеннен кейін, жыланды өзінің жұтқаны туралы армандаған. құйрығы. Бұл сурет оны бензолға арналған сақина құрылымы туралы ойлауға шабыттандырды.

Кекуле өзінің ресми талаптарын айтқан кезде, олар көпшілікке мәлім болды және қабылданды. Енді аз белгілі ғалым Иосиф Лошмидт (1821-1895) 1861 жылы шыққан буклетте бензолға арналған циклдік құрылымды орналастырды. Кекуленің шынымен арманы болған ба, жоқ әлде Лошмидт жарияланымынан қарыз алды ма, жоқ па, пікірталас тудырады. Екі ғалымның бензолдың сақиналық құрылымын дербес ойлағаны - бұл ғылымда әдеттен тыс болып көрінетін құбылыс. Бензолдың циклдік табиғатын ақыры кристаллограф Кэтлин Лонсдейл растады.

Бензол ерекше проблема болып табылады, барлық облигацияларды есепке алу үшін көміртек атомдарының арасында ауыспалы бір және қос ковалентті байланыс болуы керек, оларды келесідей ұсынуға болады:

Рентгендік дифракция деп аталатын әдісті қолдана отырып, зерттеушілер бензолдағы барлық көміртек-көміртек (С-С) байланыстарының бірдей ұзындыққа ие екенін анықтады (140 пикометр (pm). Әр C-C облигациясының ұзақтығы қос облигациялардан үлкен (134 pm), бірақ бір облигациядан қысқа (147 pm). Ұзақтығы аралық болатын 140 сағаттық байланыс ұзақтығы «электронды делокализация» түсінігімен түсіндіріледі: C-C байланыстыруға арналған электрондар алты көміртек атомдарының арасында бірдей бөлінеді. (Бір ұсыныс - бұл құрылым екі «резонанстық құрылымның» суперпозициясы ретінде болады, емес, жеке-жеке пайда болады.)

Бұл электрондардың делокализациясы белгілі хош иістілік, бензолға үлкен тұрақтылық береді. Бұл жақсартылған тұрақтылық «хош иісті молекулалар» деп аталатын молекулалар класының негізгі қасиеті болып табылады, оларды хош иісті емес молекулалардан ажыратады. Байланыстың анықталған сипатын көрсету үшін бензол көбінесе көміртек атомдарының алтыбұрышты орналасуы шеңберімен бейнеленеді (олар белгіленбейді):

Ауыстырылған бензол туындылары

Көптеген маңызды химиялық заттар бір немесе бірнеше сутегі атомдары басқа функционалды топтармен алмастырылатын бензолдан алынады. Қарапайым бензол туындыларының мысалдары - фенол (С.)6Н5OH немесе PhOH), толуол (C)6Н5CH3, немесе PhMe) және анилин ((C)6Н5NH2, немесе PhNH2). Екі бензол сақинасының байланысы бифенилді береді (С.)6Н56Н5). Екі немесе одан да көп хош иісті сақиналар бір-біріне «балқытылғанда» (яғни, бір сақинаның бір жағы екіншісімен бөлінгенде), нәтижесінде пайда болған қосылыстар ерітілген хош иісті көмірсутектер деп аталады, мысалы нафталин (екі сақина сақина) және антрацен (үшеуі бар) сақиналар). Термиялық процестің шегі - сутегі жоқ материал графиті.

Кейбір хош иісті қосылыстар деп аталады гетероциклді. Бұл жағдайларда бензол сақинасындағы бір немесе бірнеше көміртек атомдары басқа элементтермен алмастырылады. Гетероциклді туындылардың ішіндегі ең маңыздысы - құрамында азот атомдары мен көміртек атомдары бар сақиналар. Гетероциклді қосылыстардың мысалдары пиридин (С.) Болып табылады5Н5N) және пиримидин (C)4Н4N2). (Басқа екі гетероциклді қосылыстар, пиридазин және пиразин пиримидин сияқты химиялық формулаға ие, бірақ екі сақинадағы екі атомның салыстырмалы позициясы әр түрлі.)

