Бензол: что это, применение, влияние на человека, отравление — симптомы, первая помощь, лечение

Что такое бензол

это органическое вещество, прозрачная жидкость со сладким запахом. По химическому строению относится к простейшим ароматическим углеводородам.

Основными природными источниками бензола в природе являются уголь и нефть. В лабораторных условиях возможна его полимеризация (образование) из ацетилена. Промышленные способы производства бензола — кокса из угля, а также каталитический риформинг и пиролиз нефтяных фракций бензина.

Химическая формула бензола — C6H6. Эта циклическая структура из шести атомов углерода была открыта в 1865 году немецким химиком Фридрихом Августом Кекуле. А впервые в чистом виде бензол был открыт еще раньше: в 1825 году английский физик Фарадей выделил его как ламповый газ.

Физические свойства бензола включают плохую растворимость в воде, смешиваемость с органическими растворителями, высокую воспламеняемость, воспламеняемость, взрывоопасность. Плавится при 5,5-6,0 ° С, испаряется при 79,6-80,5 ° С и кипит при 80,1 ° С. Он легче воды, так как имеет низкую относительную плотность (0,88 г / см3). Легко растворяется в эфире и спирте.

Химические свойства бензола обусловлены его принадлежностью к группе непредельных углеводородов с циклической структурой. Поэтому для этого характерны реакции окисления и замещения. Метод промышленной разработки был предложен немецким ученым Хоффманном, который выделил вещество из каменноугольной смолы.

Бензол очень токсичен. Токсический эффект возникает:

• ингаляция — вдыханием паров;
• трансдермальный — при прямом контакте с кожей или слизистыми оболочками;
• внутрь — при неправильном употреблении жидкости внутрь.

Многие интересные факты о бензоле, связанные с изучением его структуры и свойств, сохранились до наших дней. Так, немецкий ученый Хоффманн, читая лекции студентам о физических свойствах углеводородов, всегда цитировал слова дамы, которая знала, что запах бензола такой же, как запах вымытых перчаток. А идея кольцевой структуры бензола пришла химику Кекуле во сне: змея, состоящая из шести атомов углерода, свернувшаяся в кольцо и кусающая свой хвост.

История

Во второй половине 17 века бензол открыл Иоганн Рудольф Глаубер, который также открыл глауберовскую соль при перегонке каменноугольной смолы. Однако полученный состав был ему неизвестен, поэтому он назвал его «нежным и красивым олеумом». В 1825 году английский физик Майкл Фарадей выделил это масло из жидких остатков, которые отделились от газовой фазы при сжигании китового жира в лондонских уличных фонарях. В 1834 году немецкий химик Эйльхард Митчерлих получил бензол из бензойной кислоты и оксида кальция, а также превратил бензол в нитробензол и бензолсульфоновую кислоту. Он назвал это вещество «бензином» из-за его связи с бензойной кислотой. Кроме того, он создал правильную эмпирическую формулу для C6H6. В 1845 году английский химик Чарльз Мэнсфилд выделил бензол из каменноугольной смолы, работая под руководством Августа Вильгельма фон Хоффмана.

Возник долгий научный спор о правильной структурной формуле бензола. Первоначальные предложения, такие как призматическая структура Джеймса Дьюара, оказались неверными. Только в 1861 году австрийский школьный учитель Иоганн Йозеф Лошмидт сформулировал некоторые возможные структурные формулы для бензола, которые немецкий химик Август Кекуле предложил в 1865 году в качестве предлагаемой структурной формулы. По легенде, эта идея пришла Кекуле во сне. В этом сне змеи по очереди кусали свои хвосты, создавая кольцевую структуру.

В 1872 году Кекуле сформулировал свою колебательную гипотезу о постоянном изменении одинарных и двойных связей. Только в двадцатом веке удалось продемонстрировать феномен делокализованных электронных облаков, которые придают особую стабильность молекуле бензола, с помощью рентгеноструктурного анализа.

Промышленное производство бензола из угля началось в 1849 году.

Применение бензола

Ранее этот углеводород использовался в составе бензина, а также в качестве растворителя для смол, красок, лаков. Теперь это исходный реагент для синтеза многих других продуктов.

Бензол используется в химической и полиграфической промышленности. Это часть:

• некоторые виды пластика;
• топливо для двигателей;
• красители анилиновые;
• моющие средства;
• взрывчатые вещества;
• синтетическая резина;
• растворители.

Бензол также используется в медицине. Большая группа лекарств содержит вещества, синтезированные на их основе. В его состав входят некоторые отхаркивающие средства, жаропонижающие, противосудорожные, местные анестетики, препараты для лечения кожных заболеваний.

Свойства

Физические свойства

Бензол — бесцветная, прозрачная, летучая и легковоспламеняющаяся жидкость. Показатель преломления бензола неплохо согласуется с показателем преломления оконного стекла, поэтому стекло, погруженное в бензол, практически не видно. Вязкость бензола ниже, чем у воды. Он замерзает при 5,5 градуса Цельсия и закипает при 80,1 градусе Цельсия. При комнатной температуре (20 градусов Цельсия) он имеет плотность 0,88 килограмма на литр.

