HC Aromatik (arena)– ini adalah hidrokarbon yang molekulnya mengandung satu atau lebih cincin benzena.
Contoh hidrokarbon aromatik:
Arena deret benzena (arena monosiklik)
Rumus umum:C n H 2n-6 , n≥6
Perwakilan hidrokarbon aromatik yang paling sederhana adalah benzena, rumus empirisnya adalah C 6 H 6.
Struktur elektronik molekul benzena
Rumus umum arena monosiklik C n H 2 n -6 menunjukkan bahwa senyawa tersebut merupakan senyawa tak jenuh.
Pada tahun 1856, ahli kimia Jerman A.F. Kekule mengusulkan rumus siklik benzena dengan ikatan terkonjugasi (ikatan tunggal dan rangkap bergantian) - sikloheksatriena-1,3,5: 
Struktur molekul benzena ini tidak menjelaskan banyak sifat benzena:
- Benzena dicirikan oleh reaksi substitusi daripada reaksi adisi yang merupakan karakteristik senyawa tak jenuh. Reaksi adisi mungkin terjadi, tetapi lebih sulit dibandingkan reaksi adisi;
- benzena tidak masuk ke dalam reaksi yang terjadi reaksi kualitatif untuk hidrokarbon tak jenuh (dengan air brom dan larutan KMnO 4).
Studi difraksi elektron selanjutnya menunjukkan bahwa semua ikatan antar atom karbon dalam molekul benzena memiliki panjang yang sama yaitu 0,140 nm (nilai rata-rata antara panjang atom sederhana koneksi S-S 0,154 nm dan ikatan rangkap C=C 0,134 nm). Sudut antar ikatan pada setiap atom karbon adalah 120 o. Molekulnya berbentuk segi enam datar beraturan.
Teori modern untuk menjelaskan struktur molekul C 6 H 6 menggunakan gagasan hibridisasi orbital atom.
Atom karbon dalam benzena berada dalam keadaan hibridisasi sp2. Setiap atom "C" membentuk tiga ikatan σ (dua dengan atom karbon dan satu dengan atom hidrogen). Semua ikatan σ berada pada bidang yang sama:
Setiap atom karbon memiliki satu elektron p, yang tidak ikut dalam hibridisasi. Orbital p atom karbon yang tidak terhibridisasi berada pada bidang yang tegak lurus terhadap bidang ikatan σ. Setiap awan p tumpang tindih dengan dua awan p yang berdekatan, dan sebagai hasilnya, sistem π terkonjugasi tunggal terbentuk (ingat efek konjugasi elektron p dalam molekul 1,3-butadiena, yang dibahas dalam topik “Hidrokarbon Diena ”):
Gabungan enam ikatan σ dengan satu sistem disebut ikatan aromatik.
Cincin yang terdiri dari enam atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan aromatik disebut cincin benzena atau cincin benzena.
Sesuai dengan gagasan modern tentang struktur elektronik molekul benzena C 6 H 6 digambarkan sebagai berikut:
Sifat fisik benzena
Benzena dalam kondisi normal adalah cairan tidak berwarna; t o pl = 5,5 o C; untuk tidur. = 80 o C; memiliki bau yang khas; tidak bercampur dengan air, pelarut yang baik, sangat beracun.
Sifat kimia benzena
Koneksi aromatik menentukan Sifat kimia benzena dan hidrokarbon aromatik lainnya.
Sistem 6π-elektron lebih stabil daripada ikatan π dua elektron biasa. Oleh karena itu, reaksi adisi kurang khas untuk hidrokarbon aromatik dibandingkan hidrokarbon tak jenuh. Reaksi yang paling khas untuk arena adalah reaksi substitusi.
SAYA. Reaksi substitusi
1.Halogenasi
2. Nitrasi
Reaksi dilakukan dengan campuran asam (campuran nitrasi): 
3. Sulfonasi
4.Alkilasi (penggantian atom “H” dengan gugus alkil) – Reaksi Friedel-Crafts, homolog benzena terbentuk:
Alih-alih haloalkana, alkena dapat digunakan (dengan adanya katalis - AlCl 3 atau asam anorganik):
II. Reaksi penambahan
1.Hidrogenasi
2.Penambahan klorin
AKU AKU AKU.Reaksi oksidasi
1. Pembakaran
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O
2. Oksidasi tidak sempurna (KMnO 4 atau K 2 Cr 2 O 7 dalam lingkungan asam). Cincin benzena tahan terhadap zat pengoksidasi. Tidak ada reaksi yang terjadi.
Memperoleh benzena
Dalam industri:
1) pengolahan minyak dan batubara;
2) dehidrogenasi sikloheksana:
3) dehidrosiklisasi (aromatisasi) heksana:
Di laboratorium:
Fusi garam asam benzoat dengan:
Isomerisme dan tata nama homolog benzena
Setiap homolog benzena memiliki rantai samping, mis. radikal alkil terikat pada cincin benzena. Homolog benzena pertama adalah cincin benzena yang terikat pada radikal metil: 
Toluena tidak memiliki isomer, karena semua posisi pada cincin benzena adalah setara.
Untuk homolog benzena berikutnya, satu jenis isomerisme dimungkinkan - isomerisme rantai samping, yang dapat terdiri dari dua jenis:
1) isomerisme jumlah dan struktur substituen;
2) isomerisme posisi substituen.
Sifat fisik toluena
Toluena- cairan tidak berwarna dengan bau khas, tidak larut dalam air, larut dalam pelarut organik. Toluena kurang beracun dibandingkan benzena.
Sifat kimia toluena
SAYA. Reaksi substitusi
1.Reaksi yang melibatkan cincin benzena
Metilbenzena masuk ke dalam semua reaksi substitusi yang melibatkan benzena, dan pada saat yang sama menunjukkan reaktivitas yang lebih tinggi, reaksi berlangsung lebih cepat.
