Mine sisu juurde

Benseen

Allikas: Vikipeedia

Benseenonorgaanilinekeemiline ühendmolekulvalemigaC6H6.Selle molekul koosneb kuuest ringikujuliselt liitunudsüsinikuaatomist,millest iga küljes on üksvesinikuaatom. Benseen on lihtsaimaromaatnesüsivesinik[1].Benseeni tähistatakse valemites Ph. Benseen esineb naturaalseltnaftas.

Benseen onvärvituja väga tuleohtlik magusa lõhnagavedelik.Temakeemistemperatuuron +80,1 °C,sulamistemperatuuron +5,5 °C jatihedus879 kg/m³[1].Benseeni lubatud piirkontsentratsioontööruumideõhuson 20 mg/m³[1].Plahvatusohtlik kontsentratsioon õhus on 1,5–8 mahuprotsenti.[1]

Benseeni kasutatakse enamasti lähteainena rasketekemikaalidetootmiseks, näiteksetüülbenseenijaisopropüülbenseenitoodetakse miljardeid tonne aastas. Kuna benseenil on kõrgeoktaaniarv,on see tähtis koostisosabensiinis.Enamik mittetööstuslikust kasutusest on piiratud benseenikantserogeensusetõttu.

Ajalugu

[muuda|muuda lähteteksti]

Sõna "benseen" tuleb ajalooliselt "bensoiinist", aromaatsestvaigust,mida teatiEuroopasjuba15. sajandilKagu-Aasiatootena. Bensoiinist saadi happelinematerjal,mida kutsuti "bensoiini lilledeks" ja mis tõenäoliselt olibensoehape.

Michael Faradayisoleeris ja identifitseeris esimesena benseeni1825.aastal õlisest jäägist ning nimetas sellevesiniku bikaburetiks.[2]

Benseeniempiiriline valemoli ammu teada, kuid selle polüküllastamatastruktuuriühe vesinikuga iga süsiniku kohta oli raske määrata.1865.aastal avaldasSaksakeemikFriedrich August Kekuléprantsuskeelseartikli,kus väitis, et struktuur koosnes kuuelülilisest süsinikuaatomite ringist vahelduvateüksik- jakaksiksidemetega.Aasta hiljem andis ta samal teemal välja palju pikemasaksakeelseartikli.[3][4]Kekulé kasutas varasematel aastatel kogutudeksperimenditulemusi,mis näitasid, et igal benseeni monoderivaadiloli ainult üksisomeerja igal diderivaadil oli kolm derivaati, mida tänapäeval nimetatakse orto-, meta- ja paraasendiks.

Benseeni tsüklilisuse tõestas1929.aastalkristallograafKathleen Lonsdale.[5][6]

19. sajandilja20. sajandialguses kasutati benseeni meeldiva lõhna tõttuaftershave-vedelikuna. Enne1920.aastat kasutati benseeni laialdaselt tööstuslikulahustina.Pärast selletoksilisuseilmnemist asendati see teiste lahustitega, erititolueeniga(metüülbenseeniga), millel on sarnasedfüüsikalised omadused,aga mis pole nii kantserogeenne.

Külmutatud benseen

1903.aastal populariseerisLudwig Roseliusbenseeni kasutamistkofeiinitustamiseks.Benseen oli tähtis koostisosa paljudes tarbekaupades, näiteks värvilahustites,kummiliimidesja muudes süsivesinikke sisaldavates ainetes. Enamikfirmasidlõpetasid benseeni kasutamise1950. aastatel,kuid mõned jätkasid kuni1970. aastatelõpuni, kui ilmnesid seosedleukeemiasurmadejaGoodyeariPliofilmitootmise vahel. Selle ajani müüdi paljudes kauplustes benseeni väikestes purkides tavakasutuseks. Paljud õpilased saidkoolisjaülikoolisbenseeniga katseid tehes tervisekahjustusi. Tänapäevaks on see ohtlik praktika lõpetatud.

