Бензен е органско хемиско соединение со молекулска формула C6H6. Молекулата на бензенот е составена од шест јаглеродни атоми споени во рамен прстен со по еден атом на водород прикачен на секој. Бидејќи содржи само атоми на јаглерод и водород, бензенот е класифициран како јаглеводород.
Бензенот е природна состојка на нафтата и е една од елементарните петрохемикалии. Поради цикличните континуирани пи врски помеѓу јаглеродните атоми, бензенот е класифициран како ароматичен јаглеводород. Бензенот е безбојна и многу запалива течност со сладок мирис и делумно е одговорен за аромата на бензинот. Се користи првенствено како прекурсор за производство на хемикалии со посложена структура, како што се етилбензен и кумен, од кои годишно се произведуваат милијарди килограми. Иако бензенот е главна индустриска хемикалија, тој наоѓа ограничена употреба во производите за широка потрошувачка поради неговата токсичност.
Историја Откритие Зборот „бензен“ потекнува од „гума бензоин“ (бензоинска смола), ароматична смола позната уште од античко време во Југоисточна Азија; а подоцна и на европските фармацевти и парфимерии во 16 век преку трговските патишта.The word "benzoin" is derived from the Arabic expression "luban jawi", or "frankincense of Java". Киселиот материјал бил извлечен од бензоин со сублимација и наречен „цвеќиња на бензоин“ или бензоева киселина. Јаглеводородот добиен од бензоева киселина на тој начин го добил името бензин, бензол или бензен. Мајкл Фарадеј прв го изолирал и идентификувал бензенот во 1825 година од маслениот остаток добиен од производството на осветлувачки гас, давајќи му го името бикарбура од водород. On pages 443–450, Faraday discusses "bicarburet of hydrogen" (benzene). On pages 449–450, he shows that benzene's empirical formula is C6H6, although he doesn't realize it because he (like most chemists at that time) used the wrong atomic mass for carbon (6 instead of 12). Во 1833 година, Еилхард Мичерлих го произведе со дестилирање на бензоева киселина (од гума за бензоин) и вар. На соединението му го дал името бензин. In a footnote on page 43, Liebig, the journal's editor, suggested changing Mitscherlich's original name for benzene (namely, "benzin") to "benzol", because the suffix "-in" suggested that it was an alkaloid (e.g., Chinin (quinine)), which benzene isn't, whereas the suffix "-ol" suggested that it was oily, which benzene is. Thus on page 44, Mitscherlich states: "Da diese Flüssigkeit aus der Benzoësäure gewonnen wird, und wahrscheinlich mit den Benzoylverbindungen im Zusammenhang steht, so gibt man ihr am besten den Namen Benzol, da der Name Benzoïn schon für die mit dem Bittermandelöl isomerische Verbindung von Liebig und Wöhler gewählt worden ist." (Since this liquid [benzene] is obtained from benzoic acid and probably is related to benzoyl compounds, the best name for it is "benzol", since the name "benzoïn" has already been chosen, by Liebig and Wöhler, for the compound that's isomeric with the oil of bitter almonds [benzaldehyde].) Во 1836 година, францускиот хемичар Огист Лоран ја нарекол супстанцијата „фене“;Laurent, Auguste (1836) "Sur la chlorophénise et les acides chlorophénisique et chlorophénèsique," Annales de Chemie et de Physique, vol. 63, pp. 27–45, see p. 44 : "Je donne le nom de phène au radical fondamental des acides précédens (φαινω, j'éclaire), puisque la benzine se trouve dans le gaz de l'éclairage." (I give the name of "phène" (φαινω, I illuminate) to the fundamental radical of the preceding acids, because benzene is found in illuminating gas.) овој збор стана корен на англискиот збор „фенол“, кој е хидроксилиран бензен и „фенил“, радикалот формиран со апстракција на водороден атом (слободен радикал H•) од бензен.