Бензол хорошо растворяется в неполярных органических растворителях, таких как эфир и спирт, но плохо растворяется в воде (максимум 1,7 грамма на литр).

Химические свойства

Бензол горит желтым пламенем с образованием воды и углекислого газа, причем сильное образование сажи указывает на высокое содержание углерода в соединении. Теплотворная способность бензола составляет 40,580 кДж на килограмм, энтальпия сгорания составляет 3257,6 кДж на моль для жидкого бензола и 3301 кДж на моль для газообразного бензола. Бензол имеет очень характерный запах. Порог запаха очень низкий, от 1,5 до 900 миллиграммов на кубический метр воздуха.

Важной (узнаваемой) особенностью является отсутствие реакции присоединения с бромистоводородной кислотой или бромистой водой. Увеличение реакционной способности по сравнению с добавлением бромистоводородной кислоты в ряд из четырех структурно подобных соединений циклогексана, циклогексена, циклогексадиена предполагает еще большую реакционную способность бензола, поскольку в первых трех соединениях увеличение реакционной способности может быть вызвано большим числом двойных углеродных связей. Бромистоводородная кислота не добавляется к бензолу из-за ее особой ароматической стабильности, которая возникает в результате делокализации электронов.

Влияние бензола на организм человека

Ароматические углеводороды являются неприродными соединениями для живого организма и нарушают его биологические процессы. Как типичный представитель этой группы, бензол — токсичное вещество.

Основными органами-мишенями углеводорода являются нервная система и костный мозг. Нейротоксический эффект ярко проявляется при остром, гемотоксическом отравлении — при хроническом. Однако действие бензола на организм человека этим не ограничивается. Косвенно он может действовать на печень, почки, сердце.

ПДК содержания бензола в атмосферном воздухе населенных пунктов не должны превышать 0,1–0,3 мг / м3.

Безопасность

Работа с бензолом сопряжена с риском отравления и серьезным повреждением здоровья. Бензол — легколетучая жидкость (летучесть 320 мг / л при 20 ° C) с высокой степенью воспламеняемости, поэтому при работе с ним необходимо соблюдать меры безопасности при работе с легковоспламеняющимися жидкостями. Пары бензола представляют большую опасность, так как могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. В настоящее время использование бензола в качестве органического растворителя очень ограничено из-за токсичности и канцерогенного воздействия его паров, а также неблагоприятного воздействия на кожу. Работа с бензолом в лабораториях также включает его ограничение (строго регламентировано). В экспериментах рекомендуется использовать бензол только в небольших объемах (не более 50 мл); работа должна выполняться исключительно в перчатках из фторкаучука (латекс растворяется и разбухает при воздействии бензола).

Абсолютно запрещено:

• хранить рядом с источниками тепла, открытым огнем, сильными окислителями, продуктами питания и т д,
• оставлять открытые емкости, содержащие бензол, дым,
• использовать емкости для пищевого бензола, мыть руки, посуду,
• работать в закрытом, плохо проветриваемом помещении с температурой воздуха выше 30 ° С,
• использовать в качестве растворителя большой объем вещества,
• работать без средств защиты кожи рук, глаз и дыхательных путей.

Репродуктивная токсичность, мутагенность, канцерогенность

Репродуктивная токсичность

Имеющиеся эпидемиологические и экспериментальные данные не позволяют сделать окончательную оценку. В отдельных сообщениях недостаточно доказательств того, что существует связь между воздействием растворителей и повышенным риском выкидыша или родов с повышенным риском рака или врожденных нарушений ЦНС.

Специфические эмбриотоксические или тератогенные эффекты не могли быть продемонстрированы в экспериментах на животных. Репродуктивная токсичность была обнаружена только при высоких уровнях воздействия.

Мутагенность

Есть разумные основания полагать, что воздействие вещества на человека может привести к наследственному ущербу.

В многочисленных исследованиях людей, подвергшихся воздействию бензола, было обнаружено значительное увеличение структурных и численных хромосомных аберраций в периферических лимфоцитах и ​​клетках костного мозга. Однако специфического характера хромосомных повреждений не выявлено.

Эксперименты на животных также показали отрицательное влияние на соматические клетки.

Канцерогенность

Канцерогенный эффект бензола был продемонстрирован многочисленными клиническими случаями и большим количеством новых эпидемиологических исследований. Среди лейкозов преобладали острые миелоидные формы, реже — хронический и лимфатический миелоидный лейкоз. Таким образом, на основании исследований было установлено, что риск лейкемии после воздействия бензола в течение рабочего периода (около 40 лет) для концентрации 10 ppm составляет 44-152 заболевания на 1000 подвергшихся воздействию людей, а при воздействии на 1 ppm — 5-15 заболеваний на 1000.

С сегодняшней точки зрения общий обзор результатов эпидемиологического исследования показывает, что профессиональное воздействие бензола, в принципе, может привести ко всем злокачественным новообразованиям миелоидной и лимфатической систем. Зависимость «доза-реакция» более ясна для лейкемии, но не для всех форм.