Struktuur

[muuda|muuda lähteteksti]
Pikemalt artiklisAromaatsus

Benseeni struktuur tekitab erilise probleemi, kunasidemetepikkuse kvantitatiivseks selgitamiseks peab esinema kaselektronidedelokalisatsioon (molekulaarorbitaalide teooria) võiπ-orbitaalidespinnpaardumine(valentssidemete teooria)[7].

Benseeni struktuuri esitusviise

Röntgendifraktsioonnäitab, et kõik 6 süsinikuaatomite vahelist sidet benseenis on sama pikkusega, 140pikomeetrit(pm). See on pikem kui kaksikside (135 pm) ja lühem kui üksikside (147 pm). See vahepealne pikkus on vastavuses elektronide delokalisatsiooniga: C-C siduvad elektronid on võrdselt jagatud kõigi kuue süsinikuaatomi vahel. Benseenil on 8 vesinikuaatomit vähem kui vastavalalkaanilheksaanil.Molekul on planaarne[8]. Molekulaarorbitaalide teooria järgi on benseeni molekulis 3 delokaliseeritud π-orbitaali kõigi kuue aatomi vahel, valentssidemete teooria järgi tulenevad aromaatsed omadused kõigi kuue π-orbitaali spinnpaardumisest[9][10][11][12]See stabiilsus on tõenäoliseltaromaatseteühendite omapäraste omaduste põhjuseks. Näitamaks sidemete delokaliseeritud iseloomu, kujutatakse benseeni tihtiringigakuusnurkse aatomiteahela sees.

Benseeni derivaadid

[muuda|muuda lähteteksti]
Pikemalt artiklisAreenid

Benseenist saab mitmeid tähtsaid keemilisi ühendeid, kui asendada üks või rohkem vesinikku mõne teisefunktsionaalrühmaga.Näited lihtsatest benseeni derivaatidest onfenool,tolueenjaaniliin,mida esitatakse vastavalt PhOH (hüdroksübenseen), PhMe (metüülbenseen) ja PhNH2(aminobenseen). Kaht benseenirõngast omavahel liites saadaksebifenüül.Rohkem vesinikke kaotades saadakse "kokkusulanud" aromaatsed süsivesinikud, näiteksnaftaleenjaantratseen.Vesinikuvaba süsinikuallotroopgrafiitkoosneb paljudest "kokkusulanud" süsinikurõngastest.

Heterotsüklistes ühenditeson süsiniku aatomid benseenituumas asendatud teisteelementideaatomitega. Kõige tähtsamad heterotsüklilised ühendid onlämmastikkusisaldavad tuumad. Asendades tuumas ühe süsiniku aatomi lämmastikuga, saadaksepüridiin(C5H5N). Kuigi benseen ja püridiin on struktuuri poolest sarnased, ei ole benseenist võimalik püridiini sünteesida. Kaks süsiniku aatomit lämmastikuga asendades saadakse olenevalt teise lämmastiku asukohast kas püridasiin (1,2-diasiin), pürimidiin (1,3-diasiin) või pürasiin (1,4-diasiin).

Tootmine

[muuda|muuda lähteteksti]

Benseeni tööstuslikuks tootmiseks kasutatakse neljakeemilist protsessi:katalüütilinereformatsioon, tolueeni hüdrodealküleerimine, tolueeni disproportsioneerumine ja aurukrakkimine.ATSDRibenseeni toksikoloogilise profiili kohaselt toodeti aastatel1978–1981USA-s umbes pool benseenist katalüütilise reformatsiooni teel.

Teise maailmasõjanitoodeti enamik benseenistterasetööstuseskoksikõrvasaadusena. Alates 1950. aastatest suurenes nõudlus benseeni järele, eriti kasvavapolümeeritööstusetõttu. Benseeni hakati tootmanaftast.

Katalüütilises reformatsioonis segataksesüsivesinikesegu keemistemperatuuride vahemikus 60–200°Cvesinikuga ja juhitakse katalüsaatorile (plaatinakloriidvõireeniumkloriid) 500–525 °C jarõhu8–50atmjuures. Sellistes tingimustes moodustavadalifaatsed ühendidrõngaid, sealhulgas aromaatseid süsivesinikke.

