بنزن (به انگلیسی: Benzene) مایعی است بی‌رنگ، خوشبو و فرار که با شعله زرد رنگ همراه با دوده می‌سوزد و در تولید صنعتی گروهی از مواد مانند پلی‌استایرن، لاستیک مصنوعی و نایلون استفاده می‌شود. این مایع در تهیهٔ شوینده‌ها و رنگ‌ها نیز به کار می‌رود.

بنزن متعلق به خانوادهٔ هیدروکربن‌هاست که هر مولکول آن ۶ اتم کربن و ۶ اتم هیدروژن دارد که یک آرایش حلقوی را به‌وجود می‌آورند. این آرایش حلقهٔ بنزن نامیده می‌شود که در بسیاری از ترکیبات از جمله آسپیرین و مادهٔ منفجرهٔ تری‌نیتروتولوئن نیز وجود دارد. بنزن سمی و سرطانزا است.

افزودن بنزن به بنزین عدد اکتان بنزین را افزایش و احتمال کوبش موتور را کاهش می‌دهد. به همین دلیل تا دهه ۱۹۵۰ بیشتر بنزین‌ها چندین درصد بنزن داشتند اما پس از آن تترااتیل سرب رایج‌تر از بنزن شد. منسوخ شدن بنزین‌های سرب‌دار باعث بازگشت بنزن به بنزین‌های برخی کشورها شده است اما با توجه به اثرات منفی این ماده بر سلامتی مقررات سفت‌وسختی در مورد میزان بنزن بنزین وضع شده‌است که معمولاً میزان آن را به کمتر از یک درصد محدود کرده‌است.

تاریخچه

بنزن را مایکل فارادی در سال ۱۸۲۵ میلادی کشف کرد. اولین بار فارادی بنزن را از گاز درخشان فشرده‌ای جداسازی کرد که از پیرولیز روغن وال ساخته می‌شد و آن را برای اولین بار بی کاربورِت هیدروژن نامید. سپس در سال ۱۸۳۴ میلادی فردی به نام آیل هارت میچرلیش بنزن را از گرما دادنبنزوئیک اسید با کلسیم اکسید سنتز کرد و با اندازه‌گیری چگالی بخار آن، نشان داد بنزن دارای فرمول مولکولی C6H6 است. بنزن در گذشته از طریق حرارت دادن قطران زغال‌سنگ و سپس تبدیل بخار آن به مایع به‌دست می‌آمد اما امروزه بنزن به مقدار زیاد از نفت خام استخراج می‌شود.

ساختار مولکولی

با توجه به فرمول مولکولی بنزن، ساختارهای مختلفی برای این مولکول متصور است. دانشمندانشیمی آلی در قرن نوزدهم حدس‌های مختلفی درباره ساختار این مولکول داشتند که برخی از آن‌ها با توجه به تعداد محصولان ایزومری مشتق شده از بنزن، رد شده و برخی دیگر مورد قبول بودند تا این‌که ساختار اصلی و واقعی بنزن توسط فردریش آگوست ککوله در سال ۱۸۶۵ میلادی شناسایی شد.

براساس توصیف ککوله، بنزن یک مولکول حلقوی است که در آن شش اتم کربن یک ساختارشش‌ضلعی منتظم تشکیل داده‌اند و هر کدام به یک اتمهیدروژن هم متصل هستند. او این‌طور بیان کرد که پیوندهای کووالانسی بین اتم‌های کربن به شکل یک‌درمیان، ساده و دوگانه است. البته وی معتقد بود جای پیوندهای ساده و دوگانه به سرعت عوض می‌شود و این مورد موجب می‌گردد طول پیوندهای کربن-کربن یکسان باشد. (در واقع او برای بنزن چیزی شبیه به مفهوم امروزی رزونانس را توصیف نمود).

یک هیدروکربن آروماتیک یا آرن (به انگلیسی: aromatic hydrocarbon یا arene) که گاهی با نام آریل هیدروکربن خوانده می‌شود، هیدروکربنی است که در آن پیوندهای دوگانه و یگانهٔ جایگزینی با اتم‌های کربن برقرار است. عبارت آروماتیک (aromatic) پیش از آنکه فرایند پپوند آروماتیک شناخته شود، کاربرد داشت دلیل کاربرد آن بوی شیرین بسیاری از این گونه ترکیب‌ها بود؛ واژهٔ آروماتیک به معنی خوشبو است. جایگیری شش اتم کربن در یک ترکیب آروماتیک راحلقهٔ بنزن می‌گوییم چون ساده ترین شکل ممکن برای این هیدروکربن‌ها بنزن است. هیدروکربن‌های آروماتیک در دو دستهٔ مونوکلینیک (MAH) و پلی کلینیک (PAHH) دیده می‌شوند.

