Преглед на кода на Бензен

{{Химкутия
 | картинка = {{Инфокаре картинки
 | file-L =Benzene-2D-full.svg | file-R =Benzene-aromatic-3D-balls.png
 | file-L2 =Benzene circle.svg | size-L2 = 90px | file-R2 = Benzene-3D-vdW.png
 }}
 | систематично     = бензен
 | други_имена      = бензол (''остаряло'')
 | CASNo            = 71-43-2
 | ChemSpiderID     = 236
 | EINECS           = 200-753-7
 | PubChem          = 241
 | RTECS            = CY1400000
 | KEGG             = C01407
 | ChEBI            = 16716
 | SMILES           = c1ccccc1
 | InChI            = InChI=1S/C6H6/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H
 | формула          = C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>
 | моларна-маса     = 78,11 g/mol
 | външен-вид       = безцветна течност
 | плътност         = 0,8765 g/cm<sup>3</sup>
 | топене-точка     = 5,5 °C, 278,7 K
 | кипене-точка     = 80,1 °C, 353,3 K
 | разтворимост     = 1,8 g/L (15 °C)
 | ламбда-макс      = 255 nm
 | магнитна-чувствителност  = 54,8x10<sup>-6</sup> cm<sup>3</sup>/mol
 | индекс-на-пречупване     = 1,4979
 | диполен-момент           = 0 D
 | ЕС-класификация          = {{Химопасности|запалимо|отрова}}<br>[[Канцероген|Канцероген кат. 1]]<br>[[Мутаген|Мутаген кат. 2]]
 | R-фрази          = R45, R46, R11, R36/38, R48/23/24/25, R65
 | S-фрази          = S53, S45
 | H-фрази          = H225, H304, H315, H319, H340, H350, H372
 | инхалация        = объркване, [[тахикардия]]
 | контакт-очи      = увреждане
 | NFPA-H           = 2
 | NFPA-F           = 3
 | NFPA-R           = 0
 | точка-запалване  = -11,63 °C, 262 K
 | точка-самозапалване = 498 °C, 771 K
 | сродни-други        = [[толуен]], [[боразин]]
}}
'''Бензенът''' (''ост.'' '''бензол''', '''C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>''') е най-простият бензоиден [[ароматен въглеводород]], широко използван органичен [[разтворител]], образуващ [[азеотропна смес]] с [[вода]]. Представлява безцветна, лесно възпламенима [[течност]] със сладникав [[аромат]]. Той е [[отрова|отровен]] и [[канцероген]]ен. Влиза в състава на [[бензин]]а и [[нефт]]а. Mоже да бъде синтезиран чрез тримеризация на [[ацетилен]] при нагряване над [[активен въглен]]. Основната му употреба е за производството на [[етилбензен]] и [[кумен]], чиито годишни добиви достигат милиони тонове.

== История ==
=== Откриване ===
Бензенът за първи път е отделен през 1825 г. от [[Майкъл Фарадей]] чрез нагряване на китова мас. Тогава Фарадей го нарича „водороден бикарбурет“. През 1845 г. [[Менсфийлд|Чарлз Менсфийлд]] отделя бензен от каменовъглена смола, а четири години по-късно патентова промишлен начин за [[Химичен синтез|синтез]] на бензена.

=== Циклична формула ===
[[Файл:Historic Benzene Formulae V.3.svg|мини|ляво|600п|Формули на бензена в исторически план (от ляво надясно) Клаус (1867), Дюар (1867), Ладенберг (1869), Армстронг (1887), Тиле (1899) и Кекуле (1865)]]

Фарадей открива и емпиричната формула на бензена, C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>. Според тогавашните разбирания резултатът е парадоксален, защото противоречи на представата, че в своите съединения [[въглерод]]ът образува четири единични връзки, а водородът – една. В търсене на правилната структура на бензена, която да обясни необичайната стабилност и химична инертност, много учени, сред които [[Джеймс Дюар]], [[Адолф Карл Лудвиг Клаус]] и [[Алберт Ладенбург]], предлагат неправилни структури.

Първият учен, предположил, че бензенът има пръстеновидна структура, е немският химик [[Фридрих Август Кекуле]] (1865 г.). Известен [[анекдот]] гласи, че една вечер, когато Кекуле мислел върху загадъчната структура на бензена, той заспал и му се присънил [[уроборос]] – змия, която е захапала опашката си. Именно този символ, според легендата, навел химика на извода, че бензенът има пръстеновидна структура с алтерниращи 3 [[двойна връзка|двойни връзки]].

