HC aromático. Benceno. Propiedades físicas y químicas del benceno ¿Qué reacciones son características del benceno?

Presentamos a su atención un video tutorial sobre el tema "Propiedades químicas del benceno". Con este video, puede hacerse una idea de las propiedades químicas del benceno, así como de las duras condiciones necesarias para que el benceno reaccione con otras sustancias.

Tema:Hidrocarbonos aromáticos

Lección:Propiedades químicas del benceno

Arroz. 1. Molécula de benceno

Es difícil romper la nube de electrones p en una molécula de benceno. Por lo tanto, el benceno entra en reacciones químicas de manera mucho menos activa que los compuestos insaturados.

Para que el benceno entre en reacciones químicas, se requieren condiciones bastante duras: una temperatura elevada y, en muchos casos, un catalizador. En la mayoría de las reacciones, se retiene el anillo de benceno estable.

1... Bromación.

Se requiere un catalizador (hierro (III) o bromuro de aluminio) y no se debe permitir que entren ni siquiera pequeñas cantidades de agua. La función del catalizador es que la molécula de bromo es atraída por uno de los átomos de bromo al átomo de hierro. Como resultado, se polariza: un par de electrones de enlace va al átomo de bromo asociado con el hierro:

Br +…. Br - FeBr 3.

Br + es un electrófilo fuerte. Es atraído por la nube de seis electrones del anillo de benceno y lo rompe, formando un enlace covalente con el átomo de carbono:

El anión de bromo podría añadirse al catión resultante. Pero la reducción del sistema aromático del anillo de benceno es energéticamente más favorable que la adición del anión bromo. Por lo tanto, la molécula entra en un estado estable al expulsar el ion hidrógeno:

Todas las reacciones de sustitución electrofílica en el anillo de benceno proceden por un mecanismo similar.

2... Nitración

El benceno y sus homólogos reaccionan con una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico concentrados (mezcla nitrante). En una mezcla nitrante, en equilibrio, hay un ion nitronio NO 2 +, que es un electrófilo:

3. Sulfonación.

El benceno y otras arenas, cuando se calientan, reaccionan con ácido sulfúrico concentrado u oleum, una solución de SO 3 en ácido sulfúrico:

4 ... Alquilación de Friedel-Crafts

5. Alquilación con alquenos

Estas reacciones son energéticamente desfavorables, por lo tanto, proceden solo cuando se calientan o irradian.

1. Hidrogenación.

Al calentar, a presión elevada y en presencia de un catalizador de Ni, Pt o Pd, el benceno y otros arenos añaden hidrógeno para formar ciclohexano:

2... Cloración de benceno.

Bajo la influencia de la radiación ultravioleta, el benceno agrega cloro. Si un matraz de vidrio de cuarzo con una solución de cloro-benceno se expone a la luz solar, la solución se decolorará rápidamente, el cloro se agregará al benceno para formar 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexano, que se conoce como hexaclorano(utilizado anteriormente como insecticida):

3. Combustión de benceno.

A diferencia de los alcanos, el benceno y otros hidrocarburos aromáticos tienen llamas brillantes y humeantes.

Resumen de la lección

En esta lección, aprendió sobre las propiedades químicas del benceno. Con este material, pudo comprender las propiedades químicas del benceno, así como las duras condiciones requeridas para que el benceno reaccione con otras sustancias.

Bibliografía

1. Rudzitis G.E. Química. Fundamentos de Química General. Grado 10: libro de texto para instituciones educativas: nivel básico / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edición. - M.: Educación, 2012.

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4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Colección de problemas de química para quienes ingresan a las universidades. - 4ª ed. - M.: RIA "New Wave": Editorial Umerenkov, 2012. - 278 p.

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2. ¿Por qué los compuestos aromáticos difieren en propiedades químicas de los hidrocarburos saturados e insaturados?

3. Escribe las ecuaciones de reacción para la combustión de etilbenceno y xileno.

Arenas (hidrocarburos aromáticos) – estos son hidrocarburos cíclicos insaturados (insaturados), cuyas moléculas contienen grupos cíclicos estables de átomos (núcleos de benceno) con un sistema cerrado de enlaces conjugados.

Fórmula general: C n H 2n - 6para n ≥ 6.

Propiedades químicas de los arenos

Arenas- hidrocarburos insaturados, cuyas moléculas contienen tres dobles enlaces y un ciclo. Pero debido al efecto de conjugación, las propiedades de los arenos difieren de las de otros hidrocarburos insaturados.

Para los hidrocarburos aromáticos, las reacciones son características:

adhesión,
sustitución,
oxidación (para homólogos de benceno).

El sistema aromático del benceno es resistente a los oxidantes. Sin embargo, los homólogos de benceno son oxidados por el permanganato de potasio y otros agentes oxidantes.

1. Reacciones de adición

El benceno agrega cloro en la luz e hidrógeno cuando se calienta en presencia de un catalizador.

1.1. Hidrogenación

El benceno agrega hidrógeno cuando se calienta y se somete a presión en presencia de catalizadores metálicos (Ni, Pt, etc.).