Radikal metil yang terkandung dalam molekul toluena merupakan substituen, oleh karena itu, sebagai hasil reaksi substitusi pada cincin benzena, diperoleh turunan orto dan para dari toluena atau, jika reagen berlebih, diperoleh triturunan dari rumus umum:
a) halogenasi
Dengan klorinasi lebih lanjut, diklorometilbenzena dan triklorometilbenzena dapat diperoleh:
II. Reaksi penambahan
Hidrogenasi
AKU AKU AKU.Reaksi oksidasi
1.Pembakaran
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
2. Oksidasi tidak sempurna
Berbeda dengan benzena, homolognya dioksidasi oleh zat pengoksidasi tertentu; dalam hal ini, rantai samping mengalami oksidasi, dalam kasus toluena, gugus metil. Zat pengoksidasi ringan seperti MnO 2 mengoksidasinya menjadi gugus aldehida, zat pengoksidasi yang lebih kuat (KMnO 4) menyebabkan oksidasi lebih lanjut menjadi asam: 
Setiap homolog benzena dengan satu rantai samping dioksidasi oleh zat pengoksidasi kuat seperti KMnO4 menjadi asam benzoat, yaitu. rantai samping putus ketika bagian yang terbelah menjadi CO2 teroksidasi; Misalnya: 
Jika terdapat beberapa rantai samping, masing-masing rantai tersebut dioksidasi menjadi gugus karboksil sehingga terbentuk asam polibasa, misalnya:
Memperoleh toluena:
Dalam industri:
1) pengolahan minyak dan batubara;
2) dehidrogenasi metilsikloheksana:
3) dehidrosiklisasi heptana:
Di laboratorium:
1) alkilasi Friedel-Crafts;
2) Reaksi Wurtz-Fittig(reaksi natrium dengan campuran halobenzena dan haloalkana).
   |
|
| Sistematis Nama | benzena |
| Singkatan | PhH |
| Nama-nama tradisional | pengering rambut (Laurent, 1837), fenil hidrogen, benzena |
| kimia. rumus | C₆H₆ |
| Negara | cairan |
| Masa molar | 78,11 gram/mol |
| Kepadatan | 0,8786 gram/cm³ |
| Viskositas dinamis | 0,0652 Pa s |
| Energi ionisasi | 9,24 ± 0,01 eV |
| T.mengapung. | 5,5° |
| T.kip. | 80,1° |
| T.vsp. | −11° |
| T.svspl. | 562° |
| Dll. ledakan | 1,2 ± 0,1 vol.% |
| Tekanan uap | 75 ± 1 mmHg |
| Kelarutan dalam air | 0,073g/100ml |
| gost | Gost 5955-75 |
| Reg. nomor CAS | 71-43-2 |
| PubChem | 241 |
| Reg. nomor EINECS | 200-753-7 |
| SENYUM | C1=CC=CC=C1 |
| Di ChI | |
| RTECS | CY1400000 |
| ChEBI | 16716 |
| laba-laba kimia | 236 |
| Toksisitas | beracun, memiliki sifat karsinogenik dan narkotika |
| Kata sinyal | BERBAHAYA! |
| Data yang diberikan adalah untuk kondisi standar (25°, 100 kPa) kecuali dinyatakan lain. | |
Sifat kimia
Benzena dicirikan oleh reaksi substitusi - benzena bereaksi dengan alkena, kloroalkana, halogen, asam nitrat dan asam sulfat. Reaksi pembelahan cincin benzena terjadi dalam kondisi yang keras (suhu, tekanan).
- Interaksi dengan alkena (alkilasi), sebagai hasil reaksi terbentuk homolog benzena, misalnya etilbenzena dan kumena:
- Reaksi dengan klor dan brom dengan adanya katalis membentuk klorobenzena (reaksi substitusi elektrofilik):
- Dengan tidak adanya katalis, ketika dipanaskan atau diterangi, terjadi reaksi adisi radikal yang membentuk campuran isomer heksaklorosikloheksana.
- Ketika benzena bereaksi dengan brom dalam larutan oleum, heksabromobenzena terbentuk:
- Interaksi dengan turunan halogen alkana (alkilasi benzena, reaksi Friedel-Crafts) dengan pembentukan alkilbenzena:
- Reaksi asilasi Friedel-Crafts benzena dengan anhidrida, asam halida asam karboksilat mengarah pada pembentukan keton aromatik dan lemak aromatik:
6 6 + 6 5 COCl → AlCl 3 6 5 COC 6 5 + HCl
Pada reaksi pertama dan kedua, asetofenon (metil fenil keton) terbentuk; penggantian aluminium klorida dengan antimon klorida memungkinkan suhu reaksi diturunkan hingga 25°C. Pada reaksi ketiga, benzofenon (difenil keton) terbentuk.
- Reaksi formilasi - interaksi benzena dengan campuran CO dan HCl, terjadi pada tekanan tinggi dan di bawah aksi katalis, produk reaksinya adalah benzaldehida:
- Reaksi sulfonasi dan nitrasi (substitusi elektrofilik):
- Reduksi benzena dengan hidrogen (hidrogenasi katalitik):
Reaksi oksidasi
Benzena, karena strukturnya, sangat tahan terhadap oksidasi; tidak terpengaruh, misalnya oleh larutan kalium permanganat. Namun, oksidasi menjadi anhidrida maleat dapat dilakukan dengan menggunakan katalis vanadium oksida:
- Reaksi ozonolisis. Benzena juga mengalami ozonolisis, tetapi prosesnya berlangsung lebih lambat dibandingkan dengan hidrokarbon tak jenuh:
Hasil reaksinya adalah terbentuknya dialdehida - glioksal (1,2-ethandial).