Өндіріс

Бензолдың мөлшерін бақылау көміртекке бай материалдар толық жанбастан пайда болуы мүмкін. Ол жанартаулар мен орман өрттерінде шығарылады, сонымен қатар темекі түтінінің құрамдас бөлігі болып табылады.

Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін бензол негізінен болат өнеркәсібінде кокс өндірісінің жанама өнімі ретінде өндірілді. 1950 жылдары бензинге деген сұраныс артқан сайын, әсіресе өсіп келе жатқан пластмасса өнеркәсібінен, оны мұнайдан өндіруді қажет етті. Бүгінгі таңда бензолдың көп бөлігі мұнай-химия өнеркәсібінен келеді, оның аз бөлігі ғана көмірден өндіріледі.

Бензолдың өнеркәсіптік өндірісі үш негізгі химиялық процестерге негізделеді: каталитикалық риформинг, толуолды гидрокалкилаттау және бумен крекинг. Толуолдың диспропорциясы деп аталатын басқа процесті мақсат бензолмен бірге ксилендер деп аталатын хош иісті заттар (ксилендердің үш түрі бар) шығарғанда қолдануға болады.

Каталитикалық реформалау

Каталитикалық қайта құру кезінде 60-200 ° C аралығындағы қайнау температурасы бар көмірсутектердің қоспасы сутегі газымен араласып, катализаторға ұшырайды (мысалы, платина хлориді немесе рений хлориді) және 8-ден 60-қа дейінгі қысым кезінде 500-525 ° C дейін қызады. 50 атмосфера (атм). Мұндай жағдайларда алифатты көмірсутектер сақина түзіп, хош иісті көмірсутектерге айналу үшін сутегін жоғалтады. Хош иісті өнімдер диетилен гликоль немесе сульфолан сияқты кез-келген еріткіштермен реакциялық қоспадан алынады, ал бензол басқа хош иістен тазарту әдісімен бөлінеді.

Толуолды гидрокалькуляциялау

Толуолды гидродекаляция деп аталатын әдіспен толуол (С.)6Н5CH3) бензолға айналады. Толуол сутегімен араласады, содан кейін катализатордан (хром, молибден немесе платина оксиді) өтеді, 500-600 ° C және 40-60 атм қысымымен. Кейде катализатордың орнына жоғары температура қолданылады. Осы жағдайларда, толуол химиялық теңдеулерге сәйкес диксилденеді:

C6Н5CH3 + H2 → C6Н6 + CH4

Типтік реакция өнімділігі 95 пайыздан асады. Кейде толюолдың орнына ксилол мен ауыр хош иісті заттар қолданылады, олардың тиімділігі ұқсас.

Толуолдың диспропорциясы

Егер бензол мен ксилендер қажет болса, онда толуолдың диспропорциясы (TDP) деп аталатын әдіс тартымды балама болуы мүмкін. Реакция кезінде кейбір толуол молекулалары бензол молекулаларын алу үшін метил топтарын жоғалтады (жоғарыдағыдай), ал басқа толуол молекулалары ксилол молекулаларын алу үшін метил топтарын алады (олардың әрқайсысында екі метил тобы болады).

Бу крекингі

Бумен крекинг - бұл алифатты көмірсутектерден этилен мен басқа олефиндерді («қанықпаған көмірсутектер») алу процесі. Олефиндерді өндіру үшін пайдаланылатын шикізатқа байланысты, бу крекингінде бензолға бай сұйық қоспа пайда болуы мүмкін пиролиз бензині. Соңғысы бензин қоспасы ретінде басқа көмірсутектермен араластырылуы немесе оны компоненттерге, оның ішінде бензолға бөлу үшін дистилденуі мүмкін.

