História do Benzeno, Estrutura, Propriedades, Derivativos, Usos

Ele benzeno É um composto orgânico que consiste em um dos hidrocarbonetos aromáticos mais simples. Sua fórmula química é C₆H₆, dos quais se sabe que a relação entre carbono e hidrogênio é igual a 1; isto é, para cada carbono, existe um hidrogênio ligado a isso.

Embora sua aparência física seja a de um líquido incolor, ele é naturalmente encontrado em petróleo e produtos derivados dele. Seu cheiro é muito característico, pois se assemelha a uma mistura de cola, betume e gasolina; Por outro lado, é um líquido volátil e inflamável.

Belfing com benzeno. Fonte: AIR1404 [CC por 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/4.0)]

Na imagem superior, um recipiente ou garrafa com benzeno é mostrado, presumivelmente de pureza não analítica. Se vapores de benzeno forem imediatamente descobertos em todo o laboratório. Por esse motivo, este líquido, comumente usado como um solvente simples, é manipulado dentro de um sino de extrator de gás.

Sendo sua fórmula C₆H₆, Os produtos químicos do século XIX levantaram numerosas estruturas possíveis que correspondem à referida proporção c/h igual a 1. Não apenas isso, mas a molécula de benzeno teve que ter vínculos especiais de tal maneira que sua estabilidade incomum poderia ser explicada às reações adicionais; típico para alcenos e políticas.

Foi assim que seus vínculos representavam um enigma para os produtos químicos da época; Até a propriedade chamada aromaticidade. Antes de considerar um hexacaclotrieno (com três ligações C = C), o benzeno é muito mais do que isso, e é outro dos muitos exemplos de sinergia em química.

Na química orgânica, o benzeno é um símbolo clássico, base estrutural para múltiplos compostos polilaromáticos. De seu hexágono, as sinfinas de derivadas são obtidas por substituição eletrofílica aromática; Um anel cujas bordas fronteira com a estrutura que define novos compostos.

De fato, seus derivados são devidos aos vastos usos industriais para aqueles que precisam de benzeno entre sua matéria -prima. Desde a preparação de cola e fibras têxteis, até plásticos, borrachas, pigmentos, drogas e explosivos. Por outro lado, naturalmente benzeno é encontrado em vulcões, incêndios florestais, gasolina e na fumaça dos cigarros.

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História

Descoberta e nomes

Sua descoberta remonta a 1825, normalmente concedida a Michael Faraday, quando ele coletou e fez experimentos com um produto de petróleo restante do gás usado para iluminação. Este líquido continha uma proporção c/h próxima a 1, e é por isso que o chamou de 'hidrogênio carburado'.

O químico Auguste Laurent nomeou o estranho hidrocarboneto 'feno', derivado da palavra grega 'Phaínein'O que significa brilhante (porque foi obtido após o gás queimado). No entanto, esse nome não foi aceito pela comunidade científica e prevaleceu apenas como 'fenil', para se referir ao radical derivado do benzeno.

Da borracha Benzoin, o químico Eilhard Mitcherlich, nove anos depois, conseguiu produzir o mesmo composto; Havia, portanto, outra fonte para o mesmo hidrocarboneto, que ele batizou como 'Benzina'. No entanto, eles também não consideraram o nome apropriado para assumir que era um alcalóide, como quinino.

Assim, eles substituíram o nome 'Bencina' por 'Benzol'. No entanto, houve contradições e discrepâncias novamente porque o termo 'benzol' confundiu hidrocarboneto para um álcool. Foi então que o nome 'Benzene' nasceu, usado primeiro na França e Inglaterra.

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Produção industrial

Nem o gás de iluminação nem a goma de benzoin eram fontes apropriadas para gerar benzeno em grandes escalas. Charles Mansfield, trabalhando com August Wilhelm von Hofmann, alcançado em 1845 isolar o benzeno (vinte anos após sua descoberta) do alcatrão da Hulla, produto lateral da produção de Coca -Cola.

Assim, a produção industrial de benzeno começou a partir do alcatrão da Hulla. A disponibilidade de benzeno em quantidades maciças, facilitou o estudo de suas propriedades químicas e permitiu relacioná -lo a outros compostos de reatividades semelhantes. August Wilhelm von Hofmann cunhou a palavra 'aromático' para o benzeno e compostos relacionados.

Estruturas históricas

Sonho de August Kekulé

Friedrich August Kekulé recebe a estrutura hexagonal e cíclica do benzeno por volta de 1865, decorrente de um sonho estranho com Uroboros, a cobra que morde sua própria cauda desenhando um círculo. Assim, ele acreditava que o benzeno poderia ser considerado como um anel hexagonal e outros produtos químicos levantaram possíveis estruturas, que são mostradas abaixo:

Estruturas do anel benzeno propostas ao longo da história. Fonte: Jü [domínio público]

Algumas das estruturas superiores podem justificar a estabilidade do benzeno.

