Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Химия

Бензол и его производные  Просмотрен 819

 

Любой химик знает, что очень многие соединения, которые называются ароматическими, начиная с их родоначальника бензола, обладают отвратительным запахом. Но мало кто из химиков задумывается об этом «противоречии». Забавно, что редактор одной энциклопедии для детей упорно пытался заменить в статьях слово «ароматический» на «приятно пахнущий» или «с приятным запахом» – чтобы, по его словам, «на одной странице не было частого повторения одного и того же термина». У профессионального же химика термин «ароматический» ассоциируется прежде всего с правилом ароматичности Хюккеля или же со специфическими химическими свойствами ароматического кольца. Откуда же взялось такое странное определение этих соединений?

В Средние века арабские торговцы привозили с острова Ява смолу, которую выделяют растущие там деревья. При горении от этой смолы исходит приятный запах. Арабы называли эту смолу luban jawi – ладаном яванским. Европейские купцы, покупавшие ладан у арабов, не знали арабского языка. Но первый слог «лу» напоминал им определенный артикль в некоторых европейских языках – lo в итальянском или le и la во французском. Поэтому европейцы стали называть это вещество lu banjawi, а потом, отбросив «артикль», просто «банджави». Со временем, как это часто бывает с иностранными словами, произношение изменилось на «бенджами», затем на «бенджоин», а с середины XVII века – на «бензоин» (по‑русски эту смолу называли росным ладаном). Английское же название benzoin, а также benjamin, было дано по ассоциации с древнееврейским именем Benjamin (Бенджамин, Вениамин), дословно «сын правой руки», то есть «счастливой руки».

В 1557 году итальянский химик Алессио Пьемонтский при сухой перегонке этой ароматической смолы выделил кристаллическое, легко возгоняющееся вещество. Поэтому не удивительно, что со временем, когда выяснили, что это вещество – органическая кислота, ее назвали бензойной. В 1832 году Ю. Либих и Ф. Вёлер опубликовали статью «О радикале бензойной кислоты», в которой установили состав этой кислоты. А радикал С6Н5СО, присутствующий без изменений в ряде веществ, например в бензоилхлориде и бензальдегиде, они назвали бензоилом. Бензальдегид входит в состав горькоминдального масла со специфическим запахом, довольно приятным при малых концентрациях. Приятно пахнут и многие другие соединения, выделенные из растительных эфирных масел и содержащих в молекуле бензольное кольцо. Отсюда и название «ароматический», данное немецким химиком Фридрихом Августом Кекуле (1829–1896) соединениям этого типа, начиная с бензойной кислоты. Так, бензальдегид используется в парфюмерно-косметических композициях и как пищевой ароматизатор. Эфиры бензойной кислоты (от метилового до амилового) также обладают сильным запахом и применяются в парфюмерной промышленности. Метиловый эфир называют ниобовым маслом, поскольку он содержится в эфирном масле растения ниобе (оно относится к рододендронам).

Приятным запахом гиацинта обладает фенилэтаналь, который применяется в парфюмерии под названием гиацинтин. Сама же бензойная кислота не пахнет.

В качестве консервантов в косметической, фармацевтической и пищевой промышленности широко используются сложные эфиры пара -гидроксибензойной кислоты – парабены (от англ. para-hydroxy benzoate ). Чаще других используются метилпарабен (пищевая добавка E218), этилпарабен (E214), пропилпарабен (E216) и натриевые соли парабенов.

Интересно, что в конце XVIII века ряд химиков, в том числе К. В. Шееле, утверждали, что бензойная кислота содержится в моче животных, питающихся растительной пищей. Однако в 1829 году Либих показал, что эта кислота из мочи, в отличие от бензойной, содержит азот. Он назвал ее гиппуровой, от греч. hippos – «лошадь»; этот же корень в словах «ипподром» и «гиппопотам» (дословно – «речная лошадь», а второй корень можно найти также в англ. potamic – «речной»). Гиппуровая кислота С6Н5СОNHCH2COOH содержится в лошадиной моче, и при ее гниении кислота гидролизуется с выделением свободной бензойной кислоты (что и объясняет ошибку Шееле).

У слова бