苯的簡介
苯環是最簡單的芳環,由六個碳原子構成一個六元環,每個碳原子接一個基團,苯的6個基團都是氫原子。
但實驗表明,苯不能使溴水或酸性KMnO4褪色,這說明苯中沒有碳碳雙鍵。研究證明,苯環主鏈上的碳原子之間并不是由以往所認識的單鍵和雙鍵排列(凱庫勒提出),每兩個碳原子之間的鍵均相同,是由一個既非雙鍵也非單鍵的鍵(大π鍵)連接。
價鍵觀點
碳數為4n+2(n是正整數,苯即n=1,2,3……),且具有單、雙鍵交替排列結構的環烯烴稱為輪烯,苯是一種輪烯。苯分子是平面分子,12個原子處于同一平面上,6個碳和6個氫是均等的,C-H鍵長為1.08Α,C-C鍵長為1.40Α,此數值介于單雙鍵長之間。分子中所有鍵角均為120°,碳原子都采取sp2雜化。每個碳原子還剩余一個p軌道垂直于分子平面,每個軌道上有一個電子。6個軌道重疊形成離域大π鍵,萊納斯·鮑林提出的共振雜化理論認為,苯擁有共振雜化體是苯環非常穩定的原因,也直接導致了苯環的芳香性。
衍生物
取代苯:
烴基取代:甲苯、二甲苯(對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯)、苯乙烯、苯乙炔、乙苯
基團取代:苯酚、苯甲酸、苯乙酮、苯醌(對苯醌、鄰苯醌)
鹵代:氯苯、溴苯
多次混合基團取代:2,4,6-三硝基甲苯(TNT)
多環芳烴:聯苯、三聯苯、
稠環芳烴:萘、蒽、菲、茚、芴、苊、薁
制備方法
苯可以由含碳量高的物質不完全燃燒獲得。自然界中,火山爆發和森林火險都能生成苯。苯也存在于香煙的煙中。煤干餾得到的煤焦油中,主要成分為苯。
直至二戰,苯還是一種鋼鐵工業焦化過程中的副產物。這種方法只能從1噸煤中提取出1千克苯。1950年代后,隨著工業上,尤其是日益發展的塑料工業對苯的需求增多,由石油生產苯的過程應運而生。21世紀以來全球大部分的苯來源于石油化工。工業上生產苯最重要的三種過程是催化重整、甲苯加氫脫烷基化和蒸汽裂化。
從煤焦油中提取
在煤煉焦過程中生成的輕焦油含有大量的苯。這是最初生產苯的方法。將生成的煤焦油和煤氣一起通過洗滌和吸收設備,用高沸點的煤焦油作為洗滌和吸收劑回收煤氣中的煤焦油,蒸餾后得到粗苯和其他高沸點餾分。粗苯經過精制可得到工業級苯。這種方法得到的苯純度比較低,而且環境污染嚴重,工藝比較落后。
從石油中提取
在原油中含有少量的苯,從石油產品中提取苯是最廣泛使用的制備方法。
烷烴芳構化
重整這里指使脂肪烴成環、脫氫形成芳香烴的過程。這是從第二次世界大戰期間發展形成的工藝。
在500-525℃、8-50個大氣壓下,各種沸點在60-200℃之間的脂肪烴,經鉑-錸催化劑,通過脫氫、環化轉化為苯和其他芳香烴。從混合物中萃取出芳香烴產物后,再經蒸餾即分出苯。也可以將這些餾分用作高辛烷值汽油。
蒸汽裂解
蒸汽裂解是由乙烷、丙烷或丁烷等低分子烷烴以及石腦油、重柴油等石油組份生產烯烴的一種過程。其副產物之一裂解汽油富含苯,可以分餾出苯及其他各種成分。裂解汽油也可以與其他烴類混合作為汽油的添加劑。
裂解汽油中苯大約有40-60%,同時還含有二烯烴以及苯乙烯等其他不飽和組份,這些雜質在貯存過程中易進一步反應生成高分子膠質。所以要先經過加氫處理過程來除去裂解汽油中的這些雜質和硫化物,然后再進行適當的分離得到苯產品。
芳烴分離
從不同方法得到的含苯餾分,其組分非常復雜,用普通的分離方法很難見效,一般采用溶劑進行液-液萃取或者萃取蒸餾的方法進行芳烴分離,然后再采用一般的分離方法分離苯、甲苯、二甲苯。根據采用的溶劑和技術的不同又有多種分離方法。