Для лейкемии, включая хронический лимфолейкоз, апластическую анемию и миелодиспластические синдромы, согласно современным знаниям, при совокупном воздействии бензола 10 ppm в год можно предположить более высокую причинную вероятность начала заболевания до 50%. Для неходжкинских лимфом, включая множественную миелому, и для миелопролиферативных заболеваний, включая хронический миелоидный лейкоз, текущие эпидемиологические данные не точно описывают зависимость доза-реакция. Уточнение причинной связи с воздействием бензола требует индивидуального рассмотрения.

Бензол как наркотик

Это вещество не относится к наркотическим средствам, так как не совместимо с опиоидными рецепторами нервной системы человека. Бензол также не является прекурсором, поскольку не происходит химических реакций, посредством которых он может превращаться в вещество, способное воздействовать на опиатные рецепторы.

Однако вдыхание паров бензола у человека может проявляться острой токсической интоксикацией, сопровождающейся зрительными и слуховыми галлюцинациями, эйфорией. В наркологии это состояние называется злоупотреблением психоактивными веществами из-за вдыхания паров летучих органических жидкостей. Как и при других видах наркомании, в этом случае существует опасность передозировки с возможностью летального исхода, а также возникновения физической и психической зависимости.

Наркотическое действие углеводорода

Первые симптомы отравления этим углем напоминают симптомы наркотического опьянения:

• головокружение;
• эйфория;
• помутнение сознания;
• опаздывающие ученики.

Поэтому случаи отравления парами бензола нередки среди наркоманов, ищущих его наркотическое действие.

Острое отравление бензолом

Обычно случаи острого употребления бензола происходят во время промышленных аварий, сопровождающихся разливом органического соединения или его выбросом в атмосферу. Домашнее отравление обычно происходит из-за неправильного или неправильного использования.

Вдыхание концентрированных паров бензола, которые попадают в легкие и неповрежденную кожу, является наиболее частой причиной отравлений. Реже встречаются интоксикационные травмы, связанные с употреблением вещества внутрь вместо спиртных напитков. Случаи отравления среди детей стали единичными благодаря усовершенствованному дизайну упаковки моющих средств.

Симптомы

Первые признаки отравления бензолом связаны с его воздействием на центральную нервную систему. Проявление симптомов в основном зависит от концентрации бензола во вдыхаемом воздухе.

Отравление парами бензола бывает трех степеней тяжести.

1. Свет. Пострадавший жалуется на общую слабость, головную боль, головокружение, шаткую походку, тошноту и рвоту.
2. Умеренная степень тяжести отравления проявляется тревогой, неподобающим поведением, бледностью, одышкой, снижением артериального давления и учащением пульса. Возможен судорожный синдром с потерей сознания.
3. Развитие токсической комы свидетельствует о тяжелой степени отравления. Кома сопровождается остановкой дыхания из-за угнетения дыхательного центра.

Симптомы отравления бензолом при оральном и вдыхании одинаковы. Но при попадании внутрь ядовитого вещества протекание осложняется. Первоначальное возбуждение сменяется бессознательным состоянием, переходящим в кому. От орального отравления высока смертность.

Смертельная доза бензола не может быть названа точно. Это зависит от концентрации вещества в воздухе или жидкости, а также от индивидуальной чувствительности организма. Приблизительно считается, что употребление 30–150 мл чистого бензола может привести к смерти. Вдыхание воздуха, содержащего 2% этого органического вещества, через 5-10 минут приводит к коме, а систематическое воздействие концентрацией 0,1-0,2 мг / л провоцирует развитие хронического отравления.

Диагностика

Для установления диагноза острого отравления бензолом используйте данные анамнеза, медицинского осмотра и лабораторных анализов. Поскольку интоксикация чаще всего связана с экстренной ситуацией на работе или дома, при обследовании пациента может ощущаться характерный запах бензола.

Выявлены симптомы поражения нервов. Результаты химического анализа крови, слюны и мочи могут подтвердить или опровергнуть предварительный диагноз.

Первая помощь

При отравлении бензолом способы оказания экстренной помощи зависят от того, как токсичное вещество попадает в организм.

1. Если произошло отравление ядовитыми парами, необходимо прекратить контакт с отравленным воздухом, переместив пострадавшего в хорошо проветриваемое помещение или вывести его на улицу. Необходимо следить, чтобы не произошло переохлаждения.
2. Если отравившийся случайно выпил бензол, необходимо дать ему стакан воды с добавлением 1 столовой ложки тиосульфата натрия или 8-10 таблеток активированного угля для приема внутрь.
3. Если пострадавший без сознания, необходимо положить его на боковое положение, чтобы при возникновении рвоты не произошло аспирации рвотных масс.
4. Если бензол попал на кожу, промойте поверхность большим количеством воды с мылом.