Цикличната природа на бензена окончателно е потвърдена от кристалографа [[Катлийн Лонсдейл]] през 1929 г.<ref>{{cite journal |author= K. Lonsdale |title=The Structure of the Benzene Ring in Hexamethylbenzene |journal=[[Proceedings of the Royal Society]] |volume=123A |page=494 |year=1929 |authorlink= Kathleen Lonsdale}}</ref><ref>{{cite journal |author=K. Lonsdale |title=An X-Ray Analysis of the Structure of Hexachlorobenzene, Using the Fourier Method |journal=[[Proceedings of the Royal Society]] |volume=133A |pages=536 – 553 |year=1931 |url=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k56226p/f558.table |bibcode=1931RSPSA.133..536L}}</ref>

=== Електронна структура ===
[[Файл:Benzol.png|мини|ляво|300п|Атомни и молекулни орбитали на бензена]]
[[Файл:Различни начини за представяне на бензеново ядро.gif|мини|ляво|300п|Различни начини за представяне на бензен]]
Особеностите в структурата на бензена се обясняват от съвременните квантово-механични представи за електронната конфигурация на атомите.<ref name="Петров">{{Cite book|title=Органична химия|last=Петров|first=Галин|publisher=Университетско издателство „Св. Климент Охридски“|year=2006|isbn=978-954-07-2382-2|location=София|pages=230 – 274}}</ref>

Атомните орбитали на всеки въглероден атом от бензеновото ядрое в ''sp''<sup>2</sup>-хибридизация. Така тези атоми имат има три хибридни ''sp''<sup>2</sup>-АО и една нехибридна ''p''-АО. Трите хибридни ''sp''<sup>2</sup> орбитали лежат на една равнина и имат правилна плоскотриъгълна конфигуриция. Шестте въглеродни атома образуват плосък пръстен. Всичките шест нехибридни ''p''-АО са разположени перпендикулярно на равнината на шестатомния пръстен. Те частично се припокриват и формират кръгова делокализирана 6π-връзка.<ref name="Петров" /> Три от тях са с по-ниска енергия от тази на изходните 2р-атомни орбитали и са свързващи молекулни орбитали. Останалите три са с по-висока енергия от тази на изходните 2р-атомни орбитали и са антисвързващи.

Данните от рентгеноструктурния анализ потвърждават тези представи за структурата на бензена. Установена е еднаква дължина на всички C-C връзки 0,139 nm и C-H връзки 0,109 nm в молекулата. Дължината на C-C връзките по стойност заема междинно положение в сравнение с дължините на една σ-C-C връзка (0,154 nm) и C=C връзка (0,134 nm). Порядъкът на всички C-C връзки в бензена е еднакъв – 1,67.<ref name="Петров"/>

== Физични свойства ==
Бензенът е безцветна течност с миризма, подобна на бензиновата. Топи се при 5,5&nbsp;°С, а кипи на 80,1&nbsp;°С. Относително високите температури на топене и кипене на бензена в сравнение с тази на хексана (68,8&nbsp;°С), който има по-голяма молекулна маса, се обяснява с плоската му и стабилна структура, при която [[Сили на Ван дер Ваалс|Вандерваалсовите сили]] между молекулите са по-здрави. Бензенът има голям [[Показател на пречупване|коефициент на пречупване]]. Разтваря се слабо във вода и добре в много органични разтворители. Бензенът е добър разтворител на органични съединения.<ref name=":1" />

== Химични свойства ==
В молекулата на бензена има стабилна ароматна 6π-връзка. Химичните му свойства се определят от полученото стабилно бензеново ядро в молекулата, което се стреми да запази структурата си. Затова за бензена са характерни предимно заместителни реакции, които са критерии за ароматния характер, а не толкова присъединителни реакции.

=== Електрофилни заместителни реакции ===
Реакциите протичат по общ ''S''<sub>E</sub>2-механизъм. Електрофилните заместители могат да бъдат катиони – NO<sub>2</sub><sup>+</sup>, полярни молекули – SO<sub>3</sub>, или неполярни молекули като Cl<sub>2</sub> и Br<sub>2</sub>, които се поляризират под действие на катализатор.