- Reaksi pembakaran. Pembakaran benzena adalah kasus oksidasi yang terbatas. Benzena sangat mudah terbakar dan terbakar di udara dengan nyala api yang sangat berasap:
Struktur
Komposisi benzena termasuk dalam hidrokarbon tak jenuh ( seri homolog N 2N−6), tetapi tidak seperti hidrokarbon dari seri etilen, 2 4, menunjukkan sifat yang melekat pada hidrokarbon tak jenuh (dicirikan oleh reaksi adisi), hanya dalam kondisi yang keras, tetapi benzena lebih rentan terhadap reaksi substitusi. “Perilaku” benzena ini dijelaskan oleh struktur khususnya: keberadaan atom pada bidang yang sama dan adanya struktur 6π- terkonjugasi. awan elektronik. Performa masa kini tentang sifat elektronik ikatan dalam benzena didasarkan pada hipotesis Linus Pauling, yang mengusulkan untuk menggambarkan molekul benzena sebagai segi enam dengan lingkaran tertulis, dengan demikian menekankan tidak adanya ikatan rangkap tetap dan adanya awan elektron tunggal yang menutupi seluruh enam atom karbon dari siklus tersebut.
Istilah ini umum dalam literatur khusus dan populer cincin benzena, yang biasanya mengacu pada struktur karbon benzena tanpa memperhitungkan atom dan gugus lain yang terkait dengan atom karbon. Cincin benzena ditemukan di banyak senyawa berbeda.
Produksi
Saat ini, ada beberapa metode yang berbeda secara mendasar untuk memproduksi benzena.
Aplikasi
Transportasi benzena dengan kereta api dilakukan di mobil tangki khusus
Sebagian besar benzena yang dihasilkan digunakan untuk sintesis produk lain:
- sekitar 50% benzena diubah menjadi etilbenzena (alkilasi benzena dengan etilen);
- sekitar 25% benzena diubah menjadi kumena (alkilasi benzena dengan propilena);
- sekitar 10-15% benzena dihidrogenasi menjadi sikloheksana;
- sekitar 10% benzena dihabiskan untuk produksi nitrobenzena;
- 2-3% benzena diubah menjadi alkilbenzena linier;
- sekitar 1% benzena digunakan untuk mensintesis klorobenzena.
Benzena digunakan dalam jumlah yang jauh lebih kecil untuk sintesis beberapa senyawa lainnya. Kadang-kadang dan dalam kasus ekstrim, karena toksisitasnya yang tinggi, benzena digunakan sebagai pelarut.
Selain itu, benzena merupakan bagian dari bensin. Pada tahun 1920-an dan 1930-an, benzena ditambahkan ru de ke bensin lurus untuk meningkatkan angka oktannya, namun pada tahun 1940-an campuran tersebut tidak dapat bersaing dengan bensin beroktan tinggi. Karena toksisitasnya yang tinggi, kandungan benzena dalam bahan bakar dibatasi oleh standar modern hingga 1%.
Efek biologis dan toksikologi
Benzena adalah salah satu xenobiotik asal antropogenik yang paling umum.
Benzena sangat beracun. Dosis mematikan minimal bila diminum adalah 15 ml, rata-rata 50-70 ml. Menghirup uap benzena dalam jangka pendek tidak langsung menyebabkan keracunan, oleh karena itu, hingga saat ini, prosedur bekerja dengan benzena tidak diatur secara khusus. Dalam dosis besar, benzena menyebabkan mual dan pusing, dan dalam beberapa kasus yang parah, dapat menyebabkan keracunan akibat yang fatal. Tanda pertama keracunan benzena sering kali berupa euforia. Uap benzena dapat menembus kulit utuh. Benzena cair cukup mengiritasi kulit. Jika tubuh manusia terpapar benzena dalam jumlah kecil dalam jangka waktu lama, akibatnya juga bisa sangat serius.
Benzena adalah karsinogen yang kuat. Studi menunjukkan hubungan antara benzena dan penyakit seperti anemia aplastik, leukemia akut (myeloid, limfoblastik), leukemia myeloid kronis, sindrom myelodysplastic dan penyakit sumsum tulang.
Mekanisme transformasi dan efek mutagenik benzena
Ada beberapa pilihan mekanisme transformasi benzena dalam tubuh manusia. Pada varian pertama, molekul benzena dihidroksilasi oleh sistem oksidasi mikrosomal dengan partisipasi sitokrom P450. Menurut mekanismenya, benzena pertama-tama dioksidasi menjadi epoksida yang sangat reaktif, yang selanjutnya diubah menjadi fenol. Selain itu, radikal bebas (spesies oksigen reaktif) dihasilkan karena tingginya aktivasi P450 melalui reaksi:
Mekanisme molekuler mutagenesis benzena
Benzena adalah promutagen, ia memperoleh sifat mutagenik hanya setelah biotransformasi, sebagai akibatnya senyawa dengan reaktivitas tinggi terbentuk. Salah satunya adalah benzena epoksida. Karena tekanan sudut yang tinggi pada cincin epoksi, ikatan -C-O-C- terputus dan molekul menjadi elektrofil; ia mudah bereaksi dengan pusat nukleofilik dari basa nitrogen molekul asam nukleat, terutama DNA.
Mekanisme interaksi cincin epoksi dengan pusat nukleofilik - gugus amino basa nitrogen (reaksi arilasi) berlangsung sebagai reaksi substitusi nukleofilik 2 . Akibatnya, terbentuk hasil tambahan DNA yang terikat secara kovalen cukup kuat; turunan seperti itu paling sering diamati pada guanin (karena molekul guanin memiliki jumlah pusat nukleofilik maksimum), misalnya, N7-fenilguanin. Hasil tambahan DNA dapat menyebabkan perubahan pada struktur DNA asli, sehingga mengganggu jalannya proses transkripsi dan replikasi yang benar. Apa sumber mutasi genetik. Akumulasi epoksida dalam hepatosit (sel hati) menyebabkan konsekuensi yang tidak dapat diubah: peningkatan arilasi DNA, dan pada saat yang sama peningkatan ekspresi (ekspresi berlebihan) protein mutan yang merupakan produk mutasi genetik; penghambatan apoptosis; transformasi sel dan bahkan kematian. Selain genotoksisitas dan mutagenisitas yang nyata, benzena memiliki myelotoxicity dan aktivitas karsinogenik yang kuat, efek ini terutama terlihat pada sel-sel jaringan myeloid (sel-sel jaringan ini sangat sensitif terhadap paparan xenobiotik semacam ini).
