BENZENE: SEJARAH, STRUKTUR, SIFAT, TURUNAN, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The benzena merupakan senyawa organik yang terdiri dari satu dari yang paling sederhana dari semua hidrokarbon aromatik. Rumus kimianya adalah C ₆ H ₆ , yang mana diketahui perbandingan antara karbon dan hidrogen sama dengan 1; Artinya, untuk setiap karbon ada hidrogen yang terkait dengannya.

Meskipun tampilan fisiknya seperti cairan tak berwarna, ia secara alami ditemukan dalam produk minyak bumi dan minyak bumi. Aromanya sangat khas, karena menyerupai campuran lem, aspal dan bensin; di sisi lain, ini adalah cairan yang mudah menguap dan mudah terbakar.

Botol dengan benzena. Sumber: Air1404

Gambar di atas menunjukkan wadah atau botol dengan benzena, mungkin kemurnian non-analitik. Jika tidak ditutup, uap benzena akan segera menyebar ke seluruh laboratorium. Karena alasan ini, cairan ini, yang biasa digunakan sebagai pelarut sederhana, ditangani di dalam lemari asam.

Menjadi rumusnya C ₆ H ₆ , ahli kimia abad XIX mengangkat banyak kemungkinan struktur yang akan sesuai dengan rasio C / H tersebut sama dengan 1. Tidak hanya ini, tetapi molekul benzena harus memiliki ikatan khusus sedemikian rupa sehingga dapat dijelaskan stabilitasnya yang tidak biasa terhadap reaksi adisi; khas untuk alkena dan poliena.

Dengan demikian, hubungan mereka merupakan teka-teki bagi ahli kimia saat itu; sampai properti yang disebut aromaticity diperkenalkan. Sebelum dianggap sebagai heksasiklotriena (dengan tiga ikatan C = C), benzena lebih dari itu, dan merupakan salah satu dari banyak contoh sinergi dalam kimia.

Dalam kimia organik, benzena adalah simbol klasik, dasar struktural untuk banyak senyawa polyaromatik. Dari segi enam, turunan tak berujung diperoleh melalui substitusi elektrofilik aromatik; sebuah cincin yang ujungnya struktur yang membentuk senyawa baru dianyam.

Faktanya, turunannya disebabkan oleh penggunaan industri yang luas yang membutuhkan benzena sebagai bahan bakunya. Dari preparasi lem dan serat tekstil, hingga plastik, karet, pigmen, obat-obatan dan bahan peledak. Di sisi lain, benzena secara alami ditemukan di gunung berapi, kebakaran hutan, bensin, dan asap rokok.

Sejarah

Penemuan dan nama

Penemuannya dimulai pada tahun 1825, biasanya dikaitkan dengan Michael Faraday, ketika dia mengumpulkan dan melakukan eksperimen dengan sisa produk minyak dari gas yang digunakan untuk penerangan. Cairan ini mengandung rasio C / H mendekati 1, itulah sebabnya dia menyebutnya 'hidrogen karburator'.

Kimiawan Auguste Laurent menamai hidrokarbon aneh 'feno', berasal dari kata Yunani 'phaínein' yang berarti cerah (karena diperoleh setelah gas terbakar). Namun, nama ini tidak diterima oleh komunitas ilmiah dan hanya berlaku sebagai 'fenil', untuk merujuk pada radikal yang diturunkan dari benzena.

Dari getah benzoin, ahli kimia Eilhard Mitscherlich, sembilan tahun kemudian, berhasil menghasilkan senyawa yang sama; Karena itu, ada sumber lain untuk hidrokarbon yang sama, yang dibaptisnya sebagai 'bensin'. Namun, mereka juga tidak mempertimbangkan nama yang tepat untuk menganggap bahwa itu adalah alkaloid, seperti kina.

Jadi, mereka mengganti nama 'benzine' dengan 'benzol'. Namun, sekali lagi ada kontradiksi dan ketidaksesuaian karena istilah 'benzol' membingungkan hidrokarbon dengan alkohol. Saat itulah nama 'benzene' lahir, digunakan pertama kali di Prancis dan Inggris.