Своевременно оказанная первая помощь значительно улучшает прогноз выздоровления. После ее обустройства необходимо вызвать бригаду скорой помощи. До приезда врачей необходимо оказать пострадавшему эмоциональную поддержку и не оставлять его в покое.

Лечение

В случае острого отравления бензолом требуется госпитализация пациентов в токсикологическое или реанимационное отделение. Комплекс лечебных мероприятий состоит из специфической терапии и симптоматической терапии.

Первый предполагает использование противоядия при отравлении. Однако у бензола нет уникального противоядия. В связи с этим для инактивации яда используют неспецифические антидоты — активированный уголь, тиосульфат натрия. Помимо специфических терапевтических лечебных мероприятий, направленных на выведение токсина из организма (детоксикация), они включают:

• при пероральном отравлении — промывание желудка, очистительные клизмы;
• внутривенное вливание и форсированный диурез;
• использование специализированных методов детоксикации — плазмафереза ​​и гемодиализа.

Систематические лечебные мероприятия включают использование:

• противосудорожные препараты при возникновении судорог;
• инотропная поддержка при пониженном давлении;
• искусственная вентиляция легких — при угнетении дыхания.

Последствия острого отравления

Выраженность остаточных явлений после выздоровления зависит от тяжести острого отравления.

1. Легкая степень обычно проходит без последствий.
2. Для интоксикации средней степени тяжести характерны осложнения проявлениями астено-невротического синдрома, полинейропатии, токсического энцефалита.
3. Тяжелое острое отравление может привести к летальному исходу.

Первая помощь и лечение

В случае травмы бензолом следует как можно скорее оказать первую помощь пострадавшему. В первую очередь важно вызвать скорую помощь, затем подвести пострадавшего на свежий воздух и открыть ворота. При попадании вещества на кожу или слизистые оболочки необходимо промыть пораженный участок большим количеством чистой воды. В случае проглатывания выполните промывание желудка. Может потребоваться компрессия груди и искусственное дыхание.

Все последующие действия по уходу за пациентом должен выполнять врач. Учитывая состояние пострадавшего, в больнице специалисты проводят следующие манипуляции:

• внутривенное введение раствора глюкозы;
• кровопускание;

• переливание крови;
• промывание желудка с зондом (при необходимости);
• внутривенное введение тиосульфата натрия;
• витаминотерапия;
• лечение средствами, предназначенными для восстановления работы сердца, печени, почек.

При тяжелом отравлении требуется очень быстрая помощь, так как симптомы могут появиться практически мгновенно.

Хроническая интоксикация бензолом

Такое отравление чаще всего происходит у сотрудников предприятий, работа которых связана с токсичным веществом. Это также может произойти у людей, живущих рядом с автомагистралями. В первом случае это так называемое профессиональное отравление бензолом, во втором — хроническое отравление из-за загрязнения воздуха выхлопными газами автомобилей. Это связано с регулярным вдыханием паров бензола допустимых концентраций или частым контактом с кожей.

Токсичное вещество липофильно, то есть легко растворяется в жирах. Обладая пролонгированным действием на организм, бензол использует жировую ткань в качестве отложения. Поэтому впоследствии, даже при отсутствии ядовитого вещества извне, он продолжает травить организм, избавляясь от жира. Костный мозг становится основным местом его применения.

Симптомы

При хроническом отравлении бензолом наблюдаются признаки стойкого угнетения участков костного мозга, ответственных за образование лейкоцитов, тромбоцитов и эритроцитов, что сопровождается соответствующими симптомами. Тяжесть хронического отравления бензолом зависит от степени поражения костного мозга.

Выделяют четыре стадии интоксикации.

1. Первый характерен общей слабостью, утомляемостью, головной болью, снижением аппетита.
2. Вторая стадия характеризуется кровоточивостью десен, носовыми кровотечениями, ушибами при незначительных травмах.
3. На третьем этапе усиливается выраженность слабости, утомляемости и сонливости. Головная боль сопровождается головокружением и шумом в ушах.
4. С наступлением четвертой стадии выраженность общих симптомов достигает максимума. На слизистых оболочках ротоглотки и полости носа появляются изъязвления.

Тяжелое хроническое отравление четвертой степени может стать причиной смерти пациента. Причиной смерти обычно является сепсис или обильное кровотечение.

Диагностика

При хроническом отравлении бензолом наблюдаются лейкопения, тромбоцитопения и анемия. Для диагностики нужна информация о сроках контакта больного с ядовитым веществом. Анализ крови подтверждает диагноз, показывая снижение уровня лейкоцитов, тромбоцитов и эритроцитов.

Пациент может страдать заболеванием, проявляющим симптомы, похожие на отравление бензолом. Поэтому необходимо проводить дифференциальный диагноз с гематологическими заболеваниями, вызванными другими причинами.

Лечение

Принципы терапии — остановить поступление яда в организм, нейтрализовать его и ускорить выведение, а также исправить функции поврежденных органов.

При подтвержденном диагнозе хронического профессионального отравления бензолом лечение начинается с отстранения пациента от работы.