Penyalahgunaan benzena dan zat
Benzene memiliki efek memabukkan pada manusia dan dapat menyebabkan kecanduan narkoba.
Keracunan akut
Pada konsentrasi yang sangat tinggi - hilangnya kesadaran dan kematian hampir seketika dalam beberapa menit. Warna wajah kebiruan, selaput lendir sering berwarna merah ceri. Pada konsentrasi yang lebih rendah - kegembiraan mirip dengan alkohol, kemudian mengantuk, kelemahan umum, pusing, mual, muntah, sakit kepala, kehilangan kesadaran. Kedutan otot juga diamati, yang dapat berkembang menjadi kejang tonik. Pupil sering melebar dan tidak merespon cahaya. Pernafasan dipercepat pada awalnya, kemudian diperlambat. Suhu tubuh turun tajam. Denyut nadi cepat, pengisian rendah. Tekanan darah berkurang. Ada beberapa kasus aritmia jantung parah yang diketahui.
Setelah keracunan parah yang tidak secara langsung menyebabkan kematian, kadang-kadang diamati gangguan kesehatan jangka panjang: radang selaput dada, radang selaput lendir hidung pada saluran pernapasan bagian atas, penyakit kornea dan retina, kerusakan hati, gangguan jantung, dll. Kasus neurosis vasomotor dengan pembengkakan pada wajah dan anggota badan, gangguan kepekaan dan kejang beberapa saat setelah keracunan akut dengan uap benzena. Terkadang kematian terjadi beberapa saat setelah keracunan.
Keracunan kronis
Dalam kasus yang parah, gejala berikut ini diamati: sakit kepala, kelelahan ekstrem, sesak napas, pusing, lemah, gugup, mengantuk atau susah tidur, gangguan pencernaan, mual, terkadang muntah, kurang nafsu makan, buang air kecil meningkat, menstruasi, pendarahan terus-menerus dari mukosa mulut , terutama gusi, sering berkembang, dan hidung, berlangsung berjam-jam bahkan berhari-hari. Terkadang pendarahan terus-menerus terjadi setelah pencabutan gigi. Banyak pendarahan kecil (perdarahan) pada kulit. Darah dalam tinja, pendarahan rahim, pendarahan retina. Biasanya pendarahan, dan sering kali disertai demam (suhu mencapai 40° ke atas), yang membawa orang yang keracunan ke rumah sakit. Dalam kasus seperti itu, prognosisnya selalu serius. Penyebab kematian terkadang adalah infeksi sekunder: ada kasus peradangan gangren pada periosteum dan nekrosis rahang, peradangan ulseratif parah pada gusi, dan sepsis umum dengan endometritis septik yang diketahui.
Kadang-kadang, dengan keracunan parah, gejala penyakit saraf berkembang: peningkatan refleks tendon, klonus bilateral, tanda Babinski positif, gangguan sensitivitas dalam, gangguan pseudotabetik dengan paresthesia, ataksia, paraplegia, dan gangguan motorik(tanda-tanda kerusakan pada kolom posterior sumsum tulang belakang dan jalur piramidal).
Perubahan yang paling umum terjadi pada darah. Jumlah sel darah merah biasanya berkurang tajam, hingga 1-2 juta ke bawah. Kandungan hemoglobin juga turun secara signifikan, terkadang hingga 10%. Indeks warna dalam beberapa kasus rendah, terkadang mendekati normal, dan terkadang tinggi (terutama pada anemia berat). Anisositosis dan poikilositosis, tanda baca basofilik dan munculnya eritrosit inti, peningkatan jumlah retikulosit dan volume eritrosit dicatat. Penurunan tajam jumlah leukosit merupakan ciri khasnya. Terkadang awalnya leukositosis, dengan cepat digantikan oleh leukopenia, percepatan LED. Perubahan dalam darah tidak terjadi secara bersamaan. Paling sering, sistem leukopoietik terpengaruh terlebih dahulu, dan trombositopenia terjadi kemudian. Kerusakan fungsi eritroblastik seringkali terjadi bahkan kemudian. Di masa depan, gambaran khas keracunan parah - anemia aplastik - dapat berkembang.
Fenomena keracunan dapat bertahan dan bahkan berkembang berbulan-bulan atau bertahun-tahun setelah penghentian penggunaan benzena.
Pertolongan pertama untuk keracunan dan pengobatan
Dalam kasus keracunan akut dengan benzena (uap benzena), korban harus dibawa ke rumah sakit terlebih dahulu Udara segar, jika terjadi henti napas, dilakukan pernafasan buatan sampai normal, oksigen dan lobeline digunakan sebagai stimulan pernafasan. Penggunaan adrenalin sebagai obat analeptik sangat dilarang! Jika terjadi muntah, gunakan larutan glukosa 40% secara intravena; jika terjadi masalah peredaran darah, suntikkan larutan kafein. Jika keracunan terjadi secara oral dan benzena masuk ke lambung, perlu dibilas dengan minyak sayur (benzena menyerap dengan baik), prosedur harus dilakukan dengan hati-hati, karena aspirasi dapat terjadi. Jika terjadi keracunan ringan, pasien disarankan istirahat. Dalam keadaan tereksitasi, hal ini diperlukan obat penenang. Jika terjadi anemia, transfusi darah, vitamin B12, asam folat, untuk leukopenia - vitamin B6, pentoksil. Dengan penurunan kekebalan (keadaan imunodefisiensi) - imunostimulan.