ترکیب‌هایی با نام هتروآرن (heteroarenes) که ترکیب بنزنی ندارند ولی از قاعدهٔ هوکلپیروی می‌کنند هم در ردهٔ ترکیب‌های آروماتیک جای می‌گیرند. در این ترکیب‌ها دست کم یک اتم کربن با یکهترواتم مانند اکسیژن، نیتروژن یا گوگرد جایگزین شده‌است. برای نمونه می‌توان بهفوران اشاره کرد. در این ترکیب هتروسیکلی پنج اتم در حلقه‌است که یکی از آن‌ها اکسیژن است. پیریدین هم یک ترکیب هتروسیکلی دیگر است که شش اتم در حلقه دارد و یکی از اتم‌هایش نیتروژن است.

الگوی حلقهٔ بنزن

 

بنزن

بنزن با فرمول C۶H۶ ساده ترین و نخستین هیدروکربن آروماتیک شناخته‌است که نخستین بارفردریش آگوست ککوله در سدهٔ ۱۹ میلادی آن را شناسایی کرد. هر اتم کربن در حلقهٔ شش تایی، چهار الکترون را به اشتراک می‌گذارد. که یکی به هیدروژن و باقی مانده به دو اتم کربن همسایه داده می‌شود که می‌تواند به صورت پیوند دوگانه یا یگانه به اشتراک گذاشته شود.

نمایش ساختار آن هم به صورت یک شش ضلعی است با حلقه‌ای در درون آن، این حلقه نشان می‌دهد که الکترون‌ها درون مولکول در اوربیتال‌هایی که میان چند اتم همسایه گسترده شده‌اند، شناورند. این نمایش همچنین طبیعت یکسان شش پیوند کربن - کربن را نشان می‌دهد (رتبهٔ پیوند ~ ۱٫۵۵) این تعادل در فرم‌های رزونانسی به خوبی توضیح داده شده‌است. الکترون‌ها در بالا و پایین حلقه در حرکتند و با میدان مغناطیسی که تولید می‌کنند این حلقه را مسطح نگه می‌دارند.

ویژگی‌های عمومی:

1. نمایش پیوند آروماتیک
2. نسبت کربن - هیدروژن بالا است.
3. به دلیل نسبت کربن - هیدروژن بالا این مواد با شعلهٔ دودی - زرد می‌سوزند.
4. این مواد دستخوش واکنش‌های جانشینی الکتروندوستی (الکتروفیلی) و جانشینی آروماتیکی هسته‌دوستی (نوکلئوفیلی) می‌شوند.

نخستین رابرت رابینسون در ۱۹۲۵ پیشنهاد داد تا از نماد دایره (حلقه) برای پیوند آروماتیک استفاده شود در سال ۱۹۵۹ پس از آنکه موریسون و بوید (Morrison & Boyd) از این نماد در کتاب شیمی آلی خود استفاده کردند، این نماد عمومی شد. امروزه برخی نشریه‌ها برای توصیف تمام سامانه‌های چرخه‌ای پی و برخی دیگر برای سامانه‌های پی که از قاعدهٔ هوکل پیروی می‌کنند، این نماد را به کار می‌برند. جانسون (Jensen) در ادامهٔ پیشنهاد اولیهٔ رابینسون بحث می‌کند که کاربرد نماد حلقه باید به پیوندهای ۶ تایی مونو در سامانهٔ الکترون‌های پی (monocyclic 6 pi-electron systemss) محدود شود.

فهرست مطالب:

نامگذاری ترکیبات بنزن

نامگذاری مشتقات بنزن

پیوند در بنزن

جریان حلقه

آروماتیسیته و قاعده هوکل

واکنشهای الکتروندوستی آروماتیکی

مراحل واکنش

دیاگرام انرژی

برم دار کردن

کلر دار کردن

واکنش Friedel-Crafts

خلاصه واکنش ها

اثر القایی استخلاف

اثر رزونانسی استخلاف

قرار گرفتن الکتروفیل و حالتهای رزونانس آن با گروه دهنده متیل

قرار گرفتن الکتروفیل و حالتهای رزونانس آن با گروه کشنده

قرار گرفتن الکتروفیل و حالتهای رزونانس آن با گروه دهنده

برم دار کردن تولوئن

استخلاف هسته دوستی آروماتیکی

و...