Етилбензен: відмінності між версіями
| [неперевірена версія] | [перевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
Немає опису редагування |
Олег.Н (обговорення | внесок) Немає опису редагування |
||
Рядок 14:
| зображення_праве_підпис2 =
| зображення_підпис =
| IUPAC_назва = етилбензен<ref>{{книга|автор= |заголовок=IUPAC Provisional Recommendations |посилання=http://old.iupac.org/reports/provisional/abstract04/BB-prs310305/CompleteDraft.pdf |відповідальний= |місце= |видавництво= |рік=2004 |volume= |allpages= |pages=170 |isbn=}} {{ref-en}}</ref>
| інші_назви =
| поле1 = {{Речовина Ідентифікатори
| DrugBank_Ref = {{drugbankcite|correct|drugbank}}
Рядок 45:
| формула = C<sub>8</sub>H<sub>10</sub>
| лінійна формула = C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>C<sub>2</sub>H<sub>5
| молярна_маса = 106
| зовнішній_вигляд = безбарвна рідина
| запах = гас
| густина = 0,8626 г/моль
| температура_плавлення = -
| температура_кипіння = 136,19 °C<ref name="101,3"></ref>
| розчинність = 0,161 г/л
| розчинність1 =
| розчинник1 =
| розчинність2 =
| розчинник2 =
| в'язкість = 0,631 мПа·с
| диполь = 0,59±0,05 [[Дебай|Д]]
| показник_заломлення = 1,4959 (20 °C)
| діелектрична_проникність = 2,4463
| тиск_пари = 9,998 мм рт.ст.
| pKa =
| pKb =
| ізоелектрична_точка =
| oптична_активність =
}}
| поле4 = {{Речовина Термохімія
| теплота_утворення = -12,3 кДж/моль ({{comment|рід.|рідина}})<br/>29,9 кДж/моль (газ)
| теплота_згоряння =
| ентропія = 360,5 Дж/(моль·K) (газ)
| теплоємність = 183,2 Дж/(моль·K) ({{comment|рід.|рідина}})
}}
| поле7 = {{Речовина Небезпеки
| ГДК =
| ГДК_США =
| ЛД50 = 3,5—4,7 г/кг (щурі, орально) 15 г/кг (дермально)
| MSDS =
| ГГС_піктограми =
| ГГС_фраза =
| ГГС_застереження =
| індекс_ЄС =
| клас_ЄС =
| фрази_ризику =
| фрази_безпеки =
| R/S_фрази =
| головні_небезпеки =
<!-- NFPA блок -->
| небезпека_для_здоров'я =
| вогненебезпечність =
| реакційна_здатність =
| інше =
| температура_спалаху = 21 °C
| температура_самозаймання = 432 °C
| вибухові_границі = 0,8—6,7%
}}
| поле8 = {{Речовина Пов'язані
| інші =
}}
}}
'''Ети́лбензе́н''' (також '''ети́лбензо́л''') — [[органічні сполуки|органічна]] сполука, [[арени|ароматичний вуглеводень]] із лінійною формулою C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>. За звичайних умов є безбарвною, легкозаймистою леткою рідиною з характерним запахом, що нагадує [[гас]].
Незначні кількості етилбензену спостерігаються у [[кам'яновугільна смола|кам'яновугільній смолі]] та [[нафта|нафті]].
Етилбензен є важливим [[прекурсор]]ом у нафтохімічному синтезі. 99% етилбензену, що виробляється у світі, використовується для синтезу [[стирен]]у (фенілетилену), котрий, у свою чергу, є сировиною для [[полістирен]]у. Невелика кількість етилбензену використовується в якості [[розчинник]]а та [[антидетонатор]]у.
== Фізичні властивості ==
За звичайних умов етилбензен — безбарвна, прозора рідина із запахом [[гас]]у.
{| class="wikitable"
|+ В'язкість етилбензену, мПа·с<ref>{{книга|автор= |частина= |посилання частина= |заголовок=CRC Handbook of Chemistry and Physics |оригінал= |посилання= |відповідальний=Lide, D. R., editor |видання= 86th|місце=Boca Raton (FL) |видавництво=CRC Press|рік=2005 |volume= |pages= |allpages=2656|серія= |isbn=0-8493-0486-5 |тираж=}} {{ref-en}}</ref>
|-
! 0 °C !! 25 °C !! 50 °C !! 75 °C !! 100 °C
|-
| 0,872 || 0,631 || 0,482 || 0,380 || 0,304
|}
Він змішується із великою кількість органічних розічнників. Також утворює [[азеотропна суміш|азеотропні суміші]].