Pengaruh benzena pada biomembran
Membran biologis adalah struktur supramolekul - lapisan lipid ganda di mana molekul protein dan polisakarida diintegrasikan (tertanam) atau menempel pada permukaan. Lipid yang merupakan bagian dari biomembran pada dasarnya adalah senyawa amfifilik (difilik), yaitu mampu larut baik dalam zat polar maupun nonpolar, karena adanya gugus polar yang disebut. "kepala"(karboksil -COOH, hidroksil -OH, gugus amino -NH 2 dan lain-lain) dan disebut non-polar. "ekor"(radikal hidrokarbon - alkil, aril, struktur polisiklik seperti kolestana dan lain-lain).
Benzena adalah pelarut membran biologis yang efektif; ia dengan cepat melarutkan gugus non-polar (disebut hidrokarbon "ekor") lipid, terutama kolesterol, yang merupakan bagian dari membran. Proses pelarutan dibatasi oleh konsentrasi benzena; semakin banyak benzena, semakin cepat proses berlangsung. Selama proses pelarutan, energi dilepaskan yang secara harfiah memecah lapisan lipid ganda (lipid bilayer), yang menyebabkan kehancuran total (penghancuran struktural) membran dan apoptosis sel berikutnya (selama penghancuran biomembran, reseptor membran diaktifkan (seperti sebagai : CD95, TNFR1, DR3, DR4, dan lain-lain), yang mengaktifkan apoptosis sel).
Efek pada kulit
Dengan seringnya kontak tangan dengan benzena, kulit kering, pecah-pecah, gatal, kemerahan (biasanya di sela-sela jari), bengkak, dan ruam melepuh seperti millet diamati. Terkadang pekerja terpaksa berhenti bekerja karena lesi kulit.
Sangat konsentrasi yang diizinkan 5mg/m3.
Keamanan
Bekerja dengan benzena mempunyai risiko keracunan dan gangguan kesehatan yang serius. Benzena adalah cairan yang sangat mudah menguap (volatilitas 320 mg/l pada 20 °C) dengan tingkat tinggi pengapian, oleh karena itu, ketika bekerja dengannya, perlu diperhatikan tindakan pencegahan keselamatan saat bekerja dengan cairan yang mudah terbakar. Uap benzena menimbulkan bahaya besar karena dapat membentuk campuran yang mudah meledak dengan udara. Saat ini, penggunaan benzena sebagai pelarut organik sangat terbatas karena toksisitas dan efek karsinogenik dari uap dan gasnya. dampak negatif pada kulit. Bekerja dengan benzena di laboratorium juga memiliki keterbatasan (diatur secara ketat). Disarankan untuk menggunakan benzena dalam percobaan hanya dalam volume kecil (tidak lebih dari 50 ml); pekerjaan harus dilakukan secara eksklusif dengan sarung tangan karet fluor (lateks larut dan membengkak saat terkena benzena).
- simpan di dekat sumber panas, api terbuka, zat pengoksidasi kuat, produk makanan, dan seterusnya,
- tinggalkan bentuk terbuka wadah berisi bensin, rokok,
- menggunakan wadah bensin untuk keperluan makanan, mencuci tangan, piring,
- bekerja di ruangan tertutup, berventilasi buruk dengan suhu udara di atas 30°C,
- menggunakan sejumlah besar zat sebagai pelarut,
- bekerja tanpa alat pelindung kulit tangan, mata dan organ pernafasan.
Ekologi
Benzena adalah zat yang tidak aman bagi lingkungan, racun yang berasal dari antropogenik. Sumber utama benzena masuk ke lingkungan dengan air limbah atau emisi ke atmosfer adalah perusahaan industri petrokimia dan kokas-kimia, produksi bahan bakar dan transportasi. Benzena mudah menguap dari badan air dan mampu bertransformasi dari tanah menjadi tanaman, sehingga menimbulkan ancaman serius bagi ekosistem.
Benzena memiliki sifat terakumulasi; karena lipofilisitasnya, ia dapat disimpan dalam sel-sel jaringan adiposa hewan, sehingga meracuni mereka.
Kelompok reaksi pertama adalah reaksi substitusi. Kami mengatakan bahwa arena tidak memiliki ikatan rangkap dalam struktur molekulnya, tetapi mengandung sistem terkonjugasi enam elektron, yang sangat stabil dan memberikan kekuatan tambahan pada cincin benzena. Oleh karena itu, dalam reaksi kimia, penggantian atom hidrogen terjadi terlebih dahulu, dan bukan penghancuran cincin benzena.
Kita telah menjumpai reaksi substitusi ketika berbicara tentang alkana, tetapi bagi mereka reaksi ini berlangsung menurut mekanisme radikal, dan untuk arena mekanisme ion reaksi substitusi.
Pertama halogenasi sifat kimia. Penggantian atom hidrogen dengan atom halogen, klor atau brom.
Reaksi terjadi ketika dipanaskan dan selalu dengan partisipasi katalis. Dalam kasus klorin, bisa berupa aluminium klorida atau besi klorida tiga. Katalis mempolarisasi molekul halogen, menyebabkan pembelahan ikatan heterolitik dan menghasilkan ion.
Klorin adalah ion bermuatan positif dan bereaksi dengan benzena.
Jika reaksi terjadi dengan brom, maka katalisnya adalah besi bromida atau aluminium bromida.
Penting untuk dicatat bahwa reaksi terjadi dengan molekul brom dan bukan dengan air brom. Benzena tidak bereaksi dengan air brom.
Halogenasi homolog benzena memiliki karakteristik tersendiri. Dalam molekul toluena, gugus metil memfasilitasi substitusi dalam cincin, reaktivitas meningkat, dan reaksi terjadi pada kondisi yang lebih ringan, yaitu pada suhu kamar.
Perlu diperhatikan bahwa substitusi selalu terjadi pada posisi orto dan para, sehingga diperoleh campuran isomer.
Kedua properti nitrasi benzena, pengenalan gugus nitro ke dalam cincin benzena.