Cuando se hidrogena el benceno, se forma ciclohexano:

Los derivados de cicloalcano se forman tras la hidrogenación de homólogos. Cuando el tolueno se calienta con hidrógeno a presión y en presencia de un catalizador, se forma metilciclohexano:

1.2. Cloración de arenas

La adición de cloro al benceno procede por mecanismo radical a alta temperatura, bajo la influencia de la radiación ultravioleta.

Cuando el benceno se clora a la luz, 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexano (hexacloroano).

Hexachloran es un pesticida que se usa para controlar insectos dañinos. Actualmente está prohibido el uso de hexaclorano.

Los homólogos del benceno no agregan cloro. Si un homólogo de benceno reacciona con cloro o bromo a la luz oa alta temperatura (300 ° C), entonces hay una sustitución de átomos de hidrógeno en un sustituyente alquilo colgante en lugar de un anillo aromático.

2. Reacciones de sustitución

2.1. Halogenación

El benceno y sus homólogos entran en reacciones de sustitución con halógenos (cloro, bromo) en presencia de catalizadores (AlCl 3, FeBr 3) .

Al interactuar con el cloro en el catalizador AlCl 3, se forma clorobenceno:

Los hidrocarburos aromáticos interactúan con el bromo cuando se calientan y en presencia de un catalizador: FeBr 3. Además, el hierro metálico se puede utilizar como catalizador.

El bromo reacciona con el hierro para formar bromuro de hierro (III), que cataliza el proceso de bromación de benceno:

Meta El β-clorotolueno se forma en cantidades insignificantes.

En la interacción de homólogos de benceno. con halógenos a la luz o a altas temperaturas(300 C aproximadamente) el hidrógeno se reemplaza no en el anillo de benceno, sino en el radical hidrocarbonado lateral.

Por ejemplo, al clorar etilbenceno:

2.2. Nitración

El benceno reacciona con ácido nítrico concentrado en presencia de ácido sulfúrico concentrado (mezcla nitrante).

Esto forma nitrobenceno:

El tolueno reacciona con ácido nítrico concentrado en presencia de ácido sulfúrico concentrado.

En los productos de reacción, indicamos O-nitrotolueno:

o PAGS-nitrotolueno:

La nitración del tolueno también puede proceder con la sustitución de tres átomos de hidrógeno. Esto produce 2,4,6-trinitrotolueno (TNT, tol):

2.3. Alquilación de hidrocarburos aromáticos

Los arenos interactúan con los haloalcanos en presencia de catalizadores (AlCl 3, FeBr 3, etc.) para formar homólogos de benceno.

Los hidrocarburos aromáticos interactúan con los alquenos en presencia de cloruro de aluminio, bromuro de hierro (III), ácido fosfórico, etc.

La alquilación con alcoholes tiene lugar en presencia de ácido sulfúrico concentrado.

2.4. Sulfonación de hidrocarburos aromáticos

Cuando se calienta, el benceno reacciona con ácido sulfúrico concentrado o una solución de SO 3 en ácido sulfúrico (oleum) para formar ácido bencenosulfónico:

3. Oxidación de arenas

El benceno es resistente a la acción de oxidantes incluso fuertes. Pero los homólogos de benceno se oxidan mediante oxidantes fuertes. El benceno y sus homólogos se están quemando.

3.1. Oxidación completa - combustión

La combustión del benceno y sus homólogos produce dióxido de carbono y agua. La reacción de combustión de los arenos va acompañada de la liberación de una gran cantidad de calor.

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O + Q

La ecuación general para la combustión de arenas:

C n H 2n - 6 + (3n - 3) / 2 O 2 → nCO 2 + (n - 3) H 2 O + Q

Cuando los hidrocarburos aromáticos se queman por falta de oxígeno, se puede formar monóxido de carbono CO u hollín C.

El benceno y sus homólogos arden en el aire con una llama humeante. El benceno y sus homólogos forman mezclas explosivas con aire y oxígeno.

3.2. Oacidificación de homólogos de benceno

Los homólogos de benceno se oxidan fácilmente por el permanganato y el dicromato de potasio en un medio ácido o neutro al calentarlos.

Cuando esto pasa oxidación de todos los enlaces en un átomo de carbono adyacente al anillo de benceno, excepto por el enlace de este átomo de carbono con el anillo de benceno.

El tolueno se oxida permanganato de potasio en ácido sulfúrico con educación ácido benzoico:

Si el tolueno se oxida en una solución neutra cuando se calienta, entonces se forma sal de ácido benzoico - benzoato de potasio:

Por lo tanto, el tolueno decolora la solución acidificada de permanganato de potasio cuando se calienta.

Los radicales más largos se oxidan a ácido benzoico y ácido carboxílico:

Cuando el propilbenceno se oxida, se forman ácidos benzoico y acético:

El permanganato de potasio oxida el isopropilbenceno en un medio ácido a ácido benzoico y dióxido de carbono:

4. Acción orientadora de los sustituyentes en el anillo de benceno.

Si el anillo de benceno contiene sustituyentes, no solo alquilo, sino que también contiene otros átomos (hidroxilo, grupo amino, grupo nitro, etc.), entonces las reacciones de sustitución de átomos de hidrógeno en el sistema aromático proceden de una manera estrictamente definida, de acuerdo con con la naturaleza la influencia del sustituyente en el sistema π aromático.