Қолданады

Ерте қолдану

ХІХ-ХХ ғасырдың басында бензол жағымды иісі бар болғандықтан қырынудан кейінгі лосьон ретінде пайдаланылды. Сонымен қатар, 1920 жылдарға дейін бензол өнеркәсіптік еріткіш ретінде, әсіресе металды майсыздандыру үшін жиі қолданыла бастады. Оның уыттылығы айқын болғандықтан, бензолды басқа еріткіштер басады.

1903 жылы Лугвиг Розелиус кофені кофеиндендіру үшін бензолды қолдануды кеңінен таратты. Бұл жаңалық Sanka (кофе үшін -ka) өндірісіне әкелді. Бұл процесс кейінірек тоқтатылды.

Бензин қоспа ретінде бензол октанның мөлшерін жоғарылатады және қозғалтқыштың соғуын азайтады. Демек, 1950 жылдарға дейін бензинде бірнеше пайыздық бензол болған. Осыдан кейін тетраэтил қорғасын ең көп қолданылатын антикоксидті қоспа ретінде бензолды алмастырды. Жетекші бензиннің ғаламдық сатысында бензол кейбір елдерде бензин қоспасы ретінде қайта пайда болды. Америка Құрама Штаттарында бензолдың денсаулыққа тигізетін кері әсері және оның жер асты суларына ену мүмкіндігі туралы алаңдаушылық бензиннің бензол құрамына қатысты қатаң ережелерге алып келді - қазір олардың мәні шамамен бір пайызға жуық. Еуропалық бензиннің (бензиннің) техникалық сипаттамалары қазір бензол құрамына бірдей пайыздық шектеуді қамтиды.

Бензолдың қазіргі қолданысы

Бүгінгі күні бензол негізінен аралық ретінде қолданылады, басқа да көптеген химикаттарды.

  • Бензолдың ең көп өндірілген туындылары:
    • полимерлер мен пластмассадан жасалған стирол,
    • фенол, шайырлар мен желімдер алу үшін, және
    • нейлон өндірісінде қолданылатын цикогексан.
  • Аз мөлшерде бензин каучук, майлау материалдары, бояғыштар, жуғыш заттар, есірткі, жарылғыш заттар мен пестицидтердің кейбір түрлерін жасау үшін қолданылады.
  • Зертханалық зерттеулерде толуол қазір бензолдың орнын басатын зат ретінде жиі қолданылады. Екеуінің еріткіш қасиеттері ұқсас, бірақ толуол аз уытты және сұйықтықтың кең ауқымына ие.

Бензолдың реакциясы

Бензол реакциялардың бірнеше түріне қатыса алады, олардың кейбіреулері төменде келтірілген.

  • Бензолды тудырудың жалпы әдісі «электрофильді хош иісті алмастыру» деп аталады. Бензол сақинасы катиондарды тартады, сондықтан сақинадағы сутегі атомдарын алмастырылған туынды шығару үшін акил немесе алкил тобымен алмастыруға болады. Оң жақта жалпыланған реакция көрсетілген, онда «Y+«- бұл ацил немесе алкил тобының катиондық формасы, ал» В «- ақыр соңында Н-ны алатын негіз.+ сақинадан.
  • Фридель-Crafts акилациясы деп аталатын әдіс электрофильді хош иісті алмастырудың нақты мысалы болып табылады. Бұл реакцияда «ацил» тобы бензол сақинасындағы сутегі атомын алмастырады. Реакция алюминий хлориді сияқты катализатордың қатысуымен жүзеге асырылады.
  • Сол сияқты, Фридель-Crafts алкилациясы деп аталатын әдіспен «алкил» тобы бензол сақинасындағы сутегі атомын (немесе басқа хош иісті сақина) алмастырады. Реакция алкилді галогенидпен катализатор қатысында жүзеге асырылады.
  • Нитризация: бензолды концентрлі күкірт және азот қышқылының қосындысымен қыздырғанда реакция нитробензолды (С6Н5ЖОҚ2). Нитрит деп аталатын бұл реакция «электрофильді хош иісті алмастырудың» тағы бір мысалы болып табылады. Ол «нитроний» иондарының әрекетін қамтиды (ЖОҚ)2+).
  • Гидрогенизация: Бензол мен оның туындылары циклогексанға (C) айналуы мүмкін6Н12) және оның туындыларын жоғары қысымда сутегімен өңдеумен. Гидрогенизация деп аталатын реакцияға хош иісті сақинаға сутегі атомдарының қосылуы жатады.
  • Бензол - кейбір металдардың органометаллдық химиясындағы тамаша лиганд. Маңызды мысалдарға Cr (C) сэндвич кешені жатады6Н6)2, және жартылай сэндвич кешені, RuCl2(C)6Н6)2.