Produksi industri

Baik gas penerangan maupun getah benzoin merupakan sumber yang tepat untuk menghasilkan benzena dalam skala besar. Charles Mansfield, bekerja dengan August Wilhelm von Hofmann, berhasil pada tahun 1845 untuk mengisolasi benzena (dua puluh tahun setelah penemuannya) dari tar batubara, produk sampingan dari produksi kokas.

Beginilah produksi industri benzena dari tar batubara dimulai. Ketersediaan benzena dalam jumlah besar memfasilitasi studi tentang sifat kimianya dan memungkinkannya terkait dengan senyawa lain dengan reaktivitas serupa. August Wilhelm von Hofmann sendiri menciptakan kata 'aromatik' untuk benzena dan senyawanya yang terkait.

Struktur sejarah

Impian August Kekulé

Friedrich August Kekulé dikreditkan dengan struktur heksagonal dan siklus benzena sekitar tahun 1865, yang timbul dari mimpi aneh dengan Uroboros, ular yang menggigit ekornya sendiri dengan menggambar lingkaran. Dengan demikian, ia percaya bahwa benzena dapat dianggap sebagai cincin heksagonal, dan ahli kimia lain mengangkat kemungkinan struktur, yang ditunjukkan di bawah ini:

Struktur cincin benzena diusulkan sepanjang sejarah. Sumber: Jü

Beberapa struktur yang lebih tinggi dapat menjelaskan stabilitas benzena.

Buku, cincin, dan prisma

Perhatikan bahwa struktur ketiga bahkan bukan sebuah cincin melainkan prisma segitiga, yang dikemukakan oleh Albert Ladenburg pada tahun 1869; di sebelah kirinya, satu berbentuk buku terbuka, diusulkan oleh Sir James Dewar pada tahun 1867; dan di sebelah kanannya, satu dengan semua hidrogen diarahkan ke pusat cincin, diusulkan oleh Henry Edward Armstrong pada tahun 1887.

Struktur pertama, yang dikemukakan oleh Adolf Karl Ludwig Claus pada tahun 1867, juga cukup aneh, karena tautan CC disilangkan. Dan yang terakhir adalah cincin "ular" Kekulé, yang diimpikan pada tahun 1865.

Apa "pemenangnya"? Struktur kelima (dari kiri ke kanan), diusulkan pada tahun 1899 oleh Johannes Thiele.

Dalam studi ini, hibrid resonansi dipertimbangkan untuk pertama kalinya, yang menggabungkan dua struktur Kekulé (putar cincin pertama di sebelah kanan untuk mengamatinya) dan secara luar biasa menjelaskan delokalisasi elektron dan, dengan itu, stabilitas yang tidak biasa dari benzena.

Struktur benzena

Cincin benzena aromatik. Sumber: Benjah-bmm27

Di atas adalah struktur yang diusulkan oleh Thiele menggunakan model bola dan batang.

Molekul benzena berbentuk datar, dengan atom hidrogen mengarah ke luar dari sisi cincin. Semua atom karbon memiliki hibridisasi sp ² , dengan orbital p tersedia untuk membentuk sistem aromatik di mana enam elektron terdelokalisasi.

Karbon sp ² ini lebih elektronegatif daripada hidrogen, dan oleh karena itu, hidrogen pertama menarik kerapatan elektronik ke yang terakhir (C _sp2 ^δ- -H ^{δ +} ). Akibatnya, pusat cincin memiliki konsentrasi elektron yang lebih tinggi daripada sisi-sisinya.

Lebih tepatnya, sistem aromatik dapat direpresentasikan sebagai awan atau papan elektronik yang diperluas di kedua sisi cincin heksagonal; dan di tengah, di sisi atau tepi, defisiensi elektronik yang terdiri dari hidrogen dengan muatan parsial positif.

Berkat distribusi muatan listrik ini, molekul benzena dapat berinteraksi satu sama lain melalui gaya dipol-dipol; Atom H ^{δ +} tertarik ke pusat aromatik cincin tetangga (ini akan disajikan di bawah).

Juga, pusat aromatik dapat ditumpuk satu di atas yang lain untuk mendukung induksi dipol sesaat.

Resonansi

Struktur dan resonansi hibrida benzena. Sumber: Edgar181 dari Wikipedia.