Tipos de sustituyentes en el anillo de benceno

Sustitutos del primer tipo	Sustitutos del segundo tipo
orto- y par-posición	*La sustitución adicional se produce principalmente en meta-posición*
Donante de electrones, aumenta la densidad de electrones en el anillo de benceno	Aceptador de electrones, reduce la densidad de electrones en el sistema conjugado.
sustituyentes alquilo: CH 3 -, C 2 H 5 - y etc.; hidroxilo, amina: –OH, –NH 2; halógenos: –Cl, –Br	grupo nitro: - NO 2, - SO 3 H; carbonilo - CHO; carboxilo: - COOH, nitrilo: - C≡ NORTE; - CF 3

DEFINICIÓN

Benceno(ciclohexatrieno - 1,3,5) es una sustancia orgánica, el representante más simple de varios hidrocarburos aromáticos.

Fórmula - C 6 H 6 (fórmula estructural - Fig. 1). Peso molecular - 78, 11.

Arroz. 1. Fórmulas estructurales y espaciales del benceno.

Los seis átomos de carbono de la molécula de benceno están en el estado híbrido sp 2. Cada átomo de carbono forma enlaces 3σ con otros dos átomos de carbono y un átomo de hidrógeno, que se encuentran en el mismo plano. Seis átomos de carbono forman un hexágono regular (σ-esqueleto de la molécula de benceno). Cada átomo de carbono tiene un orbital p sin hibridar que contiene un electrón. Seis electrones p forman una sola nube de electrones π (sistema aromático), que se representa como un círculo dentro de un ciclo de seis miembros. El radical hidrocarbonado obtenido del benceno se denomina C 6 H 5 - - fenilo (Ph-).

Propiedades químicas del benceno

Para el benceno, las reacciones de sustitución que ocurren por un mecanismo electrofílico son características:

- halogenación (el benceno interactúa con el cloro y el bromo en presencia de catalizadores - AlCl 3 anhidro, FeCl 3, AlBr 3)

C _ {6} H _ {6} + Cl _ {2} = C _ {6} H _ {5} -Cl + HCl;

- nitración (el benceno reacciona fácilmente con una mezcla nitrante - una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico concentrados)

- alquilación con alquenos

C 6 H 6 + CH 2 = CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH (CH 3) 2;

Las reacciones de adición al benceno conducen a la destrucción del sistema aromático y solo se desarrollan en condiciones severas:

- hidrogenación (la reacción continúa con calentamiento, catalizador - Pt)

- adición de cloro (procede bajo la acción de radiación ultravioleta con la formación de un producto sólido - hexaclorociclohexano (hexaclorano) - C 6 H 6 Cl 6)

Como cualquier compuesto orgánico, el benceno entra en una reacción de combustión con la formación de dióxido de carbono y agua como productos de reacción (arde con una llama humeante):

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O.

Propiedades físicas del benceno

El benceno es un líquido incoloro, pero con un olor acre específico. Forma una mezcla azeotrópica con agua, se mezcla bien con éteres, gasolina y varios disolventes orgánicos. El punto de ebullición es 80,1 ° C, el punto de fusión es 5,5 ° C. Tóxico, carcinógeno (es decir, contribuye al desarrollo de cáncer).

Obtención y uso de benceno

Los principales métodos para producir benceno:

- deshidrociclización de hexano (catalizadores - Pt, Cr 3 O 2)

CH _ {3} - (CH _ {2}) _ {4} - CH _ {3} → C _ {6} H _ {6} + 4H _ {2};

- deshidrogenación de ciclohexano (la reacción avanza con calentamiento, el catalizador es Pt)

C _ {6} H _ {12} → C _ {6} H _ {6} + 4H _ {2};

- trimerización de acetileno (la reacción continúa cuando se calienta a 600C, el catalizador es carbón activado)

3HC≡CH → C 6 H 6.

El benceno sirve como materia prima para la producción de homólogos (etilbenceno, cumeno), ciclohexano, nitrobenceno, clorobenceno y otras sustancias. Anteriormente, el benceno se usaba como aditivo de la gasolina para aumentar su índice de octano, sin embargo, ahora, debido a su alta toxicidad, el contenido de benceno en el combustible está estrictamente estandarizado. A veces, se utiliza benceno como disolvente.

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

Ejercicio

Escribe las ecuaciones con las que puedes realizar las siguientes transformaciones: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.

Solución

Para obtener acetileno a partir del metano, se utiliza la siguiente reacción:

2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C).

La producción de benceno a partir de acetileno es posible mediante la reacción de trimerización de acetileno que se produce al calentar (t = 600C) y en presencia de carbón activado:

3C 2 H 2 → C 6 H 6.

La reacción de cloración del benceno para obtener clorobenceno como producto se lleva a cabo en presencia de cloruro de hierro (III):

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.

EJEMPLO 2

Ejercicio

A 39 g de benceno en presencia de cloruro de hierro (III) se añadió 1 mol de agua con bromo. ¿Qué cantidad de sustancia y cuántos gramos de qué productos obtuviste?

Solución

Escribamos la ecuación para la reacción de bromación de benceno en presencia de cloruro de hierro (III):

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr.

Los productos de reacción son bromobenceno y bromuro de hidrógeno. La masa molar del benceno, calculada utilizando la tabla de elementos químicos de D.I. Mendeleev - 78 g / mol. Encontremos la cantidad de sustancia benceno:

n (C 6 H 6) = m (C 6 H 6) / M (C 6 H 6);

n (C 6 H 6) = 39/78 = 0,5 mol.

Según la condición del problema, el benceno reaccionó con 1 mol de bromo. En consecuencia, el benceno es escaso y haremos más cálculos para el benceno. Según la ecuación de reacción n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br): n (HBr) = 1: 1: 1, por lo tanto n (C 6 H 6) = n (C 6 H 5 Br) =: n (HBr) = 0,5 mol. Entonces, las masas de bromobenceno y bromuro de hidrógeno serán iguales:

m (C 6 H 5 Br) = n (C 6 H 5 Br) x M (C 6 H 5 Br);

m (HBr) = n (HBr) × M (HBr).

Las masas molares de bromobenceno y bromuro de hidrógeno, calculadas utilizando la tabla de elementos químicos de D.I. Mendeleev - 157 y 81 g / mol, respectivamente.

m (C _ {6} H _ {5} Br) = 0,5 x 157 = 78,5 g;

m (HBr) = 0,5 × 81 = 40,5 g.

Respuesta

Los productos de reacción son bromobenceno y bromuro de hidrógeno. Las masas de bromobenceno y bromuro de hidrógeno son 78,5 y 40,5 g, respectivamente.




Sistemático Nombre	benceno
Abreviaturas	Phh
Nombres tradicionales	secador de pelo (Laurent, 1837), fenil hidrógeno, benceno
Chem. fórmula	C₆H₆
Expresar	líquido
Masa molar	78,11 g / mol
Densidad	0,8786 g / cm³
Viscosidad dinámica	0.0652 Pa s
Energía de ionización	9,24 ± 0,01 eV
T. flotar.	5,5 °
T. kip.	80,1 °
T. pop.	−11 °
T. sspl.	562 °
Etc. explosión	1,2 ± 0,1% en volumen
Presion de vapor	75 ± 1 mm Hg
Solubilidad del agua	0,073 g / 100 ml
GOST	GOST 5955-75
Reg. número CAS	71-43-2
Pubchem	241
Reg. Número EINECS	200-753-7
Sonrisas	C1 = CC = CC = C1
InChI
RTECS	CY1400000
CHEBI	16716
ChemSpider	236
Toxicidad	tóxico, cancerígeno y narcótico
Palabra clave	¡PELIGROSAMENTE!
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.

Propiedades químicas

Para el benceno, las reacciones de sustitución son características: el benceno reacciona con alquenos, cloroalcanos, halógenos, ácidos nítrico y sulfúrico. Las reacciones de ruptura del anillo de benceno tienen lugar en condiciones duras (temperatura, presión).

Interacción con alquenos (alquilación), como resultado de la reacción, se forman homólogos del benceno, por ejemplo, etilbenceno y cumeno:

6 6 + 2 = CH 2 → AlCl3 * HCl 6 5 CH 2 CH 3 6 6 + CH 2 = CH - CH 3 → AlCl3 * HCl 6 5 CH (CH 3) 2

Interacción con cloro y bromo en presencia de un catalizador con la formación de clorobenceno (reacción de sustitución electrofílica):

6 6 + 2 → FeCl 3 6 5 + HCl

En ausencia de un catalizador, se produce una reacción de adición de radicales al calentar o iluminar con la formación de una mezcla de isómeros de hexaclorociclohexano.

6 6 + 3Cl 2 → T, hν 6 6 6

Cuando el benceno interactúa con el bromo en una solución de oleum, se forma hexabromobenceno:

6 6 + 6Br 2 → H2SO4 * SO3 6 6 + 6HBr

Interacción con derivados halogenados de alcanos (alquilación de benceno, reacción de Friedel-Crafts) con la formación de alquilbencenos:

La reacción de acilación de Friedel-Crafts de benceno con anhídridos, haluros de ácido carboxílico conduce a la formación de cetonas aromáticas y aromáticas grasas:

6 6 + (CH 3 CO) 2 → AlCl 3 6 5 COCH 3 + CH 3 COOH

6 6 + 6 5 COCl → AlCl 3 6 5 COC 6 5 + HCl

En la primera y segunda reacciones se forma acetofenona (metil fenil cetona), la sustitución del cloruro de aluminio por cloruro de antimonio permite reducir la temperatura de reacción a 25 ° C. En la tercera reacción se forma benzofenona (difenil cetona).

Reacción de formilación: la interacción del benceno con una mezcla de CO y HCl, se produce a alta presión y bajo la acción de un catalizador, el producto de reacción es benzaldehído:

6 6 + CO + HCl → AlCl 3 6 5 COH + HCl

Reacciones de sulfonación y nitración (sustitución electrofílica):

6 6 + HNO 3 → 2 SO 4 6 5 NO 2 + 2 6 6 + 2 SO 4 → 6 5 SO 3 + 2

Reducción de benceno con hidrógeno (hidrogenación catalítica):

6 6 + 3H 2 → / ,; t 6 12

Reacciones de oxidación

El benceno, por su estructura, es muy resistente a la oxidación, por ejemplo, una solución de permanganato de potasio no lo afecta. Sin embargo, la oxidación a anhídrido maleico se puede llevar a cabo usando un catalizador de óxido de vanadio:

Reacción de ozonólisis. El benceno también se somete a ozonólisis, pero el proceso es más lento que con los hidrocarburos insaturados:

El resultado de la reacción es la formación de dialdehído - glioxal (1,2-etanodial).

Reacción de combustión. La combustión de benceno es el caso límite de oxidación. El benceno es altamente inflamable y arde en el aire con una llama muy humeante:

2C 6 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2

Estructura

En términos de composición, el benceno pertenece a los hidrocarburos insaturados (serie homóloga norte 2norte−6), pero a diferencia de los hidrocarburos de la serie etileno, 2 4, presenta propiedades inherentes a los hidrocarburos insaturados (se caracterizan por reacciones de adición), solo en condiciones severas, pero el benceno es más propenso a reacciones de sustitución. Este "comportamiento" del benceno se explica por su estructura especial: la presencia de átomos en un plano y la presencia de una nube conjugada de 6π electrones en la estructura. La idea moderna de la naturaleza electrónica de los enlaces en el benceno se basa en la hipótesis de Linus Pauling, quien propuso representar una molécula de benceno en forma de hexágono con un círculo inscrito, enfatizando así la ausencia de dobles enlaces fijos y la presencia de una sola nube de electrones que cubre los seis átomos de carbono del ciclo.

En la literatura especial y popular, el término está muy extendido anillo de benceno, refiriéndose, por regla general, a la estructura de carbono del benceno sin tener en cuenta otros átomos y grupos asociados a los átomos de carbono. El anillo de benceno se encuentra en muchos compuestos diferentes.

Producción

Hoy en día, existen varios métodos fundamentalmente diferentes de producción de benceno.

Solicitud

El transporte de benceno por ferrocarril se realiza en vagones cisterna especializados.

Una parte importante del benceno resultante se utiliza para la síntesis de otros productos:

aproximadamente el 50% del benceno se convierte en etilbenceno (alquilación del benceno con etileno);
aproximadamente el 25% del benceno se convierte en cumeno (alquilación de benceno con propileno);
aproximadamente el 10-15% del benceno se hidrogena a ciclohexano;
aproximadamente el 10% del benceno se consume para la producción de nitrobenceno;
2-3% de benceno se convierte en alquilbencenos lineales;
aproximadamente el 1% de benceno se utiliza para la síntesis de clorobenceno.

En cantidades mucho más pequeñas, el benceno se usa para la síntesis de algunos otros compuestos. Ocasionalmente y en casos extremos, debido a su alta toxicidad, se utiliza benceno como disolvente.

Además, el benceno se encuentra en la gasolina. En las décadas de 1920 y 1930, se agregó benceno a la gasolina pura para aumentar su índice de octanaje, pero en la década de 1940, tales mezclas no podían competir con las gasolinas de alto octanaje. Debido a la alta toxicidad, el contenido de benceno en el combustible está limitado por los estándares modernos al 1%.

Acción biológica y toxicología

El benceno es uno de los xenobióticos de origen antropogénico más difundidos.

El benceno es muy tóxico. La dosis letal mínima para la administración oral es de 15 ml, el promedio es de 50-70 ml. Con una breve inhalación de vapores de benceno, no se produce una intoxicación inmediata, por lo que, hasta hace poco, el procedimiento para trabajar con benceno no estaba particularmente regulado. En grandes dosis, el benceno provoca náuseas y mareos y, en algunos casos graves, la intoxicación puede ser mortal. El primer signo de intoxicación por benceno suele ser euforia. Los vapores de benceno pueden penetrar la piel intacta. El benceno líquido es bastante irritante para la piel. Si el cuerpo humano está expuesto a pequeñas cantidades de benceno durante mucho tiempo, las consecuencias también pueden ser muy graves.

El benceno es un potente carcinógeno. Los estudios demuestran que el benceno está asociado con enfermedades como anemia aplásica, leucemias agudas (mieloide, linfoblástica), leucemia mieloide crónica, síndrome mielodisplásico y enfermedades de la médula ósea.

Mecanismo de transformación y efectos mutagénicos del benceno

Existen varias variantes del mecanismo de transformación del benceno en el cuerpo humano. En la primera variante, la molécula de benceno es hidroxilada por el sistema de oxidación microsomal con la participación del citocromo P450. Según el mecanismo, el benceno se oxida primero a un epóxido altamente reactivo, que luego se convierte en fenol. Además, se generan radicales libres (especies reactivas de oxígeno) debido a la alta activación de P450 por la reacción:

Mecanismo molecular de la mutagénesis del benceno

El benceno es promutagen, adquiere propiedades mutagénicas solo después de la biotransformación, como resultado de lo cual se forman compuestos con alta reactividad. Uno de ellos es el benceno epoxi. Debido a la alta tensión angular del ciclo epoxi, los enlaces -C-O-C- se rompen y la molécula se convierte en un electrófilo; reacciona fácilmente con los centros nucleofílicos de las bases nitrogenadas de las moléculas de ácido nucleico, especialmente el ADN.