Халогенирането на бензен протича с катализатор [[Люисова киселина|Люисови киселини]] – AlCl<sub>3</sub>, FeCl<sub>3</sub>, FeBr<sub>3</sub>, ZnCl<sub>2</sub> и др.
[[Файл:Халогениране_на_бензен.png|център|безрамка|300px]]

Нитрирането на бензен се извършва при слабо нагряване с [[нитрирна смес]] – смес от концентрирана HNO<sub>3</sub> и H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> в отношение 1:2, в която се образува нитрониевият йон:

<chem>HNO3 + 2H2SO4 -> NO2+ + H3O+ + 2HSO4-</chem>.

[[Файл:Нитриране_на_бензен.png|център|300x300px]]
Образува се жълта маслообразна течност с мирис на горчиви бадеми – [[нитробензен]].

Сулфонирането на бензен се осъществява се с концентрирана H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>при нагряване:
[[Файл:Сулфониране_на_бензен.png|център|300x300px]]

Алкилирането на бензен е метод за получаване на негови производни. Реакцията протича с халогеноалкан или алкен и катализатор Люисова киселина.
[[Файл:Алкилиране_по_Фридел-Крафтс.png|център|безрамка|300x300px]]

При ацилирането на бензен с киселинни хлориди в присъствие на катализатор Люисови киселини се получават мастно-ароматни кетони. При взаимодействието на етаноилхлорид и бензен се получава метилфенилкетон (ацетофенон):
[[Файл:Ацилиране.png|център|безрамка|300x300px]]

=== Присъединителни реакции ===
Протичат трудно поради стабилността на делокализираната 6π-връзка на ароматното ядро, която трудно се разкъсва. Реакциите протичат при по-груби условия. Бензенът не присъединява халогеноводороди, вода и други полярни съединения, за разлика от алкените и алкините.

В присъствие на активни катализатори – Ni или Pd/C, при висока температура и налягане, е възможно пълно хидриране:

<chem>C6H6 + 3H2 -> C6H12</chem>.

При взаимодействие на бензен с хлор или бром и облъчване с UV лъчи протича заместителна реакция по верижно-радикалов механизъм:

[[Файл:Хлоран.gif|безрамка|300x300px]]

Възможно е фотохимично или термохимично циклоприсъединяване, подобно на реакции на Дилс–Алдер.

Бензенови радикали могат да се получат при взаимодействие с активни метали, които са донори на електрони:

<chem>K* + C6H6 -> K+[C6H5]^- + H+</chem>.

=== Окисление ===
Бензеновото ядро е много устойчиво спрямо окислители, но може да се окисли с кислород от въздуха при нагряване и катализатор V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> до [[фенол]]. Бензенът и хомолозите му горят с пушлив пламък.

== Производни ==
При заместване на един или повече от водородните атоми в бензеновото ядро с друга функционална група се получават множество производни – [[фенол]], [[толуен]] и [[анилин]], [[бифенил]], [[нафтален]], [[антрацен]]. Краят на свързването на бензеновите ядра се осъществява при безводородната алотропна форма на въглерода – [[графит]].

<gallery caption="Основни класове бензенови производни" perrow="5">
toluene.svg|[[Толуен]]
Ethylbenzene-2D-skeletal.png|[[Етилбензен]]
Para-Xylol - para-xylene.svg|[[p-Ксилен]]
M-Xylene.png|[[m-Ксилен]]
1,3,5-Trimethylbenzene.svg|[[Мезитилен]]
Durene.png|[[Дурен]]
2-phenyl-hexane.svg|[[2-Фенилхексан]]
Bifenyl.svg|[[Бифенил]]
Phenol topo.svg|[[Фенол]]
Aniline.svg|[[Анилин]]
Nitrobenzol.svg|[[Нитробензен]]
Benzoic acid.svg|[[Бензоена киселина]]
Aspirin-skeletal.svg|[[Аспирин]]
Paracetamol-skeletal.svg|[[Парацетамол]]
Pikrinsäure.svg|[[Пикринова киселина]]
OsA5(eta-2-benzene).png|[Os(NH<sub>3</sub>)<sub>5</sub>(''η''<sup>2</sup>-C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>)]<sup>2+</sup>
(C6H6)RuCl2dimer.png|((C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>)RuCl<sub>2</sub>)<sub>2</sub>
Mesitylgold.svg|(C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>Au)<sub>6</sub>
Piano Stool Complex.png|M(''η''<sup>6</sup>-C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>)(CO)<sub>3</sub>
Tris(cyclopentadienylrhodium)benzene.svg|(CpRh)<sub>3</sub>(''η''<sup>2</sup>-<sub>C6</sub>H<sub>6</sub>)
</gallery>