Tolueeni hüdrodealküleerimisel muundatakse tolueen benseeniks. Vesinikintensiivsesprotsessissegatakse tolueen vesinikuga ning juhitaksekroom,molübdeenvõi plaatinaoksiidkatalüsaatori500–600 °C ja 40–60 atm juures.

C6H5CH3+ H2→ C6H6+ CH4

Kasutusalad

[muuda|muuda lähteteksti]

Benseeni kasutatakse enamastivaheühendinateiste kemikaalide tootmisel. Umbes 80% benseenist kasutatakse kolme kemikaali tootmiseks:etüülbenseen,isopropüülbenseenjatsükloheksaan.Kõige laialdasemalt toodetav onstüreenilähteaine etüülbenseen. Stüreenist toodetakse mitmesuguseid polümeere japlaste.Kumeen (isopropüülbenseen) muundataksefenooliksvaikudejaliimidetootmiseks. Tsükloheksaani kasutataksenailonitootmiseks. Väiksemad kogused benseeni lähevadkummide,lubrikantide,värvide,detergentide,ravimite,lõhkeainetejapestitsiididetootmiseks.

Nii Euroopas kui USA-s kulub 50% benseenist etüülbenseeni, 20% kumeeni ja 15% tsükloheksaani tootmiseks.[viide?]Kesk-Aasiaskasvab benseeni tootmine ja nõudlus kasvavad kõige jõudsamalt. Arvatakse, et2018.aastaks tõusevad need vastavalt 3,7 ja 3,3 protsenti.AasiajaVaikse ookeanipiirkond aga jätkab nõudluse domineerimist peaaegu poolega turust.[13]

Bensiinilisandinasuurendab benseen oktaaniarvu ja vähendabmootoridefekte.1950. aastatel asendati see tetraetüülpliiga.

Laboratoorsetes uuringutes kasutatakse benseeni asemel tänapäeval tolueeni, mille lahustamisomadused on sarnased, kuid mis pole niimürgine.

BenseenEtüülbenseenKumeenTsükloheksaanAniliinKlorobenseenAtsetoonFenoolStüreenBisfenool AAdipiinhapeKaprolaktaamPolüstüreenPolükarbonaadidEpoksüvaigudFenoolvaigudNailon 6-6Nailon 6
Põhilised benseeni kasutusalad

Reaktsioonid

[muuda|muuda lähteteksti]

Kõige tavalisemad benseeni reaktsioonid on seotudprootoniasendamisega teiste rühmadega.[14]Elektrofiilne aromaatne asendusreaktsioonon tavaline meetod benseeniderivatiseerimiseks.Benseen on piisavaltnukleofiilne,et toimuks asendusreaktsioonatsüülrühmrühmagajaalküülkarbokatiooniga.

Benseeni elektrofiilne aromaatne asendus

Levinuim näide sellest reaktsioonist on benseeni etüleerimine.

1999.aastal toodeti umbes 25 miljonit tonni etüülbenseeni.[15]

Friedeli-Craftsi benseeni atsüleerimine atsetüülkloriidiga

Elektrofiilse aromaatse asendusreaktsiooniga saab benseeni tuumale lisada mitmeid kasulikkefunktsionaalrühmi.Benseeni sulfoneeritud derivaadid on kasulikuddetergendid.Nitreerimise käigus saadaksenitrobenseen,mis onaniliinilähteaine.Kloorimine,mille käigus saadakseklorobenseen,toimub klooriga katalüsaatori, näiteksalumiinium(III)kloriidi,juuresolekul. Hüdrogeenimiselmuundatakse benseen ja derivaadidtsükloheksaaniksja selle derivaatideks. Benseen on healigandvähevalentsete organometallidekeemias.

