Γενικά - Τύπος του βενζολίου

Στα πρώτα χρόνια της ανάπτυξης της οργανικής χημείας, ο όρος αρωματικές ενώσεις αφορούσε τις ενώσεις που είχαν ευχάριστη οσμή, όπως η βενζαλδεΰδη (από τα κεράσια, τα ροδάκινα και τα αμύγδαλα). Σήμερα, χρησιμοποιούμε το όρο αρωματικός αναφερόμενοι στο βενζόλιο και στις ενώσεις που περιέχουν ένα τουλάχιστον βενζολικό δακτύλιο. Να επισημάνουμε, ότι οι αρωματικές ενώσεις έχουν χημική συμπεριφορά πολύ διαφορετική από εκείνη των άκυκλων που μελετήσαμε έως τώρα (αρωματικός χαρακτήρας). Όμως, η συσχέτιση του αρωματικού χαρακτήρα με την ευχάριστη οσμή θεωρείται ατυχής.

Το βενζόλιο είναι η απλούστερη αρωματική ένωση και είναι ένας υδρογονάνθρακας με μοριακό τύπο C₆H₆. Επί σαράντα χρόνια, μετά την ανακάλυψη του από το Faraday το1825, η δομή του μορίου του ήταν ένα μυστήριο, παρ´ όλο που ήταν ήδη βιομηχανικό προϊόν με πολλά και χρήσιμα παράγωγα. Το πρόβλημα ήταν ότι ο μοριακός τύπος του βενζολίου ταίριαζε με ακόρεστη ένωση, ενώ η χημική του συμπεριφορά με κορεσμένη (σταθερή ένωση). Τη λύση στη δομή του βενζολίου έδωσε ο Kekule. Σύμφωνα με τη θεωρία του, τα 6 άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους με τρεις διπλούς και τρεις απλούς δεσμούς, που δε μένουν σε σταθερές θέσεις αλλά εναλλάσσονται, σχηματίζοντας έτσι ένα εξαμελή κυκλικό δακτύλιο, σύμφωνα με το σχήμα:

Σήμερα, σύμφωνα με νεώτερες αντιλήψεις, θεωρούμε ότι,

• τα άτομα του άνθρακα του βενζολίου συνδέονται μεταξύ τους ανά δύο με τον ίδιο τρόπο που δεν είναι ούτε απλός ούτε διπλός δεσμός. Ο δεσμός αυτός είναι δηλαδή ένας ενδιάμεσος δεσμός μεταξύ αυτού του απλού και διπλού δεσμού και γι' αυτό το μόριο του βενζολίου συμβολίζεται:

ΣΧΗΜΑ 2.13

Η σύγχρονη άποψη σχετικά με τη δομή του βενζολίου, όπως αυτή απεικονίζεται σε κομπιούτερ. Τα δεσμικά ηλεκτρόνια των ατόμων C (αυτά που σχηματίζουν δεσμούς) δημιουργούν ένα μη εντοπισμένο ηλεκτρονικό νέφος που «δένει» τα άτομα μεταξύ τους.

Παρασκευές βενζολίου και αλκυλοβενζολίων

Πρώτα απ' όλα θα πρέπει να τονίσουμε τη μεγάλη οικονομική σημασία που έχει η βιομηχανική παραγωγή του βενζολίου και αλκυλοβενζολίων. Οι ενώσεις αυτές αποτελούν την πρώτη ύλη για τη σύνθεση όλων σχεδόν των αρωματικών ενώσεων, όπως ακριβώς τα αλκάνια (που λαμβάνονται από το πετρέλαιο) που αποτελούν τη βάση για τη  σύνθεση των αλειφατικών (άκυκλων) ενώσεων.

Δύο είναι οι κύριες πηγές των απλών αρωματικών υδρογονανθράκων: το κάρβουνο και το πετρέλαιο.

1. Το κάρβουνο (λιθάνθρακες) είναι εξαιρετικά πολύπλοκο μίγμα αποτελούμενο κυρίως από εκτεταμένες αλυσίδες δακτυλίων που μοιάζουν με του βενζολίου. Όταν θερμανθεί στους 1000 °C απουσία αέρα (ξηρά απόσταξη), το κάρβουνο διασπάται σε ένα μίγμα πτητικών προϊόντων που ονομάζεται λιθανθρακόπισα. Με κλασματική

απόσταξη της λιθανθρακόπισσας προκύπτει το βενζόλιο, καθώς και πολλοί άλλοι αρωματικοί υδρογονάνθρακες (π.χ. μεθυλοβενζόλιο, διμεθυλοβενζόλιο).

2. Το πετρέλαιο, ως γνωστό, αποτελείται κυρίως από αλκάνια. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες θέρμανσης και παρουσία καταλυτών, γίνεται αφυδρογόνωση και κυκλοποίηση των αλκανίων και μετατροπή τους σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες π.χ. το εξάνιο μετατρέπεται σε βενζόλιο.

C₆H₁₄C₆H₆ + 4H₂

Σήμερα οι μεγαλύτερες ποσότητες βενζολίου παρασκευάζονται στη βιομηχανία από το πετρέλαιο με πυρόλυση.

Φυσικές ιδιότητες

Το βενζόλιο είναι άχρωμο υγρό με χαρακτηριστική οσμή βενζίνης, αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες. Το ίδιο είναι άριστος διαλύτης πολλών ουσιών. Είναι ισχυρά τοξική ουσία. Περιέχεται στα καυσαέρια οχημάτων που χρησιμοποιούν ως καύσιμο αμόλυβδη βενζίνη.

Χημικές ιδιότητες

Η δομή που έδωσε ο Kekule για το βενζόλιο προσέκρουε στη  ερμηνεία τη χημικής του συμπεριφοράς των αρωματικών ενώσεων (αρωματικός χαρακτήρας), καθώς ο βενζολικός δακτύλιος παρουσιάζει τα εξής χαρακτηριστικά:

• έχει ελάχιστη δραστικότητα, μεγάλη δηλαδή σταθερότητα (σε αντίθεση με τα αλκένια)

• δίνει δύσκολα αντιδράσεις προσθήκης (σε αντίθεση με τα αλκένια)

• δίνει εύκολα αντιδράσεις υποκατάστασης (με αλογόνο, αλκύλια κλπ.)
π.χ.

Με βάση τις ιδιότητες αυτές του βενζολικού δακτυλίου διαφοροποιούνται οι αρωματικές ενώσεις από τις υπόλοιπες οργανικές ενώσεις.

Χρήσεις

Το βενζόλιο χρησιμοποιείται ως διαλύτης ή ως πρώτη ύλη για την παρασκευή αρωματικών ενώσεων που χρησιμοποιούνται στα χρώματα, φάρμακα, πλαστικά κλπ.