{| class="wikitable"
|+ Утворювані етилбензеном бінарні азеотропні суміші<ref>{{книга|автор= |частина= |посилання частина= |заголовок=Lange's Handbook of Chemistry|оригінал= |посилання= |відповідальний=Dean, John A., editor |видання=15th |місце=New York |видавництво=McGraw-Hill |рік=1999 |volume= |pages= |allpages= |серія= |isbn= 0-07-016384-7 |doi= |тираж=}} {{ref-en}}</ref>
|-
! Компонент !! Температура<br/>кипіння, °C !! Вміст<br/>етилбензену, % !! Вміст другого<br/>компоненту, %
|-
| [[Вода]] || 93 || 67 || 33
|-
| [[Оцтова кислота]] || 114,65 || 34 || 66
|-
| [[Масляна кислота]] || 35,8 || 96 || 4
|-
| [[1-Бутанол]] || 115,9 || 34,9 || 65,1
|}
== Отримання ==
Майже увесь промислово отримуваний етилбензен синтезується шляхом алкілювання [[бензен]]у [[етилен]]ом. Протягом кількох десятиліть в якості [[каталізатор]]у реакції застосовували [[кислоти Льюїса]], наприклад, розчинений [[хлорид алюмінію]]:
: [[Файл:Ethylbenzene formation.png|350px|]]
Попри те, що використання AlCl<sub>3</sub> є доцільним з боку загальної вартості виробництва, нині стрімко зростають витрати на утилізацію утворюваних відходів. На додачу цього, синтез за цим метод призводить до незначного пошкодження реакторів і трубопроводів через [[корозія|корозію]]. У 1980-х роках замість хлориду алюмінію почали використовувати каталізатори на основі [[цеоліт]]ів.
=== Алкілювання кислотами Льюїса ===
Рідкофазний синтез етилбензену за участі хлориду алюмінію був запроваджений у 1930-х роках. Варіації цього методу запровадили на підприємствах [[BASF]], [[Monsanto]], [[Dow Chemical]] та інших.
Алкілювання бензену етиленом є вкрай [[екзотермічна реакція|екзотермічним]] процесом (ΔH=-114 кДж/моль)<ref>Оскільки реакція є сильноекзотермічною, деякі елементи реактору облицюють матеріалами з великою теплоємністю, на кшталт цегли.</ref>, у присутності AlCl<sub>3</sub> реакція відбувається дуже швидко, із майже [[стехіометрія|стехіометричним]] виходом етилбензену. Окрім хлориду алюмінію, також застосовувалися й інші [[кислоти Льюїса]]: [[Бромід алюмінію|AlBr<sub>3</sub>]], [[Хлорид заліза(III)|FeCl<sub>3</sub>]], [[Хлорид цирконію(IV)|ZrCl<sub>4</sub>]], [[Флуорид бору|BF<sub>3</sub>]]. У випадку хлориду алюмінію, в якості [[промотор (хімія)|промоторів]] використовують [[хлороетан]] або [[хлороводень]] — ці [[галогеніди]] зменшують кількість AlCl<sub>3</sub>, необхідну для перебігу процесу.
У процесі виробництва суміш рідкого бензену та розчиненого каталізатору безперервно подають у реактор і перемішують для досягнення рівномірного розподілу. Згодом до суміші впорскуються етилен і промотуючі добавки. Ступінь перетворення етилену сягає 100%. Поширеним молярним співвідношенням етилен:бензен є 0,3—0,35. Якщо співвідношення зрушиться у напрямку збільшення, зросте ймовірність перебігу побічних реакцій — трансалкілювання та ізомерного перегрупування. Подальше алкілювання бензену веде до зворотнього утворення поліалкілбензенів, які, для мінімізації втрат у виробництві, повертають у реактор.
Типовою температурою для проведення синтезу є 130 °C. Її підвищення призводить до зменшення активності каталізатору та утворення поліалкілбензентів і неароматичних сполук. Значення тиску у реакційній системі підбираються для витримування реагентів у рідкій фазі. Іншим важливим моментом є наявність води у реакторі: окрім спричинення корозійних процесів, вона також суттєво знижує активність каталізатору, тому перед введенням бензену в реакцію проводиться його зневоднення.