El mecanismo de interacción del ciclo epoxi con centros nucleofílicos: grupos amino de bases nitrogenadas (reacción de arilación) procede como una reacción de sustitución nucleofílica. 2 ... Como resultado, se forman aductos de ADN unidos covalentemente bastante fuertes, la mayoría de las veces tales derivados se observan en la guanina (ya que la molécula de guanina tiene el número máximo de centros nucleofílicos), por ejemplo, N7-fenilguanina. Los aductos de ADN formados pueden provocar un cambio en la estructura nativa del ADN, interrumpiendo así el curso correcto de los procesos de transcripción y replicación. Cuál es la fuente de mutaciones genéticas. La acumulación de epóxido en los hepatocitos (células del hígado) conduce a consecuencias irreversibles: un aumento de la arilación del ADN y, al mismo tiempo, un aumento de la expresión (sobreexpresión) de proteínas mutantes, que son producto de una mutación genética; inhibición de la apoptosis; transformación celular e incluso la muerte. Además de la pronunciada genotoxicidad y mutagenicidad, el benceno tiene una fuerte mielotoxicidad y actividad carcinogénica, especialmente este efecto se manifiesta en las células del tejido mieloide (las células de este tejido son muy sensibles a este tipo de efectos de los xenobióticos).

Abuso de benceno y sustancias

El benceno tiene un efecto intoxicante en una persona y puede provocar adicción a las drogas.

Envenenamiento agudo

En concentraciones muy altas, pérdida del conocimiento casi instantánea y muerte en pocos minutos. El color de la cara es cianótico, las membranas mucosas suelen ser de color rojo cereza. En concentraciones más bajas: excitación, similar a la del alcohol, luego somnolencia, debilidad general, mareos, náuseas, vómitos, dolor de cabeza, pérdida del conocimiento. También se observan espasmos musculares, que pueden convertirse en convulsiones tónicas. Las pupilas suelen estar dilatadas y no responden a la luz. La respiración se acelera al principio y luego se ralentiza. La temperatura corporal desciende bruscamente. Pulso rápido, llenado pequeño. Se baja la presión arterial. Se han notificado casos de arritmias cardíacas graves.

Después de una intoxicación grave que no conduce directamente a la muerte, a veces se observan trastornos de salud a largo plazo: pleuresía, catarro del tracto respiratorio superior, enfermedades de la córnea y la retina, daño hepático, trastornos cardíacos, etc. Un caso de neurosis vasomotora con edema de la cara y extremidades, alteraciones de la sensibilidad y convulsiones poco tiempo después de una intoxicación aguda con vapores de benceno. A veces, la muerte ocurre algún tiempo después del envenenamiento.

Envenenamiento crónico

En casos graves, hay: dolores de cabeza, fatiga extrema, dificultad para respirar, mareos, debilidad, nerviosismo, somnolencia o insomnio, indigestión, náuseas, a veces vómitos, falta de apetito, aumento de la micción, menstruación, sangrado a menudo persistente de la mucosa oral, especialmente las encías y la nariz, que duran horas e incluso días. A veces, se produce un sangrado persistente después de la extracción del diente. Numerosas hemorragias menores (hemorragias) en la piel. Sangre en las heces, sangrado uterino, hemorragia retiniana. Por lo general, es el sangrado y, a menudo, la fiebre que lo acompaña (temperatura de hasta 40 ° y más) lo que lleva al envenenado al hospital. En tales casos, el pronóstico siempre es grave. La causa de la muerte son en ocasiones infecciones secundarias: se conocen casos de inflamación gangrenosa del periostio y necrosis de la mandíbula, inflamación ulcerativa grave de las encías, sepsis generalizada con endometritis séptica.

A veces, con una intoxicación grave, se desarrollan síntomas de enfermedades nerviosas: aumento de los reflejos tendinosos, clonus bilateral, síntoma de Babinsky positivo, trastorno de sensibilidad profunda, trastornos pseudotabéticos con parestesias, ataxia, paraplejía y trastornos del movimiento (signos de daño en las columnas posteriores de la médula espinal y tracto piramidal).

Los cambios más típicos en la sangre. La cantidad de eritrocitos generalmente se reduce drásticamente, hasta 1-2 millones y menos. El contenido de hemoglobina también desciende drásticamente, a veces hasta un 10%. El indicador de color en algunos casos es bajo, a veces cercano a lo normal y, a veces, alto (especialmente con anemia severa). Se notan anisocitosis y poiquilocitosis, punción basófila y aparición de eritrocitos nucleares, aumento del número de reticulocitos y del volumen de eritrocitos. Es más típica una fuerte disminución en el número de leucocitos. A veces, inicialmente leucocitosis, seguida rápidamente de leucopenia, ESR acelerada. Los cambios sanguíneos no se desarrollan simultáneamente. Muy a menudo, el sistema leucopoyético se ve afectado antes y luego se agrega trombocitopenia. La derrota de la función eritroblástica a menudo ocurre incluso más tarde. En el futuro, se puede desarrollar un cuadro característico de intoxicación grave: anemia aplásica.