1. При легких формах достаточно назначить витаминотерапию, полноценное питание и увеличить пребывание на свежем воздухе.
2. Отравление средней степени тяжести требует дополнительного назначения кровоостанавливающих (кровоостанавливающих) и глюкокортикоидных препаратов. При прогрессирующей тромбоцитопении назначают переливание тромбоконцентрата, при лейкопении применяют стимуляторы лейкопоэза.
3. Тяжелое отравление, сопровождающееся кровотечением и развитием сепсиса, требует антибактериальной терапии, переливания свежезамороженной плазмы и массы эритроцитов на фоне продолжающегося лечения кровоостанавливающими средствами.

вывести бензол из организма можно, зная о его метаболизме и способах выведения вещества. Большая часть выводится в неизмененном виде почками и легкими, а меньшая часть окисляется с последующим поступлением продуктов метаболизма в печень. Пребывание на свежем воздухе и еда, богатая витаминами и микроэлементами, способствуют ускоренному выведению токсичных веществ из организма.

Последствия хронической интоксикации

Следствием лечения хронической интоксикации могут быть следующие состояния:

• полное выздоровление, без жалоб и изменений показателей крови;
• стойкий стойкий дефицит эритроцитов без дальнейшего развития болезни;
• прогрессирование болезни, сопровождающееся развитием осложнений.

Наиболее частые смертельные последствия тяжелого отравления — сильное кровотечение и сепсис.

Использование летучего вещества

Область применения бензола довольно велика. Основным направлением было производство других веществ на основе этого реагента. Так, например, если использовать реакцию нитрования, можно получить нитробензол, если провести процедуру хлорирования, можно получить хлорбензол, который в жизни часто называют растворителем, а также многие другие соединения.

Широкое распространение получил метод использования бензола в качестве исходного продукта для создания лекарственных и ароматических веществ. Его часто используют при синтезе мономеров для высокомолекулярных соединений, для создания красителей.

Производные хлора и бензола сейчас успешно используются в сельском хозяйстве. Здесь они используются в качестве химикатов для защиты растений. Например, продукт, в котором атомы водорода заменены атомами хлора, гексахлорбензол, активно используется как продукт для сухой протравки семян пшеницы и ржи.

Производство

Сегодня существует несколько принципиально разных способов получения бензола.

1. Варка на углях. Этот процесс был исторически первым и был основным источником бензола до Второй мировой войны. В настоящее время доля бензола, полученного этим методом, составляет менее 10%. Следует добавить, что бензол, полученный из каменноугольной смолы, содержит значительное количество тиофена, что делает этот бензол непригодным для многих технологических процессов сырьем.
2. Каталитический риформинг (ароматизация) нефтяных бензиновых фракций. Этот процесс является основным источником бензола в США. В Западной Европе, России и Японии этим методом получают 40-60% от общего количества вещества. В этом процессе помимо бензола образуются толуол и ксилолы. В связи с тем, что толуол образуется в количествах, превышающих потребность, он также частично превращается в:
   бензол — гидродеалкилированием;
3. смесь бензола и ксилолов — путем диспропорционирования.
4. Пиролиз бензина и более тяжелых нефтяных фракций. Таким способом производится до 50% бензола. Вместе с бензолом образуются толуол и ксилолы. В некоторых случаях всю эту фракцию направляют на стадию деалкилирования, где и толуол, и ксилолы превращаются в бензол.
5. 
   Получение бензола методом Реппе Тримеризация ацетилена — при пропускании ацетилена при 400 ° C над активированным углем с хорошим выходом образуются бензол и другие ароматические углеводороды: 3C2H2 → C6H6. Производство бензола из ацетилена связано с именем Марселена Бертло, работа которого началась в 1851 году. Однако продукт реакции по методу Бертло, протекавшей при высокой температуре, был, помимо бензола, сложная смесь компонентов. И только в 1948 г. В. Реппе удалось найти подходящий катализатор — никель — для понижения температуры реакции.

Структурная формула

Бензол в некоторой степени является прототипом всех ароматических соединений. Его необычное поведение для соединения, которое на самом деле должно содержать двойные связи, сделало объяснение его структуры серьезной проблемой в химии XIX века.

В 1865 году химик Август Кекуле наконец смог сформулировать структурную формулу.

Каждый атом углерода имеет четыре валентных электрона, два из которых соединяют атом с соседними атомами углерода. Электрон связывает атом водорода. Остальные шесть электронов формально образуют три связи, что выражается в структурной формуле двойными связями. В орбитальной модели шесть электронов с большей вероятностью образуют облако делокализованных зарядов (делокализованная 6π электронная система) выше и ниже уровня углеродного кольца. Кекуле выразил этот факт мезомерии двумя структурными формулами, каждая из которых символизирует только одну крайнюю точку облака зарядов. Из-за мезомерии углеродное кольцо более стабильно, чем гипотетический циклогексатриен с локализованными двойными связями, то есть с двойными связями в фиксированных положениях. В упрощенных обозначениях углеродное кольцо теперь представлено в виде шестиугольника, а электронное облако — в виде вписанного круга. Бензол — простейшая незаряженная ароматическая молекула.