Денсаулыққа әсері

Бензолдың әсер етуі денсаулыққа ауыр әсер етеді. Заттың жоғары деңгейімен тыныс алу өлімге әкелуі мүмкін, ал төмен деңгейлер ұйқышылдықты, айналуды, жылдам жүрек соғуын, бас ауруын, дүмпуді, сандырақтауды және ес-түссіздікті тудыруы мүмкін. Бензолдың жоғары мөлшері бар тағамдарды жеу немесе ішу құсу, асқазанның тітіркенуі, ұйқының, ұйқының, конвульсияның, жедел жүрек соғуының және өлімнің себебі болуы мүмкін.

Созылмалы (ұзақ мерзімді) экспозициядан бензолдың негізгі әсері қанға әсер етеді. Бензол сүйек кемігін зақымдайды және қызыл қан клеткаларының азаюына әкелуі мүмкін, анемияға әкеледі. Ол сондай-ақ шамадан тыс қан кетуді тудыруы мүмкін және иммундық жүйені нашарлатуы мүмкін, бұл инфекцияны жоғарылатады.

Көптеген айлар бойы бензолдың жоғары мөлшерімен дем алған кейбір әйелдерде етеккірдің тұрақты болмауы және олардың аналық бездерінің мөлшерінің төмендеуі туралы айтылды. Бензолдың әсер етуі жүкті әйелдердегі дамып келе жатқан ұрыққа немесе еркектердің ұрықтылығына әсер ететіні белгісіз.

Жануарларға жүргізілген зерттеулерде туудың төмен салмағы, сүйек түзілуінің кідірісі және жүкті жануарлар бензолмен дем алған кезде сүйек майының зақымданғаны анықталды.

АҚШ денсаулық сақтау және халыққа қызмет көрсету департаменті (DHHS) бензолды адам канцерогені ретінде жіктейді. Ауада бензолдың жоғары мөлшеріне ұзақ уақыт әсер ету лейкозға, қан құрайтын органдардың өлімге әкелуі мүмкін. Атап айтқанда, жедел миелоидты лейкемия (АМЛ) бензолдан туындауы мүмкін.

Адамның бензолға ұшырағандығын анықтау үшін бірнеше сынақтар бар. Соның бірі - экспозициядан кейін көп ұзамай жасалатын тыныс сынағы. Тағы бір тест қандағы бензолды өлшейді; бірақ бензол қаннан тез жоғалып кететіндіктен, өлшеу тек соңғы экспозиция үшін дәл болады.

Бензол ас қорыту жүйесіне енгеннен кейін ол метаболизденеді және белгілі метаболиттерді несепте өлшеуге болады. Бұл сынақ, басқалар сияқты, экспозициядан кейін көп ұзамай жасалуы керек. Бұл адамның бензолға қаншалықты әсер еткендігі туралы сенімді көрсеткіш емес, өйткені зәрдегі бірдей метаболиттер басқа көздерден алынуы мүмкін.

АҚШ қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) ауыз суға бензолдың шекті рұқсат етілген мөлшерін литріне 0,005 миллиграмм (0,005 мг / л) деңгейінде белгіледі. EPA қоршаған ортаға 10 фунт (4,5 кг) немесе одан жоғары бензолдың төгілуі немесе кездейсоқ шығарылуы туралы агенттікке хабарлауды талап етеді.

АҚШ еңбек қауіпсіздігі және еңбекті қорғау басқармасы (OSHA) 8 сағаттық жұмыс күнінде, 40 сағаттық жұмыс уақытында жұмыс орнында бензиннің 1 бөлігіне ауаның миллион бөлігіне (1 бет / мин) рұқсат етілетін шекті орнатты.

2006 жылғы наурызда Ұлыбританиядағы азық-түлік стандарттарының ресми агенттігі алкогольсіз сусындардың 150 маркасына сауалнама жүргізді. Оның төртінде Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы белгілеген деңгейден жоғары деңгейдегі бензол бар екендігі анықталды. Зардап шеккен партиялар сатылымнан шығарылды.

Соңғы тарихта бензол мен оның туындыларының денсаулыққа зиянды әсерлері туралы көптеген мысалдар келтірілген. Мысалы, 1981 жылы Мадридте бензинмен ластанған зәйтүн майын ішкен адамдар токсинді мұнай синдромынан зардап шекті, бұл жергілікті иммундық қысымның төмендеуіне әкелді. Сонымен қатар, созылмалы шаршау синдромы майды кетіру үшін еріткіштермен өңделген «денатуратталған» тамақты немесе бензой қышқылы бар тағамды жейтін адамдармен өте жақсы байланысқан.

Бензолды өндіретін немесе қолданатын әр түрлі салалардағы жұмысшылар осы канцерогенді химикаттың жоғары деңгейіне ұшырау қаупіне ұшырауы мүмкін. Бензолды қолданумен айналысатын салаларға резеңке өндірушілер, мұнай өңдеу зауыттары, химия зауыттары, аяқ киім өндірушілері және бензин өндірісі жатады. 1987 жылы, OSHA Құрама Штаттарда шамамен 237,000 жұмысшы бензолға ұшырауы мүмкін деп есептеді, және сол уақыттан бері бұл сан айтарлықтай өзгергені белгісіз.

Су мен топырақтың ластануы бензолдың берілуінің маңызды жолдары болып табылады. Тек Америка Құрама Штаттарында топырақта немесе жер асты суларында бензолмен ластанған шамамен 100000 әртүрлі учаскелер бар. 2005 жылы Қытайдың Цзилинь қаласындағы Қытай ұлттық мұнай корпорациясының (CNPC) зауытындағы жарылыстан кейін Сонгхуа өзеніне бензин ағып кетті. Өзен тоғыз миллионға жуық халқы бар Харбин қаласын сумен қамтамасыз ететіндіктен, қаланы сумен қамтамасыз ету тоқтатылды.

Сондай-ақ қараңыз

Пайдаланылған әдебиеттер

  • Купер, Арчибальд Скотт. 1858. Жаңа химиялық теория туралы. Философиялық журнал 16:104-116.
  • Лонсдейл, Кэтлин. 1929. Гексаметилбензолдағы бензол сақинасының құрылымы. Корольдік қоғамның еңбектері 123А: 494.
  • Лонсдейл, Кэтлин. Фурье әдісін қолдана отырып, гексахлоробензол құрылымын рентгендік талдау. Корольдік қоғамның еңбектері 133А: 536.
  • МакМерри, Джон. 2004 жыл. Органикалық химия. 6-шы ред. Белмонт, Калифорния: Брукс / Коул. ISBN 0534420052.
  • Моррисон, Роберт Т. және Роберт Н. Бойд. 1992 жыл. Органикалық химия. 6-шы ред. Энглвуд Клифф, НЖ: Prentice Hall. ISBN 0136436692.
  • Соломондар, T.W. Грэм, және Фрайль, Крейг Б. 2004 ж. Органикалық химия. 8-ред. Хобокен, НЖ: Джон Уили. ISBN 0471417998.
  • Associated Press. 19 мамыр 2006 ж. FDA: Кейбір сусындарда бензол тым көп. CBS жаңалықтары. 17 тамыз 2007 ж.

Pin
Send
Share
Send