Cairan kental berwarna kekuningan dengan bau almond pahit membentuk nitrobenzena, sehingga reaksinya dapat bersifat kualitatif terhadap benzena. Untuk nitrasi, campuran nitrasi asam nitrat dan asam sulfat pekat digunakan. Reaksinya dilakukan dengan pemanasan.
Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa untuk nitrasi alkana dalam reaksi Konovalov, asam nitrat encer digunakan tanpa penambahan asam sulfat.
Selama nitrasi toluena, serta selama halogenasi, campuran isomer orto dan para terbentuk.
Ketiga sifat alkilasi benzena dengan haloalkana.
Reaksi ini memungkinkan masuknya radikal hidrokarbon ke dalam cincin benzena dan dapat dianggap sebagai metode untuk menghasilkan homolog benzena. Aluminium klorida digunakan sebagai katalis, yang mendorong penguraian molekul haloalkana menjadi ion. Pemanasan juga diperlukan.
Keempat sifat alkilasi benzena dengan alkena.
Dengan cara ini Anda dapat memperoleh, misalnya kumena atau etilbenzena. Katalis aluminium klorida.
2. Reaksi adisi pada benzena
Kelompok reaksi kedua adalah reaksi adisi. Kami mengatakan bahwa reaksi ini tidak biasa, tetapi mungkin terjadi dalam kondisi yang cukup ketat dengan penghancuran awan pi-elektron dan pembentukan ikatan enam sigma.
Kelima properti dalam daftar umum hidrogenasi, penambahan hidrogen.
Suhu, tekanan, katalis nikel atau platinum. Toluena dapat bereaksi dengan cara yang sama.
Keenam klorinasi properti. Harap dicatat bahwa kita berbicara secara khusus tentang interaksi dengan klorin, karena bromin tidak terlibat dalam reaksi ini.
Reaksi terjadi di bawah paparan sinar ultraviolet yang keras. Hexachlorocyclohexane, nama lain untuk hexachlorane, suatu zat padat, terbentuk.
Penting untuk diingat bahwa untuk benzena tidak memungkinkan reaksi adisi hidrogen halida (hidrohalogenasi) dan penambahan air (hidrasi).
3. Substitusi pada rantai samping homolog benzena
Kelompok reaksi ketiga hanya menyangkut homolog benzena - ini adalah substitusi pada rantai samping.
Ketujuh properti dalam daftar umum halogenasi pada atom karbon alfa di rantai samping.
Reaksi terjadi bila dipanaskan atau disinari dan selalu hanya pada karbon alfa. Ketika halogenasi berlanjut, atom halogen kedua akan kembali ke posisi alfa.
4. Oksidasi homolog benzena
Kelompok reaksi keempat adalah oksidasi.
Cincin benzena terlalu kuat, jadi benzena tidak teroksidasi kalium permanganat tidak mengubah warna larutannya. Ini sangat penting untuk diingat.
Tetapi homolog benzena dioksidasi oleh larutan kalium permanganat yang diasamkan ketika dipanaskan. Dan ini adalah sifat kimia kedelapan.
Ini menghasilkan asam benzoat. Perubahan warna larutan diamati. Dalam hal ini, berapapun panjang rantai karbon substituennya, ia selalu putus setelah atom karbon pertama dan atom alfa dioksidasi menjadi gugus karboksil dengan pembentukan asam benzoat. Sisa molekul dioksidasi menjadi asam yang sesuai atau, jika hanya satu atom karbon, menjadi karbon dioksida.
Jika homolog benzena memiliki lebih dari satu substituen hidrokarbon pada cincin aromatik, maka oksidasi terjadi menurut aturan yang sama - karbon yang terletak pada posisi alfa dioksidasi.
DI DALAM dalam contoh ini diperoleh asam aromatik dibasa, yang disebut asam ftalat.
Saya secara khusus ingin mencatat oksidasi kumena, isopropilbenzena, oleh oksigen atmosfer dengan adanya asam sulfat.
Inilah yang disebut metode kumena untuk memproduksi fenol. Biasanya, reaksi ini ditemui dalam hal-hal yang berkaitan dengan produksi fenol. Ini adalah metode industri.
Kesembilan properti pembakaran, oksidasi lengkap dengan oksigen. Benzena dan homolognya terbakar menjadi karbon dioksida dan air.
Mari kita tulis persamaan pembakaran benzena dalam bentuk umum.
Berdasarkan hukum kekekalan massa, jumlah atom di sebelah kiri harus sama banyaknya dengan jumlah atom di sebelah kanan. Karena dalam reaksi kimia, atom tidak hilang, tetapi urutan ikatan antar atom hanya berubah. Jadi jumlah molekul karbon dioksida akan sama banyaknya dengan jumlah atom karbon dalam molekul arena, karena molekul tersebut mengandung satu atom karbon. Yaitu, n molekul CO 2. Jumlah molekul air dua kali lebih sedikit dibandingkan atom hidrogen, yaitu (2n-6)/2 yang artinya n-3.
Jumlah atom oksigen di kiri dan kanan sama. Di sebelah kanan ada 2n dari karbon dioksida, karena setiap molekul memiliki dua atom oksigen, ditambah n-3 dari air, sehingga totalnya menjadi 3n-3. Di sebelah kiri jumlah atom oksigennya sama 3n-3, artinya jumlah molekulnya dua kali lebih sedikit, karena molekul tersebut mengandung dua atom. Yaitu (3n-3)/2 molekul oksigen.
Jadi, kami telah menyusun persamaan pembakaran homolog benzena dalam bentuk umum.
Kami mempersembahkan kepada Anda pelajaran video yang didedikasikan untuk topik “Sifat kimia benzena”. Dengan menggunakan video ini, Anda dapat memperoleh pemahaman tentang sifat kimia benzena, serta kondisi keras yang diperlukan agar benzena dapat bereaksi dengan zat lain.