Следовательно, бензол представляет собой равностороннее гексагональное кольцо из 6 атомов углерода, все вторичные и каждый из которых имеет атом водорода. Однако подробные обозначения обычно опускаются:

Однако эта структура не объясняет специфического поведения бензола в реакции. Поэтому предполагалось, что сопряженные двойные связи подвержены постоянной миграции, то есть «они не находятся в одном месте»:

Обратное движение электронов называется мезомерией и характерно для ароматических систем, но не ограничивается ими. Снимок таких мезомерных перестроек называется мезомерной граничной структурой.

В случае дизамещенных продуктов в зависимости от положения заместителей различают

• орто (заместитель на углероде 1 и 2);
• мета (заместители при атомах углерода 1 и 3 или 1 и 5);
• парные (заместители у атомов углерода 1 и 4) положения заместителей.

Способы получения

В настоящее время для получения бензола используют несколько методов. Методы принципиально отличаются друг от друга:

1. Уголь варочный. Этот метод был первым открытым и активно использовался для синтеза бензола до Второй мировой войны. В современной промышленности этим методом получают менее 10% соединений. Вещество, полученное из каменноугольной смолы, отличается высокой концентрацией тиофена, что является причиной его непригодности для многих технологических процессов.
2. Каталитический риформинг (ароматизация) нефтяных бензиновых фракций. Этот метод чаще всего используется в США. В промышленности Западной Европы, России, Японии этим методом производится 40-60% от общего объема бензола. Побочными продуктами реакции являются толуол и ксилолы. Впоследствии толуол используют для получения бензола гидродеалкилированием или смеси бензола и ксилолов путем диспропорционирования.
3. Пиролиз бензина и более тяжелых нефтяных фракций. С помощью этого метода получается примерно 50% от общего количества бензола. Толуол и ксилолы являются побочными продуктами химической реакции. В некоторых случаях всю эту фракцию направляют на стадию деалкилирования, где и толуол, и ксилолы превращаются в бензол.
4. Бензол получают методом Реппе. В процессе тримеризации ацетилен пропускают при температуре 4000 ° C над активированным углем. Реакция характеризуется хорошим выходом бензола и других ароматических углеводородов: 3C2H2 → C6H6.

Бензол транспортируют по железной дороге в специальных цистернах. Большая часть произведенного соединения идет на синтез других продуктов:

• около 50% вещества идет на производство этилбензола (алкилирование бензола этиленом);
• около 25% бензола превращается в кумол (алкилирование бензола пропиленом);
• около 10-5% вещества гидрируется с получением циклогексана;
• около 10% от общего объема полученных соединений идет на производство нитробензола;
• линейные алкилбензолы синтезируются из 2-3% бензола;
• на производство хлорбензола уходит около 1% вещества.

В некоторых случаях бензол используется для производства других соединений. Из-за высокой токсичности вещество редко используется в качестве растворителя. Бензол входит в состав бензина.

Биологическое действие и токсикология

Бензол — один из самых распространенных антропогенных ксенобиотиков.

Бензол очень токсичен. Минимальная смертельная доза для приема внутрь — 15 мл, средняя — 50-70 мл. При непродолжительном вдыхании паров бензола немедленного отравления не происходит, поэтому до недавнего времени порядок работы с бензолом особо не регламентировался. В больших дозах бензол вызывает тошноту и головокружение, а в некоторых тяжелых случаях отравление может привести к летальному исходу. Первым признаком отравления бензолом часто бывает эйфория. Пары бензола могут проникать через неповрежденную кожу. Жидкий бензол вызывает сильное раздражение кожи. Если человеческий организм подвергается воздействию небольшого количества бензола в течение длительного времени, последствия могут быть очень серьезными.

Бензол — мощный канцероген. Исследования показывают, что бензол связан с такими заболеваниями, как апластическая анемия, острый (миелоидный, лимфобластный) лейкоз, хронический миелоидный лейкоз, миелодиспластический синдром и заболевания костного мозга.

Механизм трансформации и мутагенное воздействие бензола

Существует несколько вариантов механизма превращения бензола в организме человека. В первом варианте молекула бензола гидроксилируется микросомальной системой окисления с участием цитохрома Р450. Согласно механизму, бензол сначала окисляется до высокореакционноспособного эпоксида, который затем превращается в фенол. Кроме того, свободные радикалы (активные формы кислорода) образуются из-за высокой активации P450 по реакции:

Cyt P450 + NADPH + H- + O2 → Cyt P450 + NADP + + HOOH.
HOOH → 2ОH
C6H6 + H → C6H5OH

Молекулярный механизм мутагенеза бензола

Бензол — промутаген; приобретает мутагенные свойства только после биотрансформации, что приводит к образованию высокореактивных соединений. Один из них — бензольная эпоксидная смола. Из-за высокого углового напряжения эпоксидного цикла связи -COC- разрываются, и молекула становится электрофильной; легко реагирует с нуклеофильными центрами азотистых оснований молекул нуклеиновых кислот, особенно ДНК.