Во 1845 година, Чарлс Блахфорд Менсфилд, работејќи под Август Вилхелм фон Хофман, изолирал бензен од катран од јаглен. Четири години подоцна, Менсфилд го започна првото индустриско производство на бензен, врз основа на методот на јаглен-катран.Charles Mansfield filed for (November 11, 1847) and received (May 1848) a patent (no. 11,960) for the fractional distillation of coal tar. Постепено, меѓу хемичарите се развило чувството дека голем број супстанции се хемиски поврзани со бензенот, што опфаќа различно хемиско семејство. Во 1855 година, Хофман го употребил зборот „ароматичен“ за да го означи овој семеен однос, по карактеристичното својство на многу негови членови. [Note: The empirical formulas of organic compounds that appear in Hofmann's article (p. 3) are based upon an atomic mass of carbon of 6 (instead of 12) and an atomic mass of oxygen of 8 (instead of 16).] Во 1997 година, бензенот беше откриен во длабоката вселена.
Прстенеста формула Историски предлози на бензен структури Од Адолф Карл Лудвиг Клаус (1867)Claus, Adolph K.L. (1867) "Theoretische Betrachtungen und deren Anwendungen zur Systematik der organischen Chemie" (Theoretical considerations and their applications to the classification scheme of organic chemistry), Berichte über die Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Freiburg im Breisgau (Reports of the Proceedings of the Scientific Society of Freiburg in Breisgau), 4 : 116–381. In the section Aromatischen Verbindungen (aromatic compounds), pp. 315–347, Claus presents Kekulé's hypothetical structure for benzene (p. 317), presents objections to it, presents an alternative geometry (p. 320), and concludes that his alternative is correct (p. 326). See also figures on p. 354 or p. 379. Од Џејмс Девар (1869) Од Алберт Ладенбург (1869) Од Август Кекуле (1865/1872) Од Хенри Едвард Армстронг (1887)In his 1890 paper, Armstrong represented benzene nuclei within polycyclic benzenoids by placing inside the benzene nuclei a letter "C", an abbreviation of the word "centric". Centric affinities (i.e., bonds) acted within a designated cycle of carbon atoms. From p. 102: " … benzene, according to this view, may be represented by a double ring, in fact." See:
The use of a circle to denote a benzene nucleus first appeared in:
A history of the determination of benzene's structure is recounted in: Од Адолф фон Баер (1888) Од Фридрих Карл Јоханес Тиеле (1899)Thiele, Johannes (1899) "Zur Kenntnis der ungesättigten Verbindungen" (On our knowledge of unsaturated compounds), Justus Liebig’s Annalen der Chemie306: 87–142; see: "VIII. Die aromatischen Verbindungen. Das Benzol." (VIII. The aromatic compounds. Benzene.), pp. 125–129. See further: Thiele (1901) "Zur Kenntnis der ungesättigen Verbindungen," Justus Liebig’s Annalen der Chemie, 319: 129–143.
Емпириската формула за бензен беше одамна позната, но неговата високо полинезаситена структура, со само еден водороден атом за секој јаглероден атом, беше предизвик да се утврди. Арчибалд Скот Купер во 1858 година и Јохан Јозеф Лошмит во 1861 година предложија можни структури кои содржеа повеќе двојни врски или повеќе прстени, но тогаш беа достапни премалку докази за да им помогнат на хемичарите да одлучат за одредена структура.
Во 1865 година, германскиот хемичар Фридрих Август Кекуле објави труд на француски (затоа што тогаш предаваше во франкофонска Белгија) сугерирајќи дека структурата содржи прстен од шест јаглеродни атоми со наизменични единечни и двојни врски. Следната година објавил многу подолг труд на германски јазик на истата тема. On p. 100, Kekulé suggests that the carbon atoms of benzene could form a "chaîne fermée" (a closed chain, a loop). Кекуле користел докази што се акумулирале во изминатите години - имено, дека секогаш се чинеше дека има само еден изомер од кој било монодериват на бензенот и дека секогаш се чинеше дека има точно три изомери од секој дисупституиран дериват - сега се разбира дека одговара на орто , мета и пара шеми на замена на арен - да се аргументира во поддршка на неговата предложена структура. Симетричниот прстен на Кекуле може да ги објасни овие чудни факти, како и односот јаглерод-водород на бензен 1:1.