Livro, anéis e prisma

Observe que a terceira estrutura não é nem um anel, mas um prisma triangular, proposto por Albert Ladenburg em 1869; À sua esquerda, um livro aberto -em forma, proposto por Sir James Dewar em 1867; E à sua direita, um com todos os hidrogênios direcionados para o centro do anel, proposto por Henry Edward Armstrong em 1887.

A primeira estrutura, proposta por Adolf Karl Ludwig Claus em 1867, também é bastante peculiar, pois os links C-C são cruzados. E o último foi o anel "Serpentine" de Kekulé, sonhado em 1865.

Qual foi o "vencedor"? A quinta estrutura (da esquerda para a direita), proposta em 1899 por Johannes Thiele.

Nisso, o híbrido de ressonância foi considerado pela primeira vez, que combinou as duas estruturas Kekulé (virou o primeiro anel à direita para observá -lo) e explicou extraordinariamente a realocação dos elétrons e, com ele, até então estabilidade incomum de o benzeno.

Estrutura de benzeno

Anel aromático benzeno. Fonte: Benjah-BMM27 [Domínio Público]

A estrutura proposta por Thiele é mostrada por um modelo de esferas e barras.

A molécula de benzeno é plana, com os átomos de hidrogênio apontando para fora dos lados do anel. Todos os átomos de carbono têm hibridação de SP², Com um orbital p Disponível para estabelecer o sistema aromático no qual seis elétrons se mudam.

Estes carbonos sp² Eles são mais eletronegativos que os hidrogênios e, portanto, a primeira densidade eletrônica de remoção para este último (C_SP2^δ--H^δ+). Consequentemente, o centro do anel tem uma concentração maior de elétrons do que seus lados.

Mais precisamente, o sistema aromático pode ser representado como uma nuvem ou almofada eletrônica dilatada por ambos os lados do anel hexagonal; e no meio, pelas laterais ou bordas, uma deficiência eletrônica formada por hidrogênios com carga parcial positiva.

Graças a essa distribuição de cargas elétricas, as moléculas de benzeno podem interagir entre si através das forças dipolo-dipolo; Os átomos h^δ+ Eles sentem atração pelo centro aromático de um anel vizinho (abaixo disso será representado).

Da mesma forma, centros aromáticos podem ser empilhados um no outro para favorecer a indução de dipolos instantâneos.

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Ressonância

Estruturas e ressonância híbrida de benzeno. Fonte: Edgar181 da Wikipedia.

As duas estruturas kekulé são mostradas na parte superior da imagem e, sob elas, o híbrido de ressonância. À medida que as duas estruturas acontecem repetidas vezes ao mesmo tempo, o híbrido é representado com um círculo desenhado no meio (semelhante ao de uma "rosquinha hexagonal").

O círculo híbrido é importante porque indica o caráter aromático do benzeno (e o de muitos outros compostos). Além disso, ele ressalta que os links não são tão longos quanto C-C, nem tão curtos quanto C = C; Mas o comprimento deles é entre as duas extremidades. Assim, o benzeno não é considerado um poli -hetero.

O acima foi demonstrado pela medição dos comprimentos dos links C-C (139 pm) do benzeno, que são um pouco mais alongados do que as ligações C-H (109 pm).

Cristais

Estrutura cristalina benzeno ortorrômbica. Fonte: Ben Mills [domínio público]

O benzeno é um líquido à temperatura ambiente. Suas forças intermoleculares fazem, apesar de ter um momento tão pronunciado que pode manter suas moléculas juntas em um líquido que ferve a 80ºC. Quando a temperatura cai abaixo de 5ºC, o benzeno começa a congelar: e assim seus cristais correspondentes são obtidos.

Anéis de benzeno podem adotar padrões estruturais definidos em seu sólido. Seus dipolos os tornam "inclinados" para a esquerda ou direita, formando fileiras capazes de reproduzir por uma célula ortorrômbica ortórica. Assim, os cristais de benzeno são ortorrômbicos.

Observe na imagem superior que, quando os anéis estão inclinados a favorecer as interações entre o H^δ+ e os centros aromáticos, mencionados nas sub -seções anteriores.

Propriedades

Massa molecular

78.114 g/mol.

Aparência física

Líquido incolor com um cheiro semelhante à gasolina.

Ponto de ebulição

80ºC.

Ponto de fusão

5,5ºC.

ponto de ignição

-11ºC (copo fechado).

Temperatura de auto -ignição

497.78ºC.

Densidade

0,8765 g/ml a 20ºC.

Solubilidade

Um litro de água fervente mal pode dissolver 3,94 g de benzeno. Seu personagem apolar o torna praticamente imiscível com a água. No entanto, é miscível com outros solventes, como etanol, éteres, acetona, óleos, clorofórmio, tetracloreto de carbono, etc.

Densidade do vapor

2.8 no relacionamento aéreo (ou seja, quase três vezes mais).

Pressão de vapor

94,8 mm Hg a 25ºC.

Calor de combustão

-3267,6 kJ/mol (para benzeno líquido).

Calor de vaporização

33,83 kJ/mol.

Tensão superficial

28,22 mn/m a 25ºC.

Índice de refração

1.5011 a 20ºC.