Механизм взаимодействия эпоксидного цикла с нуклеофильными центрами — аминогруппами азотистых оснований (реакция арилирования) протекает по реакции нуклеофильного замещения SN2. В результате образуются достаточно прочные ковалентно связанные аддукты ДНК, чаще всего такие производные наблюдаются в гуанине (поскольку молекула гуанина имеет максимальное количество нуклеофильных центров), например, N7-фенилгуанин. Образующиеся аддукты ДНК могут приводить к изменению структуры нативной ДНК, нарушая тем самым правильное течение процессов транскрипции и репликации. Что является источником генетических мутаций. Накопление эпоксида в гепатоцитах (клетках печени) приводит к необратимым последствиям: усилению арилирования ДНК и одновременно увеличению экспрессии (сверхэкспрессии) мутантных белков, являющихся продуктами генетической мутации; торможение апоптоза; клеточная трансформация и даже смерть. Помимо выраженной генотоксичности и мутагенности, бензол обладает сильной миелотоксичностью и канцерогенной активностью, в частности этот эффект проявляется в клетках миелоидной ткани (клетки этой ткани очень чувствительны к такому типу воздействия ксенобиотиков).

Бензол и токсикомания

Бензол оказывает на человека опьяняющее действие и может привести к наркозависимости.

Острое отравление

При очень высоких концентрациях почти мгновенное бессознательное состояние и смерть в течение нескольких минут. Цвет лица синюшный, слизистые часто вишнево-красные. При более низких концентрациях — возбуждение, подобное алкоголизму, затем сонливость, общая слабость, головокружение, тошнота, рвота, головная боль, потеря сознания. Также наблюдаются сокращения мышц, которые могут переходить в тонические судороги. Зрачки часто расширены и не реагируют на свет. Дыхание сначала ускоряется, затем замедляется. Температура тела резко падает. Быстрый пульс, небольшое наполнение. Падение артериального давления. Сообщалось о случаях тяжелой сердечной аритмии.

После тяжелого отравления, не ведущего напрямую к летальному исходу, иногда наблюдаются длительные нарушения здоровья: плеврит, мокрота верхних дыхательных путей, заболевания роговицы и сетчатки глаза, поражение печени, сердечные недуги и т.д. Случай вазомоторного невроза с отеком лица и конечностей, сенсорными расстройствами и судорогами сразу после острого отравления парами бензола. Иногда смерть наступает через некоторое время после отравления.

Хроническое отравление

В тяжелых случаях наблюдаются: головная боль, сильная усталость, одышка, головокружение, слабость, нервозность, сонливость или бессонница, несварение желудка, тошнота, иногда рвота, отсутствие аппетита, учащенное мочеиспускание, менструация, часто стойкое кровотечение из слизистой оболочки рта, особенно десны и нос, которые длятся часами и даже днями. Иногда после удаления зуба возникает стойкое кровотечение. Многочисленные незначительные кровотечения (кровоизлияния) на коже. Кровь в стуле, маточное кровотечение, кровоизлияние в сетчатку. Обычно именно кровотечение, а часто и сопутствующее ему повышение температуры тела (температура до 40 ° и выше) приводит отравленного в больницу. В этих случаях прогноз всегда тяжелый. Причиной смерти иногда становятся вторичные инфекции: известны случаи гангренозного воспаления надкостницы и некроза челюсти, тяжелого язвенного воспаления десен, общего сепсиса с септическим эндометритом.

Иногда при тяжелом отравлении развиваются симптомы заболеваний нервов: усиление сухожильных рефлексов, двусторонний клонус, положительный симптом Бабинского, глубокое расстройство чувствительности, псевдотабетические расстройства с парестезией, атаксией, параплегией и двигательными расстройствами (признаки поражения столбов заднего отдела спинного мозга и пирамидного мозга).

Наиболее типичные изменения в крови. Количество эритроцитов обычно резко снижается — до 1-2 миллионов и меньше. Также резко снижается содержание гемоглобина, иногда до 10%. Цветовой показатель в некоторых случаях низкий, иногда близкий к норме, а иногда высокий (особенно при тяжелой анемии). Отмечаются анизоцитоз и пойкилоцитоз, пункция базофилов и появление ядерных эритроцитов, увеличение количества ретикулоцитов и объема эритроцитов. Более характерно резкое снижение количества лейкоцитов. Иногда лейкоцитоз вначале, быстро сменяющийся лейкопенией, приводит к ускорению СОЭ. Изменения крови при этом не развиваются. Чаще всего сначала поражается лейкопоэтическая система, а позже добавляется тромбоцитопения. Поражение эритробластической функции часто наступает даже позже. В дальнейшем может развиться характерная картина тяжелого отравления — апластическая анемия.

Явления отравления могут сохраняться и даже прогрессировать через месяцы или годы после прекращения приема бензола.

