Βενζόλιο

Βενζόλιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Βενζένιο
Άλλες ονομασίες	Βενζόλιο Κυκλοεξατριένιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C6H6O
Μοριακή μάζα	78,11 amu
Συντομογραφίες	PhH, ΦH
Αριθμός CAS	71-43-2
SMILES	c1ccccc1 C1=CC=CC=C1
InChI	1S/C6H6/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H
Αριθμός RTECS	CY1400000
Αριθμός UN	J64922108F
PubChem CID	241
ChemSpider ID	236
Δομή
Διπολική ροπή	0 D
Μοριακή γεωμετρία	επίπεδη
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	108 (τουλάχιστον)
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	80,1°C
Σημείο βρασμού	5,5°C
Πυκνότητα	876,5 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό	1,8 kg/m3 (15°C)
Ιξώδες	0,652 cP (20°C)
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικες ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-11°C
Σημείο αυτανάφλεξης	561 °C
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm) εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το βενζόλιο ή βενζένιο ή κυκλοεξατριένιο είναι το απλούστερο και σπουδαιότερο μέλος της οικογένειας των αρενίων. Έχει χημικό τύπο C₆H₆ αλλά συμβολίζεται συχνά συντομογραφίκά ως PhH ή ΦH. Είναι ένα άπολο (διπολική ροπή = 0), άχρωμο, πολύ εύφλεκτο υγρό, με σχετικά γλυκιά οσμή, σχετικά υψηλό σημείο τήξης και μεγάλη διαλυτική ικανότητα. Είναι γνωστό καρκινογόνο και χρησιμοποιείται περιορισμένα ως πρόσθετο αύξησης του βαθμού οκτανίου στη βενζίνη (το καθαρό βενζόλιο αντιστοιχεί σε 150 βαθμούς οκτανίου). Είναι όμως σημαντικός βιομηχανικός οργανικός διαλύτης και πρώτη ύλη για πολλές ενώσεις με διάφορες ιδιότητες και χρήσεις, με κυριότερες την παραγωγή ελαστικών και βερνικιών. Είναι φυσικό συστατικό του αργού πετρελαίου και άμεσο παράγωγο του αιθινίου. Είναι το δεύτερο κατά σειρά αμουλένιο, με n=6, δηλαδή κυκλικός υδρογονάνθρακας με συνεχόμενο π-δεσμό.

Ισομέρεια

Το βενζόλιο έχει τα ακόλουθα 108 (τουλάχιστον) ισομερή θέσης:

1. Εξαδιίνιο-1,3, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₃CH₂C ≡ C C ≡ CH.
2. Εξαδιίνιο-1,4, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₃C ≡ CCH₂ C ≡ CH.
3. Εξαδιίνιο-1,5, με σύντομο συντακτικό τύπο: ΗC ≡ CCH₂CH₂ C ≡ CH.
4. Εξαδιίνιο-2,4, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₃C ≡ C C ≡ C CH₃.
5. Μεθυλοπενταδιίνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο: ΗC ≡ CCH(CH₃) C ≡ CH.
6. Εξαδιεν-1,2-ίνιο-4, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₃ C ≡ C CH=C=CH₂.
7. Εξαδιεν-1,2-ίνιο-5, με σύντομο συντακτικό τύπο: HC ≡ CCH₂ CH=C=CH₂.
8. Εξαδιεν-1,3-ίνιο-5, με σύντομο συντακτικό τύπο: HC ≡ CCH=CHCH=CH₂ (σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή).
9. Εξαδιεν-1,4-ίνιο-3, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=CHC ≡ CCH=CH₂.
10. Εξαδιεν-3,4-ίνιο-1, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₃CH=C=CHC ≡ CH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
11. Μεθυλοπενταδιεν-1,2-ίνιο-4, με σύντομο συντακτικό τύπο: HC ≡ C C(CH₃)=C=CH₂.
12. Μεθυλυενοπεντεν-1-ίνιο-4, με σύντομο συντακτικό τύπο: HC ≡ C CΗ(=CH₂)CΗ=CH₂.
13. Εξατετραένιο-1,2,3,4, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₃CΗ=C=C=C=CH₂.
14. Εξατετραένιο-1,2,3,5, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=CΗCΗ=C=C=CH₂.
15. Εξατετραένιο-1,2,4,5, με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=C=CΗCΗ=C=CH₂.
16. Φουλβένιο ή μεθυλενοκυκλοπενταδιένιο, με γραμμικό τύπο:
17. Βινυλοκυκλοβουταδιένιο.
18. Αιθενυλιδενοβουτένιο.
19. Διμεθυλενοκυκλοβουτένιο.
20. 1-προπαδιενυλοκυκλοπροπένιο.
21. 3-προπαδιενυλοκυκλοπροπένιο.
22. Προπενυλιδενοκυκλοπροπένιο.
23. Βινυλομεθυλενοκυκλοπροπένιο.
24. Αιθενυλιδενομεθυλενοκυκλοπροπάνιο.
25. Αιθινυλο-1-μεθυλοκυκλοπροπένιο.
26. Αιθινυλο-3-μεθυλοκυκλοπροπένιο.
27. Αιθινυλομεθυλενοκυκλοπροπάνιο.
28. Αιθινυλομεθυλενοκυκλοπροπάνιο.
29. Ραδιαλένιο-3 ή τριμεθυλενοκυκλοπροπάνιο.
30. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-1,3.
31. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-1,4.
32. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-1,5.
33. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-2,4.
34. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-2,5.
35. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-2,6.
36. Δικυκλο(3,1,0)εξαδιένιο-2,Δ^1,5.
37. Δικυκλο(2,2,0)εξαδιένιο-1,3.
38. Δικυκλο(2,2,0)εξαδιένιο-1,4.
39. Δικυκλο(2,2,0)εξαδιένιο-1,5.
40. Βενζόλιο Dewar ή δικυκλο(2,2,0)εξαδιένιο-2,5, με γραμμικό τύπο: .
41. Δικυκλο(2,2,0)εξαδιένιο-2,Δ^1,4.
42. Δικυκλο(2,1,1)εξαδιένιο-1,3.
43. Δικυκλο(2,1,1)εξαδιένιο-1,4.
44. Δικυκλο(2,1,1)εξαδιένιο-2,4.
45. Δικυκλο(2,1,1)εξαδιένιο-4,Δ^1,6.
46. 2-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-1,3.
47. 5-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-1,3.
48. 2-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-1,4.
49. 3-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-1,4.
50. 5-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-1,4.
51. 3-μεθυλενοδικυκλο(2,1,0)πεντένιο-1.
52. 5-μεθυλενοδικυκλο(2,1,0)πεντένιο-1.
53. 1-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-2,4.
54. 2-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-2,4.
55. 3-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-2,4.
56. 5-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-2,4.
57. 2-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-2,Δ^1,4.
58. 2-μεθυλοδικυκλο(2,1,0)πενταδιένιο-2,Δ^1,4.
59. Μεθυλενοδικυκλο(2,1,0)πεντένιο-2.
60. 2-μεθυλοδικυκλο(1,1,1)πενταδιένιο-1,3.
61. 4-μεθυλοδικυκλο(1,1,1)πενταδιένιο-1,3.
62. 5-μεθυλοδικυκλο(1,1,1)πενταδιένιο-1,3.
63. Μεθυλενοδικυκλο(1,1,1)πεντένιο-1.
64. Αιθυλοδικυκλοβουταδιένιο.
65. Αιθυλιδενοδικυκλοβουτένιο-1.
66. 2-βινυλοδικυκλοβουτένιο-1.
67. 3-βινυλοδικυκλοβουτένιο-1.
68. 4-βινυλοδικυκλοβουτένιο-1.
69. Αιθυλιδενοδικυκλοβουτένιο-Δ^1,3.
70. Βινυλοδικυκλοβουτένιο-Δ^1,3.
71. Αιθινυλοδικυκλοβουτάνιο.
72. Αιθενυλιδενοκυκλοβουτάνιο.
73. Διμεθυλοδικυκλοβουταδιένιο.
74. Μεθυλενομεθυλοδικυκλοβουτένιο-1.
75. Μεθυλενομεθυλοδικυκλοβουτένιο-Δ^1,3.
76. Διμεθυλενοδικυκλοβουτάνιο.
77. Σπειρο(3,2)εξαδιένιο.
78. Μεθυλοσπειροπενταδιένιο.
79. Μεθυλενοσπειροπεντένιο.
80. Δικυκλοπροπεν-1,1'-ύλιο.
81. Δικυκλοπροπεν-1,2'-ύλιο.
82. Δικυκλοπροπεν-2,2'-ύλιο.
83. (Κυκλοπροπυλιδενο)κυκλοπροπένιο.
84. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,3)εξένιο-2.
85. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,3)εξένιο-3.
86. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,3)εξένιο-4.
87. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,3)εξένιο-5.
88. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,4)εξένιο-2.
89. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,4)εξένιο-3.
90. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,4)εξένιο-4.
91. Τρικυκλο(3,1,0,0^1,4)εξένιο-5.
92. Τρικυκλο(3,1,0,0^2,4)εξένιο-1.
93. Τρικυκλο(3,1,0,0^2,4)εξένιο-2.
94. Τρικυκλο(3,1,0,0^2,4)εξένιο-Δ^1,6.
95. Τρικυκλο(3,1,0,0^2,4)εξένιο-Δ^2,4.
96. Τρικυκλο(2,1,1,0^1,4)εξένιο-2.
97. Βενζβαλένιο ή τρικυκλο(3,1,0,0(2,6))εξένιο-3|Τρικυκλο(3,1,0,0^2,6)εξένιο-3, με γραμμικό τύπο .
98. Τρικυκλο(2,1,1,0^1,4)εξένιο-3.
99. Τρικυκλο(2,1,1,0^1,4)εξένιο-4.
100. Τρικυκλο(2,1,1,0^1,4)εξένιο-Δ^3,6.
101. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-1.
102. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-2.
103. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-3.
104. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-Δ^1,4.
105. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-Δ^1,6.
106. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-Δ^3,6.
107. Τρικυκλο(2,1,1,0^4,6)εξένιο-Δ^4,6.
108. Πρισμάνιο ή τετρακυκλο(2,2,0,0^2,6,0^3,5)εξάνιο, με γραμμικό τύπο

Ιστορία

Η λέξη «βενζένιο» προέρχεται ιστορικά από το «βενζαμίν», ένα αρωματικό ρετσίνι που ήταν γνωστό στους Ευρωπαίους φαρμακοποιούς και αρωματοποιούς τουλάχιστον από τον 15^ο αιώνα ως προϊόν από τη Νοτιοδυτική Ασία. Το όνομα αυτό του ρετσινιού αυτού προέρχεται από παραφθορά της αντίστοιχης αραβικής έκφρασης «luban jawi». Στην πραγματικότιτα το προϊόν που παραλαμβάνονταν από το αντίστοιχο φυτό ήταν το βενζοϊκό οξύ, αλλά η ονομασία μεταδόθηκε και στον αντίστοιχο υδρογονάνθρακα.

Το βενζόλιο ήταν το θέμα πολλών ερευνών από επιστήμονες που περιλάμβαναν τους Μάικλ Φαραντέι και Λίνους Πάουλιγκ (Linus Pauling). Ο Μάικλ Φαραντέι το απομόνωσε και το ταυτοποίησε πρώτος το 1825 από ελαιώδες υπόλειμμα της παραγωγής φωταερίου. Το 1833 ο Μιτσελριτς (E. Mitscherlich) το παρασκεύασε πρώτος με συναπόσταξη βενζοϊκού οξέος και ασβεστόνερου. Οι αντιδράσεις που χρησιμοποίησε ήταν:

$\mathrm{2PhCOOH + Ca(OH)_2 \xrightarrow{}(PhCOO)_2Ca + 2H_2O}$
$\mathrm{(PhCOO)_2Ca + 2H_2O \xrightarrow{\triangle} 2PhH + Ca(HCO_3)_2}$

Ακόμη ήταν αυτός που ονόμασε την ένωση με το όνομά της, από το ανάλογο μεσσαιωνικό προϊόν. Το 1836 ο Αυγκούστ Λωρέντ (Auguste Laurent0 το ονόμασε «φαίνε» (phène), που αποτελεί ρίζα του ονόματος της φαινόλης, που είναι υδροξυλιωμένο παράγωγο του βενζολίου. Η τελευταία ονομασία δεν επικράτησε για το ίδιο το βενζόλιο, αλλά χρησιμοποιήθηκε για τη ρίζα Ph· (φαινύλιο) του.

Το 1845 ο Τσαρλς Μάνσφιελντ (Charles Mansfield) που εργαζόταν κάτω από τη διεύθυνση του Αύγκουστ Γουΐλελμ φον Χόφφμανν (August Wilhelm von Hofmann) απομόνωσε το βενζόλιο από τη λιθανθρακόπισσα. Το 1849 ο ίδιος άρχισε να το παραγάγει πρώτος βιομηχανικά με αυτήν τη μέθοδο.

Ιστορικοί συντακτικοί τύποι του βενζολίου. Από αριστερά προς τα δεξιά: Claus (1867), Dewar (1867), Ladenburg (1869), Armstrong (1887), Thiele (1899) και Kekulé (1865). Οι δύο τελευταίες μορφές χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα.

Σταδιακά με βάση το βενζόλιο παράχθηκε μια ολόκληρη οικογένεια χημικών ενώσεων - παραγώγων του βενζολίου. Το 1855 ο August Wilhelm Hofmann πρωτοχρησιμοποίησε τον όρο «αρωματικές» (aromatic) για να χαρακτηρίσει ολόκληρη την οικογένεια, χάρη σε μια σειρά χαρακτηριστικών ιδιοτήτων («αρωματικός χαρακτήρας») που τις χαρακτηρίζει.

Εξερεύνηση της δομής του

Ο χημικός τύπος του βενζολίου (C₆H₆) ήταν γνωστός από τον καιρό της ταυτοποίησής του. Η ακριβής δομή του όμως παρέμενε ένα μυστήριο. Ουσιατικά από αυτόν τον τύπο προκύπτουν και άλλες ενώσεις (ιαομερείς του βενζολίου, με ελάχιστη χημική συγγένεια. Ο τύπος αυτός απλά δείχνει υδρογονάνθρσκα με έξι (6) άτομα άνθρακα και βαθμό ακορεστότητας (β.α.=) 4. Η εύρεση της πραγματικής του δομής ήταν μια ιδιαίτερη πρόκληση για τον επιστημονικό κόσμο της εποχής του 19^ου αιώνα, λίγο μετά την ταυτοποίηση της ένωσης. Το 1858 οι Αρτσιμπαλ Σκοττ Κούπερ (Archibald Scott Cooper) και το 1861 ο Τζόζεφ Λόσχμιντ (Joseph Loschmidt) πρότειναν μια σειρά πιθανούς συντακτικούς τύπους με πολλούς διπλούς δεσμούς ή και με πολλούς δακτυλίους, αλλά η έρευνα των αρωματικών ενώσεων και των ιδιοτήτων τους ήταν ελάχιστα προχωρημένη ώστε να δικαιολογήσει ή να απορρίψει κάποιους από αυτούς για το βενζόλιο.

Το 1865 ο Φρέντριχ Αυγκούστ Κεκουλέ (Friedrich August Kekulé) δημοσίευσε σημειώσεις του στα γαλλικά (για να χρησιμεύσουν για τη διδασκαλία στο γαλλόφωνο Βέλγιο) προτείνοντας τους περίφημους τύπους του, που για το βενζόλιο πρότειναν τη δομή ενός εξαμελούς δακτυλίου και τριών εναλλάξ διπλών δεσμών. Τον επόμενο χρόνο δημοσίευσε ένα ακόμη πιο εκτενές άρθρο στα γερμανικά για το ίδιο θέμα. Χρησιμοποίησε μάλιστα ως ένδειξη το γεγονός ότι σχηματίζονταν μόνο ένα (1) μονοπαράγωγο και μόνο τρία (3) ισομερή διπαράγωγα, γεγονός που συνεπάγεται ότι τα έξι (6) άτομα άνθρακα στο μόριο του βενζολίου είναι χημικα ισότιμα, όπως και τα έξι )6) άτομα υδρογόνου. Οι δομές του Kekule όντως εξηγούν πολλές από τις περίεργες (ως τότε) ιδιότητες της ένωσης:

Δομές Kekulé του βενζολίου

Αυτή η νέα (τότε) κατανόηση της δομής του βενζολίου οδήγησε στην υιοθέτηση ανάλογων τύπων σε όλες τις αρωματικές ενώσεις και από τις δυο ενώσεις Χημικών της Γερμανίας (αυτή της Καθαρής και αυτή της Εφαρμοσμένης Χημείας) το 1890, όταν η «Κοινωνία των Γερμανών Χημικών» οργάνωσε σχετική τελετή για να τιμήσει τον Kekulé για την 25^η επέτειο από τη δημοσίευση του πρώτου άρθρου του.

Δομή

Διάφορες αναπαραστάσεις του βενζολίου και της δομής του

Σήμερα δεχόμαστε ότι το βενζόλιο είναι μεσομερής μορφή των δομών Kekulé. Τα έξι άτομα άνθρακα ενώνονται μεταξύ τους με ένα σ δεσμό, σχηματίζουν μεταξύ τους γωνίες 120^ο και βρίσκονται όλα στο ίδιο επίπεδο. Τα υπολειπόμενα έξι p τροχιακά, ένα από κάθε άτομο άνθρακα, έχουν τους άξονες παράλληλους και μπορούν να αλληλεπιδράσουν και να σχηματίσουν τρεις π δεσμούς. Αυτοί οι δεσμοί δεν είναι εντοπισμένοι μόνο μεταξύ δύο γειτονικών ατόμων άνθρακα, αλλά κατανέμονται συμμετρικά μεταξύ όλων των ατόμων άνθρακα. Μετρήσεις με ακτίνες Χ έδειξαν ότι το μήκος των δεσμών C-C δεν είναι εναλλασσόμενο του γνωστού μήκους του απλού και του διπλού δεσμού (154 pm και 134 pm αντίστοιχα), αλλά όλοι οι δεσμοί είναι του αυτού μήκους (139 pm). Από τα παραπάνω συμπεραίνεται, και αποδεικνύεται πειραματικά, ότι το βενζόλιο δεν είναι απλά συζηγές κυκλοεξατριένιο, όπως δείχνουν οι τύποι Kekulé.. Τα 6 2p ηλεκτρόνια από τα 6 άτομα άνθρακα με 2sp² υβριδισμό σχηματίζουν τελικά ένα εξακεντρικό σύστημα 6 ηλεκτρονίων εννιαίου π δεσμού. Έτσι οι 6 δεσμοί C-C είναι ισότιμοι και αντιστοιχούν σε 1,5 δεσμό ο καθένας.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp2-1s	106 pm	3% C- H+
C-C	σ	2sp2-2sp2	147 pm
C#1...C#6	π	2p-2p	147 pm
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
C	-0,03
H	+0,03

Παραγωγή

Από φυσικές πρώτες ύλες

1. Για πολλά χρόνια το βενζόλιο παραγόταν από την λιθανθρακόπισσα με κλασματική απόσταξη.