Після завершення взаємодії суміш продуктів і каталізатору, виводиться з реактору та охолоджується, а каталізатор відділяється з органічної фази [[декантація|декантацією]] й направляється на повторний цикл. Органічна фаза промивається водою та [[луги (хімія)|лугами]] для очищення її від залишків розчиненого хлориду алюмінію (утворена водна фаза, що містить розчинений AlCl<sub>3</sub> та малорозчинний Al(OH)<sub>3</sub>, далі направляється на відновлення).
Очищення етилбензену зазвичай здійснюється у трьох [[дистиляція|дистиляційних]] колонах:
* у першій колоні відділяється легкокиплячий бензен, що не прореагував;
* у другій етилбензен відділяється від важчих поліалкілбензенів;
* у третій колоні із залишкових поліалкілбензенів з другої стадії відділяються сполуки, що піддаються переробці, від важких, переважно поліциклічних, які спалюються у вигляді [[паливо|палива]].
Компанією Monsanto була запропонована модифікація методу, котра полягала у зменшенні кількості хлориду алюмінію до мінімально необхідного значення (що позитивно вплинуло на кількість утворюваних відходів) та підвищення температури в реакторі (до 160—180 °C). Ріст температури надає ще одну перевагу — можливість проведення синтезу за низького тиску етилену.
У 1960-х роках був запропонований метод із використанням флуориду бору, однак він не мав значного поширення через значний перебіг корозійних процесів. Попри це метод має суттєві переваги: продуктом виробництва є етилбензен високої чистоти, а в якості вихідної сировини можна використовувати неконцентрований етилен. Алкілювання проводиться за високого тиску (2,3—2,5 МПа) і низької температури (100—150 °C). Зневоднений бензен, етилен і BF<sub>3</sub> подаються у реактор, із типовим молярним співвідношенням етилен:бензен близько 0,15—0,2. На відміну від першого процесу, тут трансалкілювання за участі сухого бензену, поліалкілбензенів та каталізатору проводиться в окремому реакторі, за вищої температури (180—230 °C).
Поєднані з обох реакторів продукти подаються на три дистиляційні колони, де першими відділяються бензен та інші легколеткі вуглеводні, BF<sub>3</sub>. Залишок від першої колони подається у другу, де відділяється етилбензен із чистотою >99,9%. Кінцева колона слугує для виділення вуглеводнів, які піддаються переробці.
Метод може використовувати будь-яку етиленовмісну сировину, що містить принаймні 8—10% етилену (сировину від переробки [[нафта|нафти]], [[коксовий газ]] тощо). Однак, для такої сировини пред'являються особливі вимоги чистоти: вона не повинна містити води, сірчистих газів та киснемісних сполук, які [[отруєння каталізатору|отруюють]] каталізатор.
=== Алкілювання цеолітами ===
[[Файл:Zeolite-ZSM-5-vdW.png|міні|200пкс|Цеоліт ZSM-5]]
Перший метод алкілювання бензену в присутності [[цеоліт]]ів ([[алюмосилікат]]ів) було розроблено 1970-х роках. Базовим каталізатором тоді був цеоліт ZSM-5.
Алкілювання проводиться у двох варіаціях: газофазній та рідкофазній.
==== Газофазний процес ====
Алкілювання проводиться за температури 350—450 °C і тиску 1—3 МПа. Для проведення реакції важливим є значний надлишок бензену у системі.
Каталізатор поступово деактивується, перетворюючись на [[кокс]], тому він потребує періодичного оновлення для регенерації. Регенерація ''[[in situ]]'' триває близько 36 годин і є необхідною після 18—24 місяців роботи каталізатору. Він є чутливим до дії води, сірковмісних сполук та інших каталітичних отрут.
Газуваті продукти реакції аналогічно до методу з кислотами Льюїса подаються на дистиляційні колони, до спершу виділяється бензен, згодом етилбензен, а від залишку алкіл- та поліалкілбензенів відділяють вуглеводні, котрі піддаються переробці. Решту важких вуглеводнів (переважно [[дифенілметан]], [[дифенілетан]]) спалюють як паливо.