Первая помощь при отравлении и лечение

При остром отравлении бензолом (парами бензола) пострадавшего необходимо предварительно вывести на свежий воздух, при остановке дыхания для нормализации проводят искусственное дыхание, в качестве стимуляторов дыхания используют кислород и лобелин. Использование адреналина в качестве аналептика категорически запрещено! При рвоте — 40% раствор глюкозы внутривенно, при нарушении кровообращения — введение раствора кофеина. Если отравление произошло перорально, и бензол попал в желудок, необходимо промыть его растительным маслом (хорошо впитывает бензол), процедуру следует проводить с осторожностью, так как возможна аспирация. При легком отравлении пациенту показан покой. При возбужденном состоянии необходимы седативные средства. При анемии проводят переливание крови, витамина B12, фолиевой кислоты, при лейкопении — витамина B6, пентоксила. При пониженном иммунитете (иммунодефицитном состоянии) — иммуностимуляторы.

Действие бензола на биомембраны

Биологические мембраны — это надмолекулярные структуры — липидный бислой, в котором молекулы белков и полисахаридов интегрированы (встроены) или прикреплены к поверхности. Липиды, из которых состоят биомембраны, по своей природе являются амфифильными (дифильными) соединениями, то есть способны растворяться как в полярных, так и в неполярных веществах из-за наличия так называемых полярных групп. «Головные» (карбоксил-СООН, гидроксил -ОН, аминогруппы -NH2 и др.) И так называемые неполярные. «Хвосты» (углеводородные радикалы — алкилы, арилы, полициклические структуры, такие как холестан и другие).

Бензол — эффективный солюбилизатор биологических мембран; быстро растворяет неполярные группы (так называемые углеводородные «хвосты») липидов, в основном холестерин, входящий в состав мембран. Процесс солюбилизации ограничивается концентрацией бензола, чем она больше, тем быстрее протекает этот процесс. В процессе солюбилизации выделяется энергия, буквально разрывая липидный бислой (липидный бислой), что приводит к полному разрушению (разрушению структуры) мембраны и последующему апоптозу клетки (в процессе разрушения биомембран они являются активированными мембранными рецепторами (такими как: CD95, TNFR1, DR3, DR4 и другие), которые активируют апоптоз клеток).

Действие на кожу

При частом контакте рук с бензолом наблюдаются сухость кожи, растрескивание, зуд, покраснение (обычно между пальцами), отечность и волдыри из проса. Иногда из-за кожных повреждений рабочие вынуждены увольняться с работы.

Максимально допустимая концентрация 5 мг / м3.

Использование

Сам бензол в прошлом часто использовался в качестве растворителя в химической промышленности, но теперь он в значительной степени заменен менее канцерогенными веществами — толуолом и ксилолом. Кроме того, благодаря своим легковоспламеняющимся свойствам, он добавляется в топливо, что объясняет, почему 75% бензола в воздухе поступает с выбросами автомобилей.

В виде производных, таких как толуол, анилин или фенол, он используется в промышленности для текстиля, парфюмерии, фармацевтики, пластмасс и красителей. Ацетилсалициловая кислота и ацетаминофен также содержат бензольную основу.

Экспертиза трудоспособности

При начальных формах хронической интоксикации — временный перевод на работу без контакта с бензолом и его аналогами; санаторно-курортное лечение, отдых, возвращение к работе — под тщательным динамическим наблюдением. При сохранении, рецидиве или прогрессировании явлений интоксикации — перевод на постоянную работу, не связанную с воздействием токсичных веществ. При необходимости переквалификации или при выраженных формах интоксикации — направление во ВТЭК (инвалидность).

Структура

По составу бензол относится к непредельным углеводородам (гомологический ряд Cn

H2
п
-6), но в отличие от углеводородов этиленового ряда, C2H4 обладает свойствами, присущими ненасыщенным углеводородам (для них характерны реакции присоединения), только в жестких условиях, но бензол более склонен к реакциям замещения. Такое «поведение» бензола объясняется его особой структурой: наличием атомов в плоскости и наличием в структуре сопряженного 6π-электронного облака. Современное представление об электронной природе связей в бензоле основано на гипотезе Лайнуса Полинга, который предложил изобразить молекулу бензола в виде шестиугольника с вписанным кругом, подчеркнув тем самым отсутствие фиксированных двойных связей и наличие единого электронного облака, покрывающего все шесть атомов углерода цикла.

В специальной и популярной литературе распространен термин бензольное кольцо

, относящиеся, как правило, к углеродной структуре бензола без учета других атомов и групп, связанных с атомами углерода. Бензольное кольцо содержится во многих различных соединениях.

Экология

Бензол — экологически вредное вещество, токсичное вещество антропогенного происхождения. Основными источниками выбросов бензола в окружающую среду со сточными водами или в атмосферу являются нефтехимическая и коксохимическая промышленность, производство топлива и транспорт.

Бензол легко испаряется из водоемов, способен превращаться из почвы в растения, что представляет серьезную угрозу для экосистем.

Бензол обладает свойствами кумуляции, благодаря своей липофильности он способен откладываться в клетках жировой ткани животных, отравляя их.