Новото разбирање на бензенот, а со тоа и на сите ароматични соединенија, се покажа како толку важно и за чистата и за применетата хемија што во 1890 година Германското хемиско друштво организираше елаборирана благодарност во чест на Кекуле, прославувајќи ја дваесет и петгодишнината од неговата прва публикација од бензен. Овде Кекуле зборуваше за создавањето на теоријата. Тој рече дека ја открил формата на прстенот на молекулата на бензенот откако видел на сон како змија си ја гризе сопствената опашка (ова е вообичаен симбол во многу древни култури познати како Ouroboros или бескраен јазол). Оваа визија, рече тој, му дошла по долгогодишно проучување на природата на врските јаглерод-јаглерод. Ова беше седум години откако тој го реши проблемот како атомите на јаглерод можат да се поврзат со четири други атоми во исто време. Интересно е што сличен, хумористичен приказ на бензенот се појавил во 1886 година во памфлетот со наслов Berichte der Durstigen Chemischen Gesellschaft (Весник на жедното хемиско друштво), пародија на Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, а само во секој од другите имало пародија круг, наместо змии како во анегдотата на Кекуле.English translation Некои историчари сугерираат дека пародијата била лампун на анегдота за змијата, веројатно веќе добро позната преку усно пренесување, дури и ако сè уште не била објавена во печатена форма. Говорот на Кекуле од 1890 година во кој се појави оваа анегдота е преведен на англиски јазик. Ако анегдотата е сеќавање на вистински настан, околностите споменати во приказната сугерираат дека тоа мора да се случило рано во 1862 година.
Во 1929 година, цикличната природа на бензенот конечно беше потврдена од кристалографот Кетлин Лонсдејл користејќи методи на дифракција на Х-зраци. Користејќи големи кристали на хексаметилбензен, дериват на бензен со исто јадро од шест јаглеродни атоми, Лонсдејл добил шеми на дифракција. Преку пресметување на повеќе од триесет параметри, Лонсдејл покажа дека бензенскиот прстен не може да биде ништо друго освен рамен шестоаголник и обезбеди точни растојанија за сите јаглерод-јаглерод врски во молекулата.
Номенклатура Германскиот хемичар Вилхелм Кернер ги предложил префиксите орто-, мета-, пара- за да се разликуваат ди-супституираните деривати на бензен во 1867 година; сепак, тој не ги користел префиксите за да ги разликува релативните позиции на супституентите на бензен прстен.Wilhelm Körner (1867) "Faits pour servir à la détermination du lieu chimique dans la série aromatique" (Facts to be used in determining chemical location in the aromatic series), Bulletins de l'Académie royale des sciences, des lettres et des beaux-arts de Belgique, 2nd series, 24 : 166–185; see especially p. 169. From p. 169: "On distingue facilement ces trois séries, dans lesquelles les dérivés bihydroxyliques ont leurs terms correspondants, par les préfixes ortho-, para- et mêta-." (One easily distinguishes these three series – in which the dihydroxy derivatives have their corresponding terms – by the prefixes ortho-, para- and meta-.)Hermann von Fehling, ed., Neues Handwörterbuch der Chemie [New concise dictionary of chemistry] (Braunschweig, Germany: Friedrich Vieweg und Sohn, 1874), vol. 1, p. 1142. Германскиот хемичар Карл Грабе, во 1869 година, прв ги употребил префиксите орто-, мета-, пара- за да означи специфични релативни локации на супституентите на ди-супституиран ароматичен прстен (т.е. нафталин).Graebe (1869) "Ueber die Constitution des Naphthalins" (On the structure of naphthalene), Annalen der Chemie und Pharmacie, 149 : 20–28; see especially p. 26. Во 1870 година, германскиот хемичар Виктор Мајер прв ја применил номенклатурата на Грабе на бензен.Victor Meyer (1870) "Untersuchungen über die Constitution der zweifach-substituirten Benzole" (Investigations into the structure of di-substituted benzenes), Annalen der Chemie und Pharmacie, 156 : 265–301; see especially pp. 299–300.
Рани апликации