Kedua struktur Kekulé ditampilkan di bagian atas gambar, dan di bawahnya, hibrid resonansi. Karena kedua struktur ini muncul berulang-ulang dalam waktu yang sama, hibrida diwakili oleh lingkaran yang digambar di tengah (mirip dengan “donat heksagonal”).

Lingkaran hibrid penting karena menunjukkan karakter aromatik benzena (dan senyawa lainnya). Lebih lanjut, dia menunjukkan bahwa link tidak sepanjang CC, juga tidak sesingkat C = C; sebaliknya, panjangnya berada di antara kedua ekstrem. Jadi, benzena tidak dianggap sebagai poliena.

Hal ini telah dibuktikan dengan mengukur panjang ikatan CC (139 pm) dari benzena, yang sedikit lebih memanjang daripada ikatan CH (109 pm).

Kristal

Struktur kristal ortorombik benzena. Sumber: Ben Mills

Benzene adalah cairan pada suhu kamar. Gaya antarmolekulnya berarti bahwa, meskipun momen dipol tidak disebutkan, ia dapat menahan molekulnya bersama-sama dalam cairan yang mendidih pada suhu 80ºC. Ketika suhu turun di bawah 5ºC, benzena mulai membeku: dan dengan demikian diperoleh kristal yang sesuai.

Cincin benzena dapat mengadopsi pola struktural yang ditentukan dalam padatannya. Dipolnya menyebabkan mereka "miring" ke kiri atau kanan, membentuk baris yang mampu direproduksi oleh sel unit ortorombik. Jadi, kristal benzena bersifat ortorombik.

Perhatikan pada gambar atas bahwa kemiringan cincin mendukung interaksi antara H ^{δ +} dan pusat aromatik, yang disebutkan di subbagian sebelumnya.

Properti

Massa molekul

78,114 g / mol.

Penampilan fisik

Cairan tak berwarna dengan bau seperti bensin.

Titik didih

80 ° C.

Titik lebur

5,5 ° C.

titik pengapian

-11ºC (cangkir tertutup).

Temperatur penyalaan otomatis

497,78 ° C.

Massa jenis

0,8765 g / mL pada 20 ° C.

Kelarutan

Satu liter air mendidih hampir tidak dapat melarutkan 3,94 g benzena. Karakter apolar membuatnya praktis tidak bercampur dengan air. Namun, dapat larut dengan pelarut lain, seperti etanol, eter, aseton, minyak, kloroform, karbon tetraklorida, dll.

Kepadatan uap

2.8 relatif terhadap udara (yaitu, hampir tiga kali lebih padat).

Tekanan uap

94,8 mm Hg pada 25 ° C.

Panas pembakaran

-3267,6 kJ / mol (untuk benzena cair).

Panas penguapan

33,83 kJ / mol.

Tegangan permukaan

28,22 mN / m pada 25 ° C.

Indeks bias

1,5011 pada 20 ° C.

Derivatif

Hidrogen benzena dapat digantikan oleh gugus atau atom lain. Mungkin ada satu atau lebih substitusi, meningkatkan derajat substitusi sampai tidak satupun dari enam hidrogen asli yang tersisa.

Misalnya, asumsikan benzena sebagai Ph-H, di mana H adalah salah satu dari enam hidrogennya. Mengingat bahwa pusat cincin memiliki kerapatan elektron yang lebih tinggi, ia menarik elektrofil, yang menyerang cincin untuk menggantikan H dalam reaksi yang disebut substitusi aromatik elektrofilik (SEAr).

Jika H ini diganti dengan OH, kita akan mendapatkan Ph-OH, fenol; digantikan oleh toluena CH ₃ , Ph-CH ₃ ; jika NH ₂ , Ph-NH ₂ , anilin; atau jika CH ₂ CH ₃ , Ph-CH ₂ CH ₃ , ethylbenzene.

Turunannya bisa sama atau lebih toksik dari benzene, atau sebaliknya bisa menjadi sangat kompleks sehingga memiliki efek farmakologis yang diinginkan.

Aplikasi

Ini adalah pelarut yang baik untuk berbagai macam senyawa, misalnya pada cat, pernis, perekat dan pelapis.