==== Рідкофазний процес ====
Впровадження рідкофазного алкілювання вперше відбулося у 1990 році на заводі однієї з дочірніх компаній [[Nippon Steel]].
Взаємодія проводиться при температурах, що не перевищують критичне значення для бензену (239 °C). Корекція тиску в реакторі здійснюється таким чином, щоб усі легкі гази знаходилися у розчині (близько 4 МПа).
Продукти реакції розділяють на дистиляційних колонах: легкокиплячий бензен виділяється і повторно подається в реакційну систему, у другій колоні виділяється етилбензен, а решта (алкілбензени та поліетилбензени) подається на третю колону, де проходить розділення важких вуглеводнів, які частково повертаються на трансалкілювання.
Окрім бензену, основними домішками тут є неароматичні сполуки ([[нафтени]]), [[толуен]], вищі алкілбензени.
=== Інші методи ===
==== Виділення з сумішей C<sub>8</sub> ====
Близько 1% отримуваного етилбензену синтезують переробкою сировини при виробництві [[ксилен]]ів. В основному виділення відбувається шляхом [[перегонка|перегонки]], котра, через складність її проведення, дістала назву ''суперфракціонування''. Зростання вартость енергоносіїв не надало цьому методу вагомого поширениня.
==== Лабораторні методи ====
Етилбензен можна синтезувати за одним з варіантів [[реакція Вюрца|реакції Вюрца]]:
: <math>\mathrm{ C_6H_5Br + C_2H_5Br + 2Na \longrightarrow C_6H_5C_2H_5 + 2NaBr}</math>
Ефективним є синтез за [[реакція Корі — Хауса|реакцією Корі — Хауса]], котра відбувається у м'якших умовах і не супроводжується утворенням побічних продуктів
: <math>\mathrm{ C_6H_5Br + (C_2H_5)_2CuLi \xrightarrow{THF, \ 0^oC} \ C_6H_5C_2H_5 + CuBr + LiBr}</math>
Також застосовується глибоке відновлення оксосполук ([[бензальдегід]]у, [[бензойна кислота|бензойної кислоти]]) за [[Відновлення за Кіжнером — Вольфом|реакцією Кіжнера — Вольфа]]:
: [[Файл:Synthesis Ethylbenzene WolffKishner.svg|400пкс|]]
== Хімічні властивості ==
Найбільше значення з усіх властивостей етилбензену має [[дегідрогенізація]], котра веде до утворення промислово важливого [[стирен]]у:
: [[Файл:Ethylbenzene-styrene interconversion.svg|350пкс|]]
Реакцію проводять за температури 600—660 °C у присутності [[каталізатор]]у — [[оксид заліза(III)|оксиду заліза(III)]], [[промотор (хімія)|промотованого]] [[калій|калієм]]. До побічних реакцій відноситься деалкілювання з утворенням [[бензен]]у або [[толуен]]у.
У рідкій фазі етилбензен може окиснюватися повітрям із утворенням гідропероксиду. Однак віні є нестійким і при незначному підвищенні температури розкладається. Даний гідропероксид також сировиною для отримання стирену (за участі [[пропілен]]у):
: [[Файл:Styrol synthesis.svg|400пкс|]]
[[Файл:Ortho-meta-para.svg|міні|150пкс|Орієнтація [[замісник]]ів.<br/>R — C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>]]
Наявна у бензеновому кільці [[етильна група]] є орієнтантом першого роду, тому приєднання до кільця інших [[функціональна група|функціональних груп]] здійснюються у ''пара-'' та ''орто''-положення, із переважанням першого:
: <math>\mathrm{ C_6H_5C_2H_5 + Cl_2 \xrightarrow{FeCl_3} \ ClC_6H_4{-}C_2H_5 + HCl }</math>
: <math>\mathrm{ C_6H_5C_2H_5 + H_2SO_4 \longrightarrow HSO_3{-}C_6H_4{-}C_2H_5 + H_2O}</math>
: <math>\mathrm{ C_6H_5C_2H_5 + HNO_3 \longrightarrow O_2N{-}C_6H_4{-}C_2H_5 + H_2O}</math>
Окисненням етилбензену у присутності каталізатору ацетату марганцю отримують [[ацетофенон]]:
: <math>\mathrm{ C_6H_5C_2H_5 + O_2 \xrightarrow{130^oC, \ Mn(OAc)_2} \ C_6H_5C(O)CH_3 + H_2O}</math>
== Токсичність ==
Етилбензен легко сорбується після вдихання, проковтування, а також при контакті зі шкірою. Його метаболізм, ймовірно, проходить через стадії окиснення у бічні ланцюги, про що свідчить наявність 2-фенілетанолу та 4-фенілетанолу у сечі уражених етилбензеном.<ref>{{книга|автор=Welch, Vincent A., Fallon, Kevin J., Gelbke, Heinz-Peter. |частина=Ethylbenzene |посилання частина= |заголовок=Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry |оригінал= |посилання= |відповідальний= |видання=6th |місце=Weinheim |видавництво=Wiley-VCH |рік=2005 |volume= |pages= |allpages= |серія= |isbn= |doi=10.1002/14356007.a10_035.pub2 | тираж=}} {{ref-en}}</ref>
Короткотривала дія етилбензену може призводити до подразнення дихальних шляхів, болю в грудях, подразнення очей та запаморочення. Довготривала дія спричинює порушення нормального функціонування нирок і печінки, про що свідчать результати тестування на тваринах. Етилбензен не є [[канцероген]]ом.