Mõju tervisele

[muuda|muuda lähteteksti]
Benseenipudel

Benseen suurendabvähija muudehaigusteohtu. Ta on kurikuulusluuüdihaigustepõhjustaja. Paljud epidemioloogilised, kliinilised ja laboratoorsed uuringud seovad benseenianeemiaga,leukeemiagaja luuüdi ebanormaalsustega.[16][17]

Ameerika Ühendriikide Tervishoiu- ja Teenindusministeeriumklassifitseerib benseeni inimese kantserogeeniks. Pikaajaline kokkupuude suure benseenisisaldusega õhuga põhjustab leukeemiat.[18]

Vaata ka

[muuda|muuda lähteteksti]

Viited

[muuda|muuda lähteteksti]
  1. ↑1,01,11,21,3Tehnikaleksikon,lk. 49
  2. ↑Faraday, M.(1825)."On new compounds of carbon and hydrogen, and on certain other products obtained during the decomposition of oil by heat".Philosophical Transactions of the Royal Society of London.115:440–466.DOI:10.1098/rstl.1825.0022.ISSN0261-0523.JSTOR107752.
  3. ↑Kekulé, F. A.(1865)."Sur la constitution des substances aromatiques".Bulletin de la Société Chimique de Paris.3:98–110.
  4. ↑Kekulé, F. A. (1866)."Untersuchungen über aromatische Verbindungen] (Investigations of aromatic compounds)".Liebigs Annalen der Chemie und Pharmacie.137(2): 129–36.DOI:10.1002/jlac.18661370202.
  5. ↑Lonsdale, K.(1929). "The Structure of the Benzene Ring in Hexamethylbenzene".Proceedings of the Royal Society.123A:494.
  6. ↑Lonsdale, K. (1931)."An X-Ray Analysis of the Structure of Hexachlorobenzene, Using the Fourier Method".Proceedings of the Royal Society.133A(822): 536–553.Bibcode:1931RSPSA.133..536L.DOI:10.1098/rspa.1931.0166.
  7. ↑David Cooper (2002).Valence Bond Theory.Elsevier. Lk 125–131.ISBN0-080-54349-9.
  8. ↑Moran D, Simmonett AC, Leach FE, Allen WD, Schleyer PV, Schaefer HF (2006). "Popular Theoretical Methods Predict Benzene and Arenes To Be Nonplanar".Journal of the American Chemical Society.128(29): 9342–3.DOI:10.1021/ja0630285.PMID16848464.{{cite journal}}:CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  9. ↑Cooper, David L.; Gerratt, Joseph; Raimondi, Mario (1986). "The electronic structure of the benzene molecule".Nature.323(6090): 699.Bibcode:1986Natur.323..699C.DOI:10.1038/323699a0.
  10. ↑Pauling, Linus (1987). "Electronic structure of the benzene molecule".Nature.325(6103): 396.Bibcode:1987Natur.325..396P.DOI:10.1038/325396d0.
  11. ↑Messmer, Richard P.; Schultz, Peter A. (1987). "The electronic structure of the benzene molecule".Nature.329(6139): 492.Bibcode:1987Natur.329..492M.DOI:10.1038/329492a0.
  12. ↑Harcourt, Richard D. (1987). "The electronic structure of the benzene molecule".Nature.329(6139): 491.Bibcode:1987Natur.329..491H.DOI:10.1038/329491b0.
  13. ↑Market Study on Benzene by Ceresana Research.Ceresana.
  14. ↑Stranks, D. R.; M. L. Heffernan, K. C. Lee Dow, P. T. McTigue, G. R. A. Withers (1970).Chemistry: A structural view.Carlton, Victoria:Melbourne University Press. Lk 347.ISBN0-522-83988-6.{{cite book}}:CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  15. ↑Welch, Vincent A.; Fallon, Kevin J. and Gelbke, Heinz-Peter (2005) “Ethylbenzene” inUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Wiley-VCH, Weinheim,DOI:10.1002/14356007.a10_035.pub2
  16. ↑Kasper, Dennis L.et al.(2004)Harrison's Principles of Internal Medicine,16th ed., McGraw-Hill Professional, p. 618,ISBN 0071402357.
  17. ↑Merck Manual, Home Edition,"Overview of Leukemia".
  18. ↑WHO. INTERNATIONAL AGENCY FOR RESEARCH ON CANCER,IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Overall Evaluations of Carcinogenicity: An Updating of IARC Monographs,Volumes 1 to 42, Supplement 7

Välislingid

[muuda|muuda lähteteksti]
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Benseen&oldid=6695342"