Subjek:Hidrokarbon aromatik
Pelajaran:Sifat kimia benzena
Beras. 1. Molekul benzena
Sulit untuk memecahkan awan elektron p dalam molekul benzena. Oleh karena itu, benzena masuk reaksi kimia secara signifikan kurang aktif dibandingkan dengan senyawa tak jenuh.
Agar benzena dapat masuk ke dalam reaksi kimia, diperlukan kondisi yang cukup ketat: suhu tinggi, dan dalam banyak kasus, katalis. Dalam sebagian besar reaksi, cincin benzena yang stabil dipertahankan.
1. Brominasi.
Katalis (besi (III) atau aluminium bromida) diperlukan dan bahkan sejumlah kecil air pun tidak diperbolehkan. Peran katalis adalah untuk menarik molekul brom oleh salah satu atom brom ke atom besi. Akibatnya, ia terpolarisasi - sepasang elektron ikatan menuju ke atom brom yang terikat dengan besi:
Br +…. Br - FebruariBr 3 .
Br+ merupakan elektrofil kuat. Ia tertarik ke awan enam elektron dari cincin benzena dan memecahnya hingga terbentuk Ikatan kovalen dengan atom karbon:
Anion brom dapat bergabung dengan kation yang dihasilkan. Namun reduksi sistem aromatik cincin benzena secara energetik lebih menguntungkan dibandingkan penambahan anion brom. Oleh karena itu, molekul masuk ke keadaan stabil dengan melepaskan ion hidrogen:
Semua reaksi substitusi elektrofilik pada cincin benzena berlangsung melalui mekanisme yang serupa.
2. Nitrasi
Benzena dan homolognya berinteraksi dengan campuran sulfur pekat dan asam nitrat(campuran nitrasi). Dalam campuran nitrasi, ion nitronium NO 2 + berada dalam kesetimbangan, yaitu elektrofil:
3. Sulfonasi.
Benzena dan arena lainnya, jika dipanaskan, bereaksi dengan asam sulfat pekat atau oleum - larutan SO 3 dalam asam sulfat:
4 . Alkilasi Friedel-Crafts
5. Alkilasi dengan alkena
Reaksi-reaksi ini tidak menguntungkan secara energi dan oleh karena itu hanya terjadi jika dipanaskan atau disinari.
1. Hidrogenasi.
Ketika dipanaskan, di bawah tekanan tinggi, dan dengan adanya katalis Ni, Pt, atau Pd, benzena dan arena lainnya menambahkan hidrogen untuk membentuk sikloheksana:
2. Klorinasi benzena.
Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, benzena menambahkan klorin. Jika labu kaca kuarsa berisi larutan klor dalam benzena diletakkan sinar matahari, larutan akan cepat berubah warna, klorin akan bergabung dengan benzena membentuk 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane, yang dikenal sebagai heksakloran(sebelumnya digunakan sebagai insektisida):
3. Pembakaran benzena.
Berbeda dengan alkana, benzena dan hidrokarbon aromatik lainnya memiliki nyala api yang terang dan berasap.
Menyimpulkan pelajaran
Dalam pelajaran ini Anda mempelajari topik “Sifat kimia benzena”. Dengan menggunakan materi ini, Anda dapat memperoleh pemahaman tentang sifat kimia benzena, serta kondisi keras yang diperlukan agar benzena dapat bereaksi dengan zat lain.
Bibliografi
1. Rudzitis G.E. Kimia. Dasar-dasar kimia umum. kelas 10: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar/ G.E.Rudzitis, F.G. Feldman. - Edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.
2. Kimia. kelas 10. Tingkat profil: buku teks untuk pendidikan umum institusi/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin dkk. - M.: Bustard, 2008. - 463 hal.
3. Kimia. Kelas 11. Tingkat profil: akademik. untuk pendidikan umum institusi/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin dkk. - M.: Bustard, 2010. - 462 hal.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kumpulan soal-soal kimia bagi yang masuk perguruan tinggi. - edisi ke-4. - M.: RIA "New Wave": Penerbit Umerenkov, 2012. - 278 hal.
Pekerjaan rumah
1. No. 13, 14 (hlm. 62) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kimia: Kimia organik. Kelas 10: buku teks untuk lembaga pendidikan umum: tingkat dasar / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - Edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.
2. Mengapa senyawa aromatik Apakah sifat kimianya berbeda dari hidrokarbon jenuh dan tak jenuh?
3. Tuliskan persamaan reaksi pembakaran etilbenzena dan xilena.
Properti fisik
Benzena dan homolog terdekatnya adalah cairan tidak berwarna dengan bau tertentu. Hidrokarbon aromatik lebih ringan dari air dan tidak larut di dalamnya, tetapi mudah larut dalam pelarut organik - alkohol, eter, aseton.
Benzena dan homolognya merupakan pelarut yang baik bagi banyak orang bahan organik. Semua arena terbakar dengan nyala api berasap karena tingginya kandungan karbon dalam molekulnya.
Sifat fisik beberapa arena disajikan dalam tabel.
Meja. Sifat fisik beberapa arena
|
Nama |
Rumus |
t°.pl., |
t°.bp, |
|
benzena |
C6H6 |
5,5 |
80,1 |
|
Toluena (metilbenzena) |
C 6 H 5 CH 3 |
95,0 |
110,6 |
|
Etilbenzena |
C 6 H 5 C 2 H 5 |
95,0 |
136,2 |
|
Xilena (dimetilbenzena) |
C 6 H 4 (CH 3) 2 |
||
|
orto- |
25,18 |
144,41 |
|
|
meta- |
47,87 |
139,10 |
|
|
pasangan- |
13,26 |
138,35 |
|
|
Propilbenzena |
C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3 |
99,0 |
159,20 |
|
Kumena (isopropilbenzena) |
C 6 H 5 CH(CH 3) 2 |
96,0 |
152,39 |
|
stirena (vinilbenzena) |
C 6 H 5 CH=CH 2 |
30,6 |
145,2 |
benzena – titik didih rendah ( Tbal= 80,1°C), cairan tidak berwarna, tidak larut dalam air
Perhatian! benzena – racun, mempengaruhi ginjal, mengubah formula darah (bila terpapar dalam waktu lama), dapat mengganggu struktur kromosom.