2. Kαταλυτική αναμόρφωση της νάφθας: Αν το βενζόλιο είναι το κύριο επιθυμητό προϊόν χρησιμοποιείται η μέθοδος της καταλυτικής αναμόρφωσης. Ανώτεροι υδρογονάνθρακες, προερχόμενοι από την κλασματική απόσταξη του πετρελαίου (νάφθα) με σημείο ζέσεως 70-104 °C, οδηγούνται στον αναμορφωτή και θερμαίνονται στους 495-525 °C και σε πίεση 8-50 bar παρουσία καταλύτη (λευκόχρυσο-ρήνειο). Οι συνθήκες λειτουργίας του αναμορφωτή και η σύσταση της πρώτης ύλης καθορίζουν και την ποσότητα του παραγόμενου βενζολίου. Το προϊόν συνήθως υπόκειται σε εκχύλιση με κατάλληλο διαλύτη για την παραλαβή του βενζολίου.

3. Το βενζόλιο είναι φυσικό συστατικό του πετρελαίου, αλλά δεν μπορεί να διαχωριστεί με απλή κλασματική απόσταξη από αυτό γιατί δημιουργεί αζεοτροπικά μίγματα με αρκετούς άλλους υδρογονάνθρακες. Η ανάκτηση είναι πιο οικονομική αν το κλάσμα του πετρελαίου υποβληθεί πρώτα σε μία θερμική ή καταλυτική διεργασία η οποία αυξάνει τη συγκέντρωση του βενζολίου.

Με απομεθυλίωση του τολουολίου

1. Με απομεθυλίωση του τολουολίου:

$\mathrm{PhCH_3 + H_2 \xrightarrow[Cr,Mo,Pt]{500-595^oC, \; 40-60 \; bar} PhH + CH_4 \uparrow}$

Το τολουόλιο αναμιγνύεται με ρεύμα υδρογόνου και το μείγμα περνάει μέσα από αντιδραστήρα που περιέχει καταλύτη, συνήθως οξείδια του χρωμίου ή του μολυβδαινίου, λευκόχρυσο. Ο αντιδραστήρας λειτουργεί σε θερμοκρασία 500-595 °C και πίεση 40-60 bar. Ο βαθμός μετατροπής φτάνει συνήθως το 90% και η εκλεκτικότητα σε βενζόλιο ξεπερνάει το 95%.

2. Αντίδραση δύο μορίων τολουολίου για την παραγωγή ενός μορίου βενζολίου και ενός μορίου μίγματος ισομερών ξυλένιου. Κατά την διαδικασία αυτή το τολουόλιο θερμαίνεται στους 350-530 °C σε πίεση 10-50 bar, και εισάγεται σε αντιδραστήρα που περιέχει καταλύτη ευγενούς μετάλλου. Μετά την απομάκρυνση των αερίων, και με κλασματική απόσταξη παραλαμβάνεται υψηλής καθαρότητας βενζόλιο και ξυλόλιο. Ο βαθμός μετατροπής μπορεί να φτάσει και το 92% του θεωρητικού.

$\mathrm{2PhCH_3 \xrightarrow[Pt]{350-530^oC, \; 10-50 \; bar} PhH + C_6H_4(CH_3)_2}$

Τριμερισμός αιθινίου

Με καταλυτικό τριμερισμό αιθινίου παράγεται βενζόλιο:

$\mathrm{3HC \equiv CH \xrightarrow[Fe]{\triangle} PhH}$

Μέθοδος Fitting

Από φαινυλαλογονίδιο (PhX), με τη μεθοδο Fittιng, παράγεται βενζόλιο:

$\mathrm{PhX + 2Na \xrightarrow{-NaX} PhNa \xrightarrow{+HX} PhH + NaX}$

Μέθοδος Grignard

Από φαινυλαλογονίδιο (PhX), με τη μεθοδο Grignard, παράγεται βενζόλιο:

$\mathrm{PhX + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} PhMgX \xrightarrow{+HX} PhH + MgX_2}$

Με αποκαρβοξυλίωση βενζοϊκού οξέος

Aπό βενζοϊκό οξύ, με αποκαρβοξυλίωση, παράγεται βενζόλιο:

$\mathrm{PhCOOH + NaOH \xrightarrow{} PhCOONa + H_2O}$
$\mathrm{PhCOONa + H_2O \xrightarrow{\triangle} PhH + NaHCO_3}$

Με αποξυγόνωση φαινόλης

Από φαινόλη, με αποξυγόνωση, παράγεται βενζόλιο:

$\mathrm{PhOH + Zn \xrightarrow{} PhH + ZnO}$

Ιδιότητες

Είναι υγρό άχρωμο, με ιδιάζουσα γλυκιά μυρωδιά, πολύ εύφλεκτο και πτητικό. Διαλύεται ελάχιστα στο νερό και καίγεται με ζωηρή φλόγα και καπνό. Αναμιγνύεται εύκολα σε οποιαδήποτε αναλογία με τον αιθέρα και το οινόπνευμα. Παρόλο που εμφανίζει μηδενική διπολική ροπή, διαλύει πολλές οργανικές ενώσεις, όπως λίπη, λάδια, καουτσούκ, αλλά και ανόργανες ουσίες, όπως θείο, φωσφόρο και ιώδιο. Οι ατμοί με τον ατμοσφαιρικό αέρα αποτελούν εκρηκτικό μείγμα. Είναι ανθεκτικό στα οξειδωτικά μέσα και δε σχηματίζει εύκολα παράγωγα με τα αλογόνα στοιχεία, όταν όμως εισπνέεται σε μεγάλες ποσότητες προκαλεί αναισθησία, ακόμη και θάνατο. Η κύρια χημική ιδιότητά του είναι ότι δίνει αντιδράσεις ηλεκτρονιόφιλης υποκατάστασεις, της γενικής μορφής:

$\mathrm{PhH + AE \xrightarrow{} PhE + AH}$

Παράγωγα

Νίτρωση

Με νίτρωση παράγει νιτροβενζόλιο:

$\mathrm{PhH + HNO_3 \xrightarrow{\pi.H_2SO_4} PhNO_2 + H_2O}$

Σουλφούρωση

Με σουλφούρωση παράγει βενζοσουλφονικό οξύ:

$\mathrm{PhH + H_2SO_4 \xrightarrow{} PhSO_3H + H_2O}$

Αλογόνωση

Με αλογόνωση παράγει φαινυλαλογονίδιο:

$\mathrm{PhH + X_2 \xrightarrow{FeX_3} PhX + HX}$

• όπου Χ Cl ή Br. Τα άλλα φαινυλαλονονίδια προκύπτουν σε δεύτερη φάση με υποκατάσταση αυτών με χρήση KI ή Hg₂F₂, αντίστοιχα.

Αλκυλίωση

Με αλκυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει αλκυλοβενζόλιο:

$\mathrm{PhH + RX \xrightarrow{AlX_3} PhR + HX}$

Ακυλίωση

Με ακυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει ακυλοβενζόλιο:

$\mathrm{PhH + RCOX \xrightarrow{AlX_3} PhCOR + HX}$

Υδροξυλίωση

Με υδροξυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει φαινόλη:

$\mathrm{PhH + XOH \xrightarrow{AlX_3} PhOH + HX}$

Αμίνωση

Με αμίνωση κατά Friedel-Crafts παράγει ανιλίνη:

$\mathrm{PhH + NH_2X \xrightarrow{AlX_3} PhNH_2 + HX}$

Καρβοξυλίωση

Με καρβοξυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει βενζοϊκό οξύ:

$\mathrm{PhH + XCOOH \xrightarrow{AlX_3} PhCOOH + HX}$

Αναγωγή

Με αναγωγή παράγει κυκλοεξάνιο:

$\mathrm{PhH + 3H_2 \xrightarrow{Pt}}$

Οζονόλυση

Με Οζονόλυση παράγει αιθανοδιάλη:

$\mathrm{PhH + 2O_3 \xrightarrow{Zn} 3O=CHCH=O}$

Οξείδωση

Με Οξειδώνεται με πεντοξείδιο του βαναδίου (V₂O₅) παράγει μηλεϊνικό ανυδρίτη:

$\mathrm{PhH + V_2O_5 \xrightarrow{}}$

• Η πηγή δεν ανέφερε τη συνολική στοιχειομετρική εξίσωση.