Selain itu, dapat melarutkan minyak, lemak, atau lilin, itulah sebabnya ia digunakan sebagai pelarut ekstraksi untuk esensi. Properti ini kemudian digunakan oleh Ludwig Roselius pada tahun 1903 untuk menghilangkan kafein kopi, sebuah operasi yang sudah tidak digunakan karena toksisitas benzena. Demikian juga, digunakan di masa lalu untuk menurunkan kadar logam.

Dalam salah satu penggunaan klasiknya, ini tidak bertindak sebagai pelarut tetapi sebagai aditif: meningkatkan bilangan oktan bensin, menggantikan timbal untuk tujuan ini.

Turunan benzena dapat memiliki kegunaan yang berbeda; beberapa berfungsi sebagai pestisida, pelumas, deterjen, plastik, bahan peledak, pewangi, pewarna, lem, obat-obatan, dll. Jika struktur cincin benzen diamati, kemungkinan besar sintesisnya dimulai dari benzen.

Di antara turunannya yang paling penting adalah: cumene, xylene, aniline, phenol (untuk sintesis resin fenolik), asam benzoat (pengawet), sikloheksana (untuk sintesis nilon), nitrobenzene, resorsinol dan etilbenzena.

Tata nama

Nomenklatur turunan benzena bervariasi tergantung pada tingkat substitusi, apa gugus substituennya, dan posisi relatifnya. Jadi, benzena dapat mengalami substitusi mono, di, tri, tetra, dll

Jika kedua gugus terikat pada karbon yang berdekatan, digunakan sebutan 'orto'; jika ada karbon di antara memisahkan mereka, 'meta'; dan jika karbon berada pada posisi berlawanan, 'para'.

Gambar di bawah ini menunjukkan contoh turunan benzena dengan nama masing-masing yang diatur oleh IUPAC. Mereka juga disertai dengan nama umum atau tradisional.

Monoderivatif dari benzena. Sumber: Gabriel Bolívar.

Turunan lain dari benzena. Sumber: Gabriel Bolívar.

Perhatikan bahwa dalam benzena yang telah disubstitusi, indikator orto, para, dan meta tidak lagi berguna.

Toksisitas

Benzene adalah senyawa yang harus ditangani dengan hati-hati. Mengingat baunya yang khas, efek negatif langsung dapat berupa mati lemas, pusing, sakit kepala, gemetar, mengantuk, mual, dan bahkan kematian (dengan paparan tinggi). Jika tertelan, selain yang disebutkan di atas, dapat menyebabkan sakit perut yang parah dan kejang.

Selain itu, efek jangka panjang di bawah paparan konstan terhadap cairan ini bersifat karsinogenik; meningkatkan kemungkinan seseorang akan menderita beberapa jenis kanker, terutama kanker darah: leukemia.

Di dalam darah dapat menurunkan konsentrasi sel darah merah, menyebabkan anemia, dan juga mempengaruhi sumsum tulang dan hati, di mana ia diasimilasi oleh tubuh untuk menghasilkan turunan benzena yang lebih beracun; misalnya, hydroxyquinone. Itu juga terakumulasi di ginjal, jantung, paru-paru, dan otak.

Referensi

1. Morrison, RT dan Boyd, RN (1987). Kimia organik. (Edisi ke-5). Addison-Wesley Iberoamericana.
2. Carey, FA (2008). Kimia organik. (Edisi ke-6). McGraw-Hill, Interamerica, Editor SA
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Kimia organik. Amina. (Edisi ke-10.). Wiley Plus.
4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Benzene. Database PubChem. CID = 241, Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Wikipedia. (2019). Benzene. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
6. Garcia Nissa. (2019). Apa itu Benzene? - Kegunaan, Struktur & Formula. Belajar. Diperoleh dari: study.com
7. Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit. (4 April 2018). Fakta tentang benzena. Diperoleh dari: emergency.cdc.gov
8. Organisasi Kesehatan Dunia. (2010). Paparan benzena: masalah kesehatan masyarakat yang utama. . Diperoleh dari: who.int
9. Fernández Germán. (sf). Masalah nomenklatur benzena. Kimia organik. Diperoleh dari: quimicaorganica.org