Kebanyakan hidrokarbon aromatik mengancam jiwa dan beracun.
Persiapan arena (benzena dan homolognya)
Di laboratorium
1. Fusi garam asam benzoat dengan basa padat
C6H5-COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3
natrium benzoat
2. Reaksi Wurtz-Fitting: (di sini G adalah halogen)
dari 6H 5 -G+2Tidak + R-G →C 6 H 5 - R + 2 TidakG
DENGAN 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl
Di industri
- diisolasi dari minyak dan batubara melalui distilasi dan reformasi fraksional;
- dari tar batubara dan gas oven kokas
1. Dehidrosiklisasi alkana dengan lebih dari 6 atom karbon:
C6H14 T , kucing→C 6 H 6 + 4H 2
2. Trimerisasi asetilena(hanya untuk benzena) – R. Zelinsky:
3С 2 jam 2 600°C, Bertindak. batu bara→C 6 H 6
3. Dehidrogenasi sikloheksana dan homolognya:
Akademisi Soviet Nikolai Dmitrievich Zelinsky menetapkan bahwa benzena terbentuk dari sikloheksana (dehidrogenasi sikloalkana
C6H12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2
C6H11-CH3 T , kucing→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2
metilsikloheksantoluena
4. Alkilasi benzena(persiapan homolog benzena) – r Kerajinan Friedel.
C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl
kloroetana etilbenzena
Sifat kimia arena
SAYA. REAKSI OKSIDASI
1. Pembakaran (api berasap):
2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q
2. Dalam kondisi normal, benzena tidak mengubah warna air brom dan larutan air kalium permanganat
3. Homolog benzena dioksidasi oleh kalium permanganat (mengubah warna kalium permanganat):
A) dalam lingkungan asam menjadi asam benzoat
Ketika homolog benzena terkena kalium permanganat dan zat pengoksidasi kuat lainnya, rantai sampingnya teroksidasi. Betapapun rumitnya rantai substituen, ia akan hancur, kecuali atom karbon-a, yang dioksidasi menjadi gugus karboksil.
Homolog benzena dengan satu rantai samping menghasilkan asam benzoat:
Homolog yang mengandung dua rantai samping menghasilkan asam dibasa:
5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O
5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O
Sederhana :
C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O
B) dalam garam asam benzoat netral dan sedikit basa
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O
II. REAKSI PENAMBAHAN (lebih keras dari alkena)
1. Halogenasi
C 6 H 6 +3Cl 2 H ν → C6H6Cl6 (heksaklorosikloheksana - heksakloran)
2. Hidrogenasi
C6H6 + 3H2 T , PtatauTidak→C 6 H 12 (sikloheksana)
3. Polimerisasi
AKU AKU AKU. REAKSI PENGGANTI – mekanisme ion (lebih ringan dari alkana)
1. Halogenasi -
A ) benzena
C6H6+Cl2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (klorobenzena)
C6H6 + 6Cl2 t, AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( heksaklorobenzena)
C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( bromobenzena)
b) homolog benzena pada iradiasi atau pemanasan
Sifat kimia radikal alkil mirip dengan alkana. Atom hidrogen di dalamnya digantikan oleh halogen melalui mekanisme radikal bebas. Oleh karena itu, dengan tidak adanya katalis, ketika dipanaskan atau disinari UV, reaksi substitusi radikal terjadi pada rantai samping. Pengaruh cincin benzena pada substituen alkil mengarah pada fakta bahwa Atom hidrogen selalu tergantikan pada atom karbon yang terikat langsung pada cincin benzena (atom karbon).
1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 H ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl
c) homolog benzena dengan adanya katalis
C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (campuran orta, pasangan turunannya) +HCl
2. Nitrasi (dengan asam nitrat)
C 6 H 6 + H O-NO 2 t, H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
nitrobenzena - bau kacang almond!
C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ DENGAN H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O2,4,6-trinitrotoluena (tol, TNT)
Penerapan benzena dan homolognya
benzena C 6 H 6 adalah pelarut yang baik. Benzene sebagai bahan tambahan meningkatkan kualitas bahan bakar motor. Ini berfungsi sebagai bahan mentah untuk produksi banyak senyawa organik aromatik - nitrobenzena C 6 H 5 NO 2 (pelarut yang menghasilkan anilin), klorobenzena C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, stirena, dll.
Toluena C 6 H 5 –CH 3 – pelarut, digunakan dalam produksi pewarna, obat-obatan dan bahan peledak (TNT (TNT), atau 2,4,6-trinitrotoluene TNT).
Xilena C6H4(CH3)2. Xylene teknis adalah campuran tiga isomer ( orto-, meta- Dan pasangan-xilena) – digunakan sebagai pelarut dan produk awal untuk sintesis banyak senyawa organik.
Isopropilbenzena C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 digunakan untuk memproduksi fenol dan aseton.
Turunan benzena yang diklorinasi digunakan untuk perlindungan tanaman. Jadi, produk penggantian atom H dalam benzena dengan atom klor - heksaklorobenzena C 6 Cl 6 - adalah fungisida; digunakan untuk saus kering gandum dan biji gandum hitam terhadap api. Produk penambahan klorin ke benzena adalah hexachlorocyclohexane (hexachlorane) C 6 H 6 Cl 6 - suatu insektisida; digunakan untuk mengendalikan serangga berbahaya. Zat-zat tersebut tergolong pestisida - bahan kimia melawan mikroorganisme, tumbuhan dan hewan.
stirena C 6 H 5 – CH = CH 2 sangat mudah berpolimerisasi, membentuk polistiren, dan ketika berkopolimerisasi dengan butadiena, karet stirena-butadiena.
PENGALAMAN VIDEO