Αλομεθυλίωση

Με αλομεθυλίωση κατά Blanc παράγει αλομεθυλοβενζόλιο::

$\mathrm{PhH + H_2C=O + HX \xrightarrow{ZnX_2} PhCH_2X + H_2O}$

Επίδραση καρβενίων

Με μεθυλένιο παράγει τολουόλιο και κυκλοεπτατρένιο:

$\mathrm{PhH + CH_3X + KOH \xrightarrow{} \frac{1}{2} PhMe + KX + H_2O + \frac{1}{2}}$

Προσθήκη

1. Με προσθήκη σε αιθένιο, παρουσία καταλύτη, παράγεται αιθυλοβενζόλιο:

$\mathrm{ CH_2=CH_2 + PhH \xrightarrow{} PhCH_2CH_3}$

2. Με προσθήκη σε αιθίνιο, παρουσία καταλύτη, παράγεται στυρένιο:

$\mathrm{ HC \equiv CH + PhH \xrightarrow{} PhCH=CH_2}$

Χρήσεις

Η πιο σημαντική χρήση του βενζολίου σήμερα είναι ως ενδιάμεσο για την παραγωγή πολλών σημαντικών βιομηχανικών ενώσεων. Έτσι χρησιμοποιείται για την παραγωγή του στυρενίου, της φαινόλης, του κυκλοεξανίου, της ανιλίνης, διάφορων αλκυλοβενζολίων και χλώροβενζολίων και του μηλεϊνικού ανυδρίτη. Αυτές οι ενώσεις στη συνέχεια εφοδιάζουν ένα μεγάλο αριθμό χημικών βιομηχανιών για την παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων, ειδικών χημικών, πλαστικών, ρητινών, χρωμάτων και εντομοκτόνων. Στην παρακάτω εικόνα δίνονται συνοπτικά τα σημαντικότερα βιομηχανικά παράγωγα του βενζολίου:

Επίσης το βενζόλιο, μαζί με άλλους ελαφρείς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, όπως το τολουόλιο και το ξυλένιο, χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στην βενζίνη για την αύξηση του αριθμού οκτανίου. Είναι πολύ καλός διαλύτης αλλά δεν χρησιμοποιείται πλέον σε σημαντικές ποσότητες λόγω της τοξικότητάς του.

Κίνδυνοι για την υγεία

Το βενζόλιο είναι μία ιδιαίτερα τοξική χημική ένωση. Όταν εισπνέεται σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να προκαλέσει ζάλη, ταχυκαρδία, πονοκεφάλους, σύγχυση, αναισθησία, ακόμα και το θάνατο. Επίσης όταν βρίσκεται σε μεγάλες συγκεντρώσεις στα τρόφιμα μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό, ζάλη, ταχυκαρδία, τάση για εμετό, σπασμούς και το θάνατο.

Μακροχρόνια έκθεση σε βενζόλιο έχει σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου και κυρίως στο αίμα. Καταστρέφει το μυελό των οστών και μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση αναιμίας. Επίσης μπορεί να προκαλέσει υπερβολική αιμορραγία και να μειώσει την ικανότητα του ανοσοποιητικού συστήματος αυξάνοντας τις πιθανότητες μόλυνσης

Τέλος, το βενζόλιο θεωρείται καρκινογόνο για τον άνθρωπο, μακροχρόνια έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση λευχαιμίας.

Πηγές

• Παπαγεωργίου Β.Π., “Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία: Κυκλικές Ενώσεις”, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1986.
• Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002
• Ηλεκτρονική Εγκυκλοπαίδεια “Επιστήμη & Ζωή”
• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982