Derivados

Os hidrogênios de benzeno podem ser substituídos por outros grupos ou átomos. Pode haver uma ou mais substituições, aumentando o grau de substituição até que os seis hidrogênios originais existam algum.

Por exemplo, Benceno como Ph-H, onde H é algum de seus seis hidrogênios. Lembrando que o centro do anel tem maior densidade eletrônica, atrai eletrofilos, que atacam o anel para substituir H em uma reação chamada substituição eletrofílica aromática (Sear).

Se este h for substituído por um OH, o ph-oh, o fenol será; substituindo um CHO₃, Ph-ch₃, Tolueno; Se for NH₂, Ph-nh₂, anilina; Ou se for o CHO₂CH₃, Ph-ch₂CH₃, Etilbenzeno.

Os derivados podem ser os mesmos ou mais tóxicos que o benzeno, ou pelo contrário, tornam -se tão complexos que se tornam um efeito farmacológico desejável.

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Formulários

É um bom solvente para uma ampla variedade de compostos, presentes, por exemplo, em pinturas, vernizes, adesivos e revestimentos.

Também pode dissolver óleos, gorduras ou ceras, por isso foi usado como um solvente de extrator de essência. Esta propriedade foi usada por Ludwig Roselius em 1903 para decafeir o café, uma operação já em desuso devido à toxicidade do benzeno. Da mesma forma, foi usado no passado para degradar metais.

Em um de seus usos clássicos, ele não atua como solvente, mas como aditivo: aumente a octana da gasolina, substituindo o chumbo para esse fim.

Os derivados de benzeno podem ter usos diferentes; Alguns servem como pesticidas, lubrificantes, detergentes, plásticos, explosivos, perfumes, corantes, cola, drogas, etc. Se em sua estrutura houver um anel benzênico, é bem provável que sua síntese tenha deixado o benzeno.

Entre seus derivados mais importantes estão: Cumeno, xileno, anilina, fenol (para a síntese de resinas fenólicas), ácido benzóico (conservante), ciclohexana (para a síntese do nilon), nitrobenzeno, resorcinol e etilbenzeno.

Nomenclatura

A nomenclatura dos derivados de benzeno varia dependendo do grau de substituição, quais são os grupos substituintes e suas posições relativas. Assim, o benzeno pode sofrer macaco, di, tri, tetra, etc., Substituições

Quando os dois grupos estão ligados a carbonos adjacentes, a denominação 'Ortho' é usada; Se houver um carbono entre separá -los, 'objetivo'; E se os carbonos estão em posições opostas, 'para'.

Nas imagens mais baixas, exemplos de derivados de benzeno com seus respectivos nomes governados pelo IUPAC são mostrados. Eles também são acompanhados por nomes comuns ou tradicionais.

Benzeno monoderivado. Fonte: Gabriel Bolívar. Outros derivados de benzeno. Fonte: Gabriel Bolívar.

Observe que no benzeno trisustuado os indicadores Ortho, para e o objetivo que eles deixam de ser úteis.

Toxicidade

O benzeno é um composto que deve ser manipulado cuidadosamente. Dado seu cheiro particular, os efeitos negativos imediatos podem ser asfixiações, tonturas, dores de cabeça, tremores, sonolência, náusea e até morte (antes de uma alta exposição). Se, além do que já foi mencionado, dores de estômago e convulsões podem causar aguda.

Além disso, os efeitos longo a longo prazo sob exposição constante a esse líquido são carcinogênicos; Aumenta as chances de o indivíduo sofrer de algum tipo de câncer, especialmente sangue: leucemia.

No sangue, pode diminuir a concentração de glóbulos vermelhos, causando anemia, e também afeta a medula óssea e o fígado, onde é assimilada pelo corpo para gerar ainda mais derivados de benzeno tóxicos; Por exemplo, hidroxiquinona. Também se acumula nos rins, coração, pulmões e cérebro.

Referências

1. Morrison, r.T. E boyd, r. N. (1987). Quimica Organica. (5ª edição). Addison-Wesley Iberoamericana.
2. Carey, f. PARA. (2008). Quimica Organica. (6ª edição). McGraw-Hill, intermerica, editoros S.PARA.
3. Graham Solomons t.C., Craig b. Fryhle. (2011). Química orgânica. Aminas. (10ª edição.). Wiley Plus.
4. Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Benzeno. Banco de dados PubChem. CID = 241, recuperado de: PubChem.NCBI.Nlm.NIH.Gov
5. Wikipedia. (2019). Benzeno. Recuperado de: em.Wikipedia.org
6. Garcia Nissa. (2019). O que é benzeno? - Uso, estrutura e fórmula. Estudar. Recuperado de: estudo.com
7. Centros de Controle e Prevenção de Doenças. (4 de abril de 2018). Fatos sobre o benzeno. Recuperado de: emergência.CDC.Gov
8. Organização Mundial de Saúde. (2010). Exposição ao benzeno: um grande problema de saúde pública. [PDF]. Recuperado de: quem.int
9. Fernández Germán. (s.F.). Problemas de nomenclatura de benzeno. Quimica Organica. Recuperado de: Chemicicaorganica.org