== Получаване ==
=== Дестилация на каменовъглено масло ===
Бензенът се получава чрез дестилация на лекото каменовъглено масло, но така получен е замърсен с около 0,5% тиофен, който има близка температура на кипене и се отделя чрез разклащане с концентрирана сярна киселина.<ref name=":1">{{Cite book|title=Учебник по Химия за студенти по медицина и стоматология|last=Николов|first=М.|publisher=АРСО|year=2012|isbn=978-954-8967-26-Х|location=София}}</ref>

=== От калциев бензоат ===
Бензен се получава чрез нагряване на калциев бензоат с калциев хидроксид или натриев бензоат с натриева основа. Тази реакция е подобна на реакцията на Дюма за получаване на мастни въглеводороди:<ref name=":1" />

<chem>Ca(C6H5COO)2 + Ca(OH)2 -> 2C6H6 + 2CaCO3</chem>

=== От фенол ===
Друг метод е чрез дестилация на фенол с цинков прах:<ref name=":1" />

<chem>C6H5OH + Zn -> C6H6 + ZnO</chem>

=== Метод на Бертло (риформинг) ===
Тримеризация на [[Ацетилен|етин]] (ацетилен) при прекарването му през нажежена тръба, при което той се полимеризира (Метод на Бертло)<ref name=":1" />. Процесът се нарича риформинг. Протича в присъствие на платинови катализатори:

[[Файл:Тримеризация на ацетилен.png|безрамка|300px]]

=== Дехидроциклизация и ароматизация на нефт ===
[[Файл:Риформинг.png|безрамка|300px]]

== Употреба ==
[[Файл:Benzolflasche.jpg|мини|дясно|160п|Бутилка с бензен]]
Бензенът се използва главно като суровина за производството на други химикали. Около 80% от него се използва за получаването на [[етилбензен]], [[кумен]] и [[циклохексан]]. От тях най-масова употреба намира етилбензенът, [[прекурсор]] за синтеза на [[стирен]], който от своя страна влиза в състава на [[полимер]]и и различни видове [[пластмаса|пластмаси]]. Куменът е източник за получаването на [[фенол]], необходим за направата на [[смола|смоли]] и [[лепило|лепила]]. Циклохексан е суровина за синтеза на [[найлон]]и. Малки количества от самия бензен се използват за получаване на някои видове [[синтетичен каучук]], [[смазка|смазки]], [[Боя|бои]], [[детергент]]и, [[Лекарство|лекарства]], [[експлозив]]и и [[пестицид]]и.

В лабораторните изследвания толуенът напълно е заменил бензена като органичен разтворител, най-вече поради по-ниската си токсичност, като свойствата им на разтворители са много сходни.

В [[бензин]]а се включва като добавка, повишаваща [[Октаново число|октановото число]] и стабилизираща [[Двигател с вътрешно горене|горивния процес]].

== Токсичност ==
Професионално заболяване от вдишване на бензенови пари, понякога от контакт с [[кожа]]та е бензеновото отравяне. При тежки случаи се наблюдават смущения на централната [[нервна система]], гърчове, повръщане, безсъние и др. При по-лекото бензеново отравяне – увреждане на кръвотворните органи с промени в количеството и състава на белите кръвни клетки, кръвоизливи в кожата и [[лигавица]]та (хеморагична диатеза) и др. При продължително излагане на влиянието на бензена се развиват различни форми на [[рак (болест)|рак]].

== Вижте също ==
* [[Електронни ефекти при производните на бензен]]

== Източници ==
<references />

== Литература ==
* Vollhard, K. Peter C.; Schore, Neil C. – ''Organic Chemistry: structure and function'', 4th edition, 2002
* Ганка Робова, Лилия Величкова. „Теми по органична химия за ученици и кандидат-студенти“, изд. Абагар

{{Превод от 2|en|Benzene|ru|Бензол|488900962|88544589}}

[[Категория:Анулени]]
[[Категория:Имунотоксини]]
[[Категория:Мутагени]]
[[Категория:Канцерогени]]
[[Категория:Тератогени]]
[[Категория:Замърсяване на въздуха]]
[[Категория:Нефтопродукти]]
[[Категория:Токсични химични вещества]]