<ref>{{cite web |url=http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/ethylben.html |title=Ethylbenzene. Hazard Summary |author= |date=квітень 1993 |website=epa.gov |publisher=United States Environmental Protection Agency |accessdate=4 липня 2015}} {{ref-en}}</ref>
== Застосування ==
Абсолютна більшість отримуваного етилбензену використовується у виробництві [[стирен]]у — промислово важливого [[мономер]]у для отримання [[полістирен]]у. Незначна частка (менше 1%) етилбензену застосовуєтсья у [[Лакофарбова промисловість|лакофарбовій промисловості]] як розчинник. Також він є вихідної сировиною для синтезу [[ацетофенон]]у, [[діетилбензен]]у, [[етилантрахінон]]у. Етилбензен є антидетонаційною добавкою до моторного палива для збільшення його [[октанове число|октанового числа]].
== Див. також ==
* [[Толуен]]
* [[Стирен]]
== Примітки ==
{{reflist}}
== Джерела ==
* {{книга|автор= |частина= |посилання частина= |заголовок=CRC Handbook of Chemistry and Physics |оригінал= |посилання= |відповідальний=Lide, D. R., editor |видання= 86th|місце=Boca Raton (FL) |видавництво=CRC Press|рік=2005 |volume= |pages= |allpages=2656|серія= |isbn=0-8493-0486-5 |тираж=}} {{ref-en}}
* {{книга|автор= |частина= |посилання частина= |заголовок=Lange's Handbook of Chemistry|оригінал= |посилання= |відповідальний=Dean, John A., editor |видання=15th |місце=New York |видавництво=McGraw-Hill |рік=1999 |volume= |pages= |allpages= |серія= |isbn= 0-07-016384-7 |doi= |тираж=}} {{ref-en}}
* {{книга|автор=Welch, Vincent A., Fallon, Kevin J., Gelbke, Heinz-Peter. |частина=Ethylbenzene |посилання частина= |заголовок=Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry |оригінал= |посилання= |відповідальний= |видання=6th |місце=Weinheim |видавництво=Wiley-VCH |рік=2005 |volume= |pages= |allpages= |серія= |isbn= |doi=10.1002/14356007.a10_035.pub2 | тираж=}} {{ref-en}}
* {{книга|автор=Чирва В. Я., Ярмолюк С. М., Толкачова Н. В., Земляков О. Є. |частина= |посилання частина= |заголовок=Органічна хімія |оригінал= |посилання= |відповідальний= |видання= |місце=Львів |видавництво=БаК |рік=2009 |том= |сторінки= |сторінок=996 |серія= |isbn=966-7065-87-4 |тираж=}}
* {{книга|автор= |частина= |посилання частина= |заголовок=Химический энциклопедический словарь |оригінал= |посилання= |відповідальний=Под ред. И. Л. Кнунянц |видання= |місце={{comment|М.|Москва}} |видавництво=Сов. энциклопедия |рік=1983 |том= |сторінки= |сторінок=792 |серія= |isbn= |тираж=}} {{ref-ru}}
[[Категорія:Ароматичні вуглеводні]]
[[Категорія:Нафтопродукти]]
| |||