Los fenómenos de intoxicación pueden persistir e incluso progresar meses o años después de suspender el benceno.

Primeros auxilios para intoxicaciones y tratamiento.

En caso de intoxicación aguda con benceno (vapores de benceno), primero se debe sacar a la víctima al aire libre, en caso de paro respiratorio, se realiza respiración artificial hasta normalizada, se usan oxígeno y lobelina como estimulantes respiratorios. ¡El uso de adrenalina como analéptico está estrictamente prohibido! En caso de vómitos, solución intravenosa de glucosa al 40%, en caso de trastornos circulatorios: inyección de solución de cafeína. Si la intoxicación ocurrió por vía oral y el benceno ingresó al estómago, es necesario enjuagarlo con aceite vegetal (absorbe bien el benceno), el procedimiento debe realizarse con precaución, ya que es posible la aspiración. En caso de intoxicación leve, se muestra reposo al paciente. En estados de agitación, los sedantes son necesarios. Cuando ocurre anemia, se realizan transfusiones de sangre, vitamina B12, ácido fólico, con leucopenia - vitamina B6, pentoxil. En caso de disminución de la inmunidad (estado de inmunodeficiencia): inmunoestimulantes.

Efecto del benceno sobre las biomembranas.

Las membranas biológicas son estructuras supramoleculares, una doble capa lipídica en la que las moléculas de proteínas y polisacáridos están integradas (incrustadas) o unidas a la superficie. Los lípidos que forman las biomembranas son por naturaleza compuestos anfifílicos (difílicos), es decir, capaces de disolverse, tanto en sustancias polares como en no polares, debido a la presencia de los denominados grupos polares. "cabeza"(carboxil-COOH, hidroxil -OH, grupos amino -NH 2 y otros) y los denominados apolares. "Cruz"(radicales hidrocarbonados: alquilos, arilos, estructuras policíclicas como colestán y otros).

El benceno es un solubilizador eficaz de las membranas biológicas; disuelve rápidamente los grupos no polares (los llamados hidrocarburos "Cruz") lípidos, principalmente colesterol, que forma parte de las membranas. El proceso de solubilización está limitado por la concentración de benceno, cuanto más, más rápido avanza este proceso. En el proceso de solubilización, se libera energía, rompiendo literalmente la doble capa lipídica (bicapa lipídica), lo que conduce a la destrucción completa (destrucción de la estructura) de la membrana y posterior apoptosis de la célula (en el proceso de destrucción de biomembranas, se activan los receptores de membrana (tales como: CD95, TNFR1, DR3, DR4 y otros), que activan la apoptosis celular).

Acción sobre la piel

Con el contacto frecuente de las manos con benceno, se observan piel seca, grietas, picazón, enrojecimiento (generalmente entre los dedos), hinchazón y erupciones con ampollas de mijo. A veces, debido a lesiones cutáneas, los trabajadores se ven obligados a dejar sus trabajos.

La concentración máxima permitida es de 5 mg / m 3.

Seguridad

Trabajar con benceno conlleva el riesgo de intoxicación y deterioro grave de la salud. El benceno es un líquido altamente volátil (volatilidad 320 mg / la 20 ° C) con un alto grado de inflamabilidad, por lo que al trabajar con él es necesario observar las precauciones de seguridad para trabajar con líquidos inflamables. Los vapores de benceno representan un gran peligro, ya que pueden formar mezclas explosivas con el aire. Actualmente, el uso del benceno como solvente orgánico es muy limitado, debido a la toxicidad y efectos cancerígenos de sus vapores y efectos negativos en la piel. Trabajar con benceno en laboratorios también prevé su limitación (estrictamente regulado). Se recomienda usar benceno en experimentos solo en pequeños volúmenes (no más de 50 ml); el trabajo debe realizarse exclusivamente con guantes de goma fluorada (el látex se disuelve y se hincha cuando se expone al benceno).

almacenar cerca de fuentes de calor, llamas abiertas, oxidantes fuertes, alimentos, etc.
dejar abiertos los recipientes que contienen benceno, fumar,
use recipientes de benceno para uso alimentario, lavado de manos, platos,
trabajar en una habitación cerrada, mal ventilada con una temperatura del aire de más de 30 ° C,
utilizar un gran volumen de sustancia como disolvente,
trabajar sin equipo de protección para la piel de manos, ojos y órganos respiratorios.

Ecología

El benceno es una sustancia nociva para el medio ambiente, un tóxico de origen antropogénico. Las principales fuentes de benceno liberado al medio ambiente con las aguas residuales o las emisiones atmosféricas son las industrias petroquímica y química del coque, la producción y el transporte de combustibles. El benceno se evapora fácilmente de los cuerpos de agua, es capaz de transformarse del suelo en plantas, lo que representa una seria amenaza para los ecosistemas.

El benceno tiene la propiedad de acumularse, debido a su lipofilicidad, es capaz de depositarse en las células del tejido adiposo de los animales envenenándolos.

HC aromáticos (arenas) Son hidrocarburos cuyas moléculas contienen uno o más anillos de benceno.

Ejemplos de hidrocarburos aromáticos:

Arenas de la serie de benceno (arenas monocíclicas)

Formula general:C n H 2n-6, n≥6

El representante más simple de los hidrocarburos aromáticos es el benceno, su fórmula empírica es С 6 Н 6.

La estructura electrónica de la molécula de benceno.

La fórmula general de los arenos monocíclicos C n H 2 n -6 indica que son compuestos insaturados.

En 1856, el químico alemán A.F. Kekule propuso una fórmula cíclica de benceno con enlaces conjugados (enlaces simples y dobles alternos) - ciclohexatrieno-1,3,5:

Esta estructura de la molécula de benceno no explica muchas de las propiedades del benceno:

para el benceno, las reacciones de sustitución son características y no las reacciones de adición características de los compuestos insaturados. Las reacciones de adición son posibles, pero son más difíciles que para;
el benceno no entra en reacciones que sean reacciones cualitativas a hidrocarburos insaturados (con agua de bromo y una solución de KMnO 4).

Los estudios de difracción de electrones llevados a cabo posteriormente mostraron que todos los enlaces entre átomos de carbono en una molécula de benceno tienen la misma longitud de 0,140 nm (el valor medio entre la longitud de un enlace C-C simple de 0,154 nm y un enlace doble C = C de 0,134 nm). El ángulo entre los enlaces de cada átomo de carbono es de 120 °. La molécula es un hexágono plano regular.

La teoría moderna para explicar la estructura de la molécula C 6 H 6 utiliza el concepto de hibridación de los orbitales del átomo.

Los átomos de carbono en el benceno están en estado de hibridación sp 2. Cada átomo "C" forma tres enlaces σ (dos con átomos de carbono y uno con un átomo de hidrógeno). Todos los enlaces σ están en el mismo plano:

Cada átomo de carbono tiene un electrón p, que no participa en la hibridación. Los orbitales p sin hibridar de los átomos de carbono están en el plano perpendicular al plano de los enlaces σ. Cada nube p se superpone con dos nubes p adyacentes y, como resultado, se forma un único sistema π conjugado (recuerde el efecto de conjugación de los electrones p en la molécula de 1,3-butadieno discutido en el tema "Hidrocarburos de dieno" ):

La combinación de seis enlaces σ con un solo sistema π se llama enlace aromático.

Un ciclo de seis átomos de carbono unidos por un enlace aromático se llama anillo de benceno o núcleo de benceno.

De acuerdo con las ideas modernas sobre la estructura electrónica del benceno, la molécula de C 6 H 6 se representa de la siguiente manera:

Propiedades físicas del benceno

El benceno en condiciones normales es un líquido incoloro; t o pl = 5,5 aproximadamente C; a fardos = 80 aproximadamente C; tiene un olor característico; no miscible con agua, buen solvente, altamente tóxico.

Propiedades químicas del benceno

El enlace aromático determina las propiedades químicas del benceno y otros hidrocarburos aromáticos.

El sistema de 6 π electrones es más estable que los enlaces π de dos electrones convencionales. Por tanto, las reacciones de adición son menos típicas para los hidrocarburos aromáticos que para los hidrocarburos insaturados. Las reacciones de sustitución son las más típicas de los arenos.

I... Reacciones de sustitución

1.Halogenación

2. Nitración

La reacción se lleva a cabo con una mezcla de ácidos (mezcla nitrante):

3 sulfonación

4 alquilación (sustitución del átomo de "H" por un grupo alquilo) - Reacciones de Friedel-Crafts, se forman homólogos de benceno:

En lugar de haloalcanos, se pueden usar alquenos (en presencia de un catalizador: AlCl 3 o ácido inorgánico):

II... Reacciones de adición

1.Hidrogenación

2.Adición de cloro

III.Reacciones de oxidación

1. Combustión

2С 6 Н 6 + 15О 2 → 12СО 2 + 6Н 2 О

2. Oxidación incompleta (KMnO 4 o K 2 Cr 2 O 7 en un ambiente ácido). El anillo de benceno es resistente a los agentes oxidantes. No se produce ninguna reacción.

Obtener benceno

En la industria:

1) procesamiento de petróleo y carbón;

2) deshidrogenación de ciclohexano:

3) deshidrociclización (aromatización) de hexano:

En el laboratorio:

Fusión de sales de ácido benzoico con:

Isomería y nomenclatura de homólogos de benceno

Cualquier homólogo de benceno tiene una cadena lateral, es decir radicales alquilo unidos al anillo de benceno. El primer homólogo del benceno es un anillo de benceno unido a un radical metilo:

El tolueno no tiene isómeros, ya que todas las posiciones en el anillo de benceno son equivalentes.

Para los homólogos posteriores de benceno, es posible un tipo de isomería: la isomería de la cadena lateral, que puede ser de dos tipos:

1) isomería del número y estructura de sustituyentes;

2) isomería de la posición de los sustituyentes.

Propiedades físicas del tolueno

Tolueno- un líquido incoloro de olor característico, insoluble en agua, fácilmente soluble en disolventes orgánicos. El tolueno es menos tóxico que el benceno.

Propiedades químicas del tolueno