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Benzeno

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Benzeno
Identificadores
Número CAS 71-43-2
Número RTECS CY1400000
Imagens-jmol 3D Imagem 1
Propriedades
Fórmula molecular C 6 H 6
Massa molar 78,1121 g / mol
Aparência Líquido incolor
Densidade 0,8786 g / cm³, líquido
Ponto de fusão

5,5 ° C (278,6 K)

Ponto de ebulição

80,1 ° C (353,2 K)

Solubilidade em água 1,79 g / l (25 ° C)
Viscosidade 0,652 cp a 20 ° C
Momento de dipolo 0 D
Perigos
MSDS MSDS External
Classificação da UE (F)
Carc. Gato. 1
Muta. Gato. 2
Tóxico (T)
Frases R R45, R46, R11, R36 / 38, R48 / 23/24/25, R65
Frases-S S53, S45
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
3
0
Ponto de centelha -11 ° C
Os compostos relacionados
Os compostos relacionados tolueno
borazina
Página Suplementar dados
Estrutura e
Propriedades
N, ε r, etc.
Termodinâmica
dados
Comportamento de fase
Sólido, líquido, gasoso
Os dados espectrais UV, IV, RMN , MS
Excepto quando indicado, os dados são dados para materiais no seu estado normal (a 25 ° C, 100 kPa)
Referências de Infobox

Benzeno, ou Benzol (ver também Benzina), é um orgânica composto químico com a fórmula C 6 H 6. É por vezes abreviado Ph-H. O benzeno é um incolor e altamente líquido inflamável com um cheiro doce e um ponto de fusão relativamente alto. Devido a isto, a sua utilização como um aditivo na gasolina é agora limitado, mas é um importante industrial solvente e precursor na produção de drogas, plásticos , sintéticos de borracha , e corantes. O benzeno é um constituinte natural do óleo em bruto , mas geralmente é sintetizado a partir de outros compostos presentes no petróleo. O benzeno é um hidrocarboneto aromático e a segunda [n] - anuleno (-annulene), um hidrocarboneto cíclico com um contínuo ligação pi.

História

Descoberta

A palavra "benzeno" deriva historicamente de "benjoim goma", às vezes chamado de "benjamin" (ie, resina benjoim), uma resina aromática conhecida aos farmacêuticos e perfumistas europeus desde o século 15 como um produto do sudeste da ?sia. "Benjoim" é em si uma corruptela da expressão árabe "Luban Jawi", ou "incenso de Java." Um material ácido foi derivado de benjoim por sublimação, e nomeado "flores de benjoim", ou ácido benzóico. O hidrocarboneto derivado de ácido benzóico adquiriu assim o nome benzina, benzeno, ou o benzeno. O benzeno tem sido objeto de muitos estudos por cientistas que variam de Michael Faraday para Linus Pauling . Faraday primeiro isolado e identificado em 1825 a partir de benzeno o resíduo oleoso obtido a partir da produção de gás de iluminação, dando-lhe o nome bicarburet de hidrogénio. Em 1833, Eilhard Mitscherlich o produziu através da destilação de ácido benzóico (a partir de goma benjoim) e Lima. Mitscherlich deu o composto o nome benzin. Em 1836, o químico francês Auguste Laurent chamado a substância "Phene"; esta é a raiz da palavra fenol , que é benzeno hidroxilado, e fenilo, o qual é o radical formado por abstracção de um átomo de hidrogénio a partir de benzeno.

Em 1845, Charles Mansfield, sob a trabalhar August Wilhelm von Hofmann, isolado a partir de benzeno alcatrão de carvão. Quatro anos mais tarde, Mansfield começou a primeira produção em escala industrial de benzeno, com base no método de alcatrão de hulha.

Aos poucos, o sentido desenvolvido entre os químicos que as substâncias relacionadas ao benzeno formaram uma família química natural. Em 1855 August Wilhelm Hofmann usou a palavra " aromático "para designar essa relação familiar, depois de uma propriedade característica de muitos de seus membros.

Anel de fórmula

A fórmula empírica para o benzeno foi sabido por muito tempo, mas a sua altamente estrutura poli-insaturado foi um desafio de determinar. Archibald Scott Couper em 1858 e Joseph Loschmidt em 1861 sugeriu possíveis estruturas que continham várias ligações duplas ou múltiplos anéis, mas o estudo de compostos aromáticos estava em seus primeiros anos, e muito pouca evidência foi, então, disponível para ajudar os químicos decidir sobre qualquer estrutura particular.

Em 1865, o químico alemão Friedrich August Kekulé publicou um artigo em francês (pois ele foi, então, ensinando nas francófona Bélgica), sugerindo que a estrutura continha um anel de seis membros de átomos de carbono com a alternância de ligações simples e duplas. No ano seguinte, ele publicou um artigo muito mais longo em alemão sobre o mesmo assunto. Kekulé usado evidência de que havia acumulado nos anos intervenientes, ou seja, que sempre parecia ser apenas um de qualquer isómero monoderivative de benzeno, e que sempre parecia ser exatamente três isômeros de cada diderivative-argumentar em apoio da sua estrutura proposta. Anel simétrico de Kekulé poderia explicar estes fatos curiosos.

O novo entendimento de benzeno, e, portanto, de todos os compostos aromáticos, mostrou-se tão importante tanto para Química Pura e Aplicada que em 1890 a Sociedade Química Alemã organizou uma apreciação elaborado em honra de Kekulé, comemorando o vigésimo quinto aniversário de seu primeiro papel benzeno . Aqui Kekulé falou da criação da teoria. Ele disse que tinha descoberto a forma de anel da molécula de benzeno após ter um sonho ou devaneio de uma cobra aproveitando a própria cauda (este é um símbolo comum em muitas culturas antigas conhecidas como Ouroboros). Esta visão, disse ele, veio a ele depois de anos de estudo da natureza do ligações carbono-carbono. Esta foi de 20 anos depois de ter resolvido o problema de como átomos de carbono podem ligar-se até quatro outros átomos, ao mesmo tempo. É curioso que uma descrição cómico semelhante de benzeno tinha aparecido em 1886 no der Berichte Durstigen Chemischen Gesellschaft (Journal of the Sedento Chemical Society), uma paródia do der Deutschen Berichte Chemischen Gesellschaft, somente a paródia teve macacos apreendem uns aos outros em um círculo, em vez de cobras como na anedota de Kekulé. Alguns historiadores sugeriram que a paródia era uma sátira da anedota serpente, possivelmente já bem conhecido através da transmissão oral, mesmo que ainda não tinha aparecido na imprensa. Outros têm especulado que a história de Kekulé em 1890 foi um re-paródia da paródia macaco, e foi uma mera invenção, em vez de uma lembrança de um evento em sua vida.

1890 discurso de Kekulé em que essas anedotas apareceu foi traduzido em Inglês. Se alguém toma a anedota como a memória de um acontecimento real, as circunstâncias mencionadas na história sugerem que ele deve ter acontecido no início de 1862.

A natureza cíclica de benzeno foi finalmente confirmada pelo cristalógrafo eminente Kathleen Lonsdale.

Estrutura

Benzeno representa um problema especial em que, para ter em conta todas as obrigações, não deve ser alternada bônus de carbono duplas:

Benzeno com ligações duplas alternadas

Uso Difração de raios X, os investigadores descobriram que todas as ligações carbono-carbono em benzeno são do mesmo comprimento de 140 picômetros (pm). O C-C comprimentos de ligação são maiores do que uma ligação dupla (135pm), mas menor do que uma ligação simples (147Pm). Esta distância é explicada por intermédio de electrões deslocalização: os electrões para C-C de ligação são distribuídos igualmente por cada uma das seis átomos de carbono. Uma representação é que a estrutura exista como uma sobreposição de chamada estruturas de ressonância, em vez de qualquer forma individualmente. Esta deslocalização de elétrons é conhecido como aromaticity, benzeno e dá grande estabilidade. Esta estabilidade melhorada é a propriedade fundamental das moléculas aromáticas que os diferencia a partir de moléculas que são não aromáticos. Para refletir a natureza deslocalizada da ligação, o benzeno é muitas vezes representado com um círculo dentro de um arranjo hexagonal de átomos de carbono:

Estrutura de benzeno com um círculo dentro do hexágono

Tal como é comum em química orgânica, os átomos de carbono no diagrama acima foram deixados não marcado.

Benzeno suficientemente ocorre frequentemente como uma componente de moléculas orgânicas que existe uma Símbolo Unicode com o 232C código para representá-lo com três ligações duplas, e 23E3 para uma versão deslocalizada.

Derivados de benzeno substituído

Muitos produtos químicos importantes são derivados de benzeno, em que com um ou mais dos átomos de hidrogénio é substituído por outro grupo funcional. Exemplos de derivados de benzeno simples são fenol , tolueno , e anilina, abreviado PhOH, PhMe, e PhNH 2, respectivamente. Vinculando anéis de benzeno dá bifenilo, C 6 H 5 C 6 H 5. Além disso a perda de hidrogénio dá hidrocarbonetos aromáticos "fundido", tal como naftaleno e antraceno. O limite do processo de fusão é o material isento de hidrogénio grafite.

Em heterociclos, átomos de carbono no anel de benzeno são substituídos com outros elementos. Os derivados mais importantes são os anéis que contêm azoto . Substituindo uma com CH N dá o composto piridina, C 5 H 5 N. Apesar de benzeno e piridina são estruturalmente relacionado, não benzeno pode ser convertida em piridina. A substituição de uma segunda ligação com CH N dá, dependendo da localização da segunda N, piridazina, pirimidina, e pirazina.

Produção

Vestígios de benzeno pode resultar sempre de carbono ricos em matérias sejam objecto incompleto combustão. É produzido em vulcões e incêndios florestais, e também é um componente de fumaça de cigarro.

Até a Segunda Guerra Mundial , a maioria benzeno foi produzida como um subproduto de produção de coque (ou "óleo leve do forno de coque") no aço indústria. No entanto, na década de 1950, o aumento da demanda por benzeno, especialmente a partir do crescente plásticos indústria, exigiu a produção de benzeno de petróleo. Hoje em dia, a maioria vem do benzeno indústria petroquímica, com apenas uma pequena fracção a ser produzido a partir de carvão.

Três processos químicos contribuem igualmente para a produção de benzeno industrial: reforma catalítica, tolueno hidrodesalquila�o, e craqueamento a vapor.

Reforma catalítica

Em reformação catalítica, uma mistura de hidrocarbonetos com pontos de ebulição entre 60-200 ° C é misturada com hidrogénio gás e, em seguida, exposta a um bifuncional platina ou cloreto de rénio cloreto de catalisador a 500-525 ° C e pressões variando 8-50 atm. Sob estas condições, hidrocarbonetos alifáticos formar anéis e perder hidrogênio para tornar-se hidrocarbonetos aromáticos. Os produtos aromáticos da reacção são então separados da mistura reaccional (ou de reformado) pela extracção com qualquer um de uma série de solventes , incluindo dietileno glicol ou sulfolano, benzeno e, em seguida, é separado dos outros compostos aromáticos por destilação. O passo de extracção de aromáticos a partir do reformado é concebido para produzir compostos aromáticos com tarifas mais componentes não-aromáticos. Os chamados "BTX (benzeno-tolueno-xilenos)" processo consiste de tais passos de extracção e de destilação.

De modo semelhante a este reformação catalítica, UOP e BP comercializado um método de GLP (principalmente propano e butano) a aromáticos.

Tolueno hidrodesalquila�o

Tolueno hidrodesalquila�o converte tolueno ao benzeno. Neste processo intensivo de hidrogénio, o tolueno é misturada com hidrogénio, em seguida, passado através de uma crómio , molibdénio , ou platina catalisador de óxido de 500-600 ° C e 40-60 atm de pressão. Por vezes, temperaturas mais elevadas são usadas em vez de um catalisador (para a condição de reacção semelhante). Sob estas condições, tolueno sofre desalquilação de acordo com a equação química:

C 6 H 5 CH 3 + H 2 → C 6 H 6 + CH4

Esta reacção irreversível é acompanhada por uma reacção secundária que produz equilíbrio bifenilo (aka difenil) à temperatura mais elevada: 2 C 6 H 6H2 + C 12 H 10

Se o fluxo de matéria-prima contém tanto componentes não-aromáticos (parafinas ou naftenos), aqueles são susceptíveis decomposto em hidrocarbonetos inferiores, tais como o metano, o que aumenta o consumo de hidrogénio.

Um rendimento típico de reacção é superior a 95%. Às vezes, xilenos e aromáticos mais pesados são utilizados no lugar de tolueno, com eficiência semelhante.

Isso é muitas vezes chamado de metodologia "de propósito" para a produção de benzeno, comparado com os processos convencionais BTX (benzeno-tolueno-xileno). O processo hidrodesalquila�o não é economicamente viável se a diferença de preço entre o benzeno eo tolueno é pequeno (ou a diferença é menor do que cerca de 15% do preço do benzeno).

Tolueno disproporciona�o

Onde um complexo químico tem exigências similares para ambos benzeno e xileno, tolueno, em seguida disproporciona�o (TDP) pode ser uma alternativa atraente para o hidrodesalquila�o tolueno. Em termos gerais 2 moléculas de tolueno e faz-se reagir os grupos metilo rearranjadas a partir de uma molécula de tolueno para o outro, dando origem a uma molécula de benzeno e uma molécula de xileno.

Dado que a procura de Pará-xileno ( p-xileno) excede substancialmente a demanda por outros isómeros de xileno, pode ser utilizado um refinamento do processo de chamada selectiva TDP TDP (STDP). Neste processo, o fluxo que sai da unidade xileno TDP é de aproximadamente 90% de paraxileno. Em alguns sistemas catalíticos, pese embora a razão benzeno-para-xilenos é diminuída (mais xilenos), quando a demanda de xilenos é maior.

Craqueamento a vapor

Craqueamento pelo vapor é um processo para a produção de etileno e de outras olefinas a partir de hidrocarbonetos alifáticos. Dependendo da matéria-prima utilizada para produzir olefinas, craqueamento a vapor pode produzir um subproduto líquido rico em benzeno chamada gasolina de pirólise. Gasolina de pirólise pode ser misturado com outros hidrocarbonetos, como um aditivo para gasolina, ou destilada (no processo de BTX) para separá-la nos seus componentes, incluindo benzeno.

Usos

Primeiros usos

Nos 19 e-20 primeiros séculos, benzeno foi usado como uma loção pós-barba por causa do seu cheiro agradável. Antes da década de 1920, benzeno foi frequentemente utilizada como um solvente industrial, especialmente para desengorduramento de metais. Tal como se tornou evidente a sua toxicidade, o benzeno foi suplantado por outros solventes, especialmente tolueno (metil benzeno), o qual tem propriedades físicas semelhantes, mas não é tão carcinogénico.

Em 1903, Ludwig Roselius popularizou o uso de benzeno para decaffeinate café. Esta descoberta levou à produção de Sanka (as letras "ka" em nome de marca representam kaffein). Este processo foi depois descontinuado.

Como um aditivo da gasolina, aumenta o benzeno octanagem e reduz bater. Consequentemente, a gasolina muitas vezes continha vários pontos percentuais benzeno antes de 1950, quando chumbo tetraetila substituiu-o como aditivo antidetonante mais amplamente utilizado. Com a eliminação global de gasolina com chumbo, benzeno fez um retorno como aditivo à gasolina em algumas nações. No Estados Unidos , a preocupação em relação aos seus efeitos negativos sobre a saúde e a possibilidade de introduzir o benzeno águas subterrâneas têm levado a uma regulamentação estrita de teor de benzeno de gasolina, com limites tipicamente cerca de 1%. Especificações europeias gasolina agora contêm o mesmo limite de 1% no teor de benzeno. A EPA tem novos regulamentos que irão diminuir o teor de benzeno na gasolina para 0,62% em 2011.

Usos atuais de benzeno

Hoje benzeno é utilizado principalmente como um intermediário para fazer outros produtos químicos. Seus derivados mais amplamente produzidos incluem estireno, que é usado para produzir polímeros e plásticos, fenol para resinas e adesivos (através cumeno), e ciclo-hexano, o qual é utilizado no fabrico de nylon. Quantidades menores de benzeno são utilizados para fazer vários tipos de borrachas , lubrificantes, corantes, detergentes, drogas, explosivos, napalm e pesticidas.

Na pesquisa de laboratório, tolueno é agora frequentemente utilizado como um substituto para o benzeno. O solvente-propriedades das duas tolueno são semelhantes, mas é menos tóxico e tem uma gama mais vasta de líquido.

O benzeno foi usado como uma ferramenta de pesquisa básica em uma variedade de experiências, incluindo a análise de um gás bidimensional

As reacções de benzeno

Substituição aromática electrofílica de benzeno
  • Substituição aromática electrófila é um método geral de derivatização benzeno. O benzeno é suficientemente nucleófila que é submetido a substituição por íons acílio ou alquilo carbocátions para dar derivados substituídos.
Acilação de Friedel-Crafts de benzeno com cloreto de acetilo
    • O Acilação de Friedel-Craf ts é um exemplo específico de substituição aromática electrofílica. A reacção envolve a acilação do benzeno (ou muitos outros anéis aromáticos) com um cloreto de acilo utilizando um forte ?cido de Lewis catalisador , tal como cloreto de alumínio ou cloreto de ferro, que actuam como um suporte de halogéneo.
Alquilação de Friedel-Crafts de benzeno com cloreto de metilo
    • Como a acilação de Friedel-Crafts, o Alquilação de Friedel-Crafts envolve o alquilação de benzeno (e muitos outros anéis aromáticos), utilizando um halogeneto de alquilo na presença de um catalisador de ácido de Lewis forte.
    • sulfonação.
    • Nitração: Benzeno sofre nitração com íons nitronioum (NO 2 +) como o electrófilo. Assim, o aquecimento de benzeno a 50-55 graus Celsius, com uma combinação de ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico para produzir o electrófilo, dá-nitrobenzeno.
  • A hidrogenação (Redução): O benzeno e derivados de ciclo-hexano e converter derivados quando tratada com hidrogénio a 450 K e 10 atm de pressão, com uma finamente dividido níquel catalisador .
  • O benzeno é um excelente ligante na química organometálica de metais de baixo-valentes. Exemplos importantes incluem os complexos sanduíche e meia-sanduíche, respectivamente Cr (C 6 H 6) 2 e [RuCl 2 (C 6 H 6)] 2.

Os efeitos na saúde

Exposição ao benzeno tem sério efeitos para a saúde. Respiratórios altos níveis de benzeno pode resultar em morte , enquanto que os níveis baixos podem causar sonolência, tonturas, ritmo cardíaco rápido, dores de cabeça , tremores, confusão e perda de consciência. Comer ou beber alimentos que contenham altos níveis de benzeno pode causar vômitos, irritação da estômago, tonturas, sonolência, convulsões e morte.

Os principais efeitos do benzeno são (longo prazo) a exposição crônica através do sangue . Benzeno danifica as medula óssea e pode provocar uma diminuição nas células vermelhas do sangue, conduzindo a anemia . Ele também pode provocar sangramento excessivo e deprimir o sistema imune , aumentando a possibilidade de infecção .

Algumas mulheres que respiravam altos níveis de benzeno por muitos meses tinha irregular períodos menstruais e uma diminuição no tamanho da sua ovários. Não se sabe se a exposição benzeno afecta o desenvolvimento feto em mulheres grávidas ou a fertilidade em homens.

Estudos em animais demonstraram baixo peso ao nascer, a formação óssea atrasada, e danos da medula óssea, quando os animais grávidas respirou benzeno.

O Departamento de Saúde e Serviços Humanos (DHHS) dos EUA classifica o benzeno como um ser humano cancerígena. A exposição prolongada a altos níveis de benzeno no ar pode causar leucemia, um potencialmente fatal câncer dos órgãos hematopoiéticos. Em particular, A leucemia mielóide aguda ou leucemia não-linfocítica aguda (AML & ANLL) pode ser causada por benzeno.

Vários testes podem determinar a exposição ao benzeno. Há um ensaio para a medição de benzeno no ar expirado; este teste deve ser realizado logo após a exposição. O benzeno pode também ser medido no sangue; no entanto, porque o benzeno desaparece rapidamente do sangue, medições são precisos apenas para exposições recentes.

No corpo, o benzeno é metabolizado. Certos metabolitos, tais como ?cido trans, trans -muconic ácido pode ser medido no urina. No entanto, este teste deve ser realizado logo após a exposição e não é um indicador fiável da exposição benzeno, uma vez que os mesmos metabolitos podem estar presentes na urina a partir de outras fontes.

O Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos estabeleceu o nível máximo admissível de benzeno na água potável em 0.005 miligramas por litro (0,005 mg / L). A EPA exige que derrames ou descargas acidentais no ambiente de 10 libras (4,5 kg) ou mais de benzeno ser comunicados à EPA.

Os EUA Occupational Safety and Health Administration (OSHA) estabeleceu um limite de exposição permissível de 0,5 partes de benzeno por milhão de partes de ar (0,5 ppm) no local de trabalho durante uma jornada de trabalho de 8 horas, 40 horas semana de trabalho. O limite de exposição de curto prazo para o benzeno no ar é de 5 ppm por 15 minutos.

Na história recente tem havido muitos exemplos dos efeitos nocivos para a saúde de benzeno e seus derivados. Síndrome de óleo tóxico causou imunossupressão localizada em Madrid , em 1981, de pessoas ingerindo contaminada-anilida óleo de colza. Síndrome de Fadiga Crônica também foi altamente correlacionado com as pessoas que comem alimentos "desnaturados" que usam solventes para remover a gordura ou contêm ácido benzóico.

Os trabalhadores em várias indústrias que fazem uso ou benzeno pode estar em risco de serem expostos a altos níveis deste químico cancerígeno. Indústrias que envolvem o uso de benzeno incluem a borracha da indústria, refinarias de petróleo, fábricas de produtos químicos, fabricantes de calçados, e indústrias relacionadas gasolina. Em 1987, OSHA estima que cerca de 237 mil trabalhadores nos Estados Unidos estavam potencialmente expostos ao benzeno, e não se sabe se este número se tenha alterado substancialmente desde então.

?gua e contaminação do solo são vias importantes de interesse para a transmissão de contacto benzeno. Em os EUA sozinho há cerca de 100.000 locais diferentes que têm solo benzeno ou contaminação das águas subterrâneas. Em 2005, o abastecimento de água à cidade de Harbin na China, com uma população de quase nove milhões de pessoas, foi cortado por causa de uma exposição ao benzeno major. Benzeno vazaram para o Rio Songhua, que fornece água potável para a cidade, depois de uma explosão em uma fábrica China National Petroleum Corporation (CNPC), na cidade de Jilin em 13 de Novembro.

Em março de 2006, o funcionário Agência Food Standards na Grã-Bretanha realizou uma pesquisa com 150 marcas de bebidas não alcoólicas. Constatou-se que continha quatro níveis de benzeno acima Organização Mundial de Saúde limites. Os lotes foram afectadas retirados da venda. Ver benzeno em refrigerantes

Oxidação biológica e actividade carcinogénica

Uma maneira de compreender os efeitos cancerígenos do benzeno é examinar os produtos de oxidação biológica. Benzeno puro, por exemplo, oxida no corpo para produzir um epóxido, óxido de benzeno, que não é excretado rapidamente e pode interagir com o DNA para produzir mutações prejudiciais. No entanto, um alquilbenzeno, tolueno , por exemplo, sofre a oxidação do organismo para produzir ácido benzóico. O ácido benzóico é excretada muito facilmente, a partir do corpo e não interage prejudicialmente com o ADN.

Estas diferenças contribuem em grande parte ao fato de que o benzeno é cancerígeno enquanto tolueno (em quantidades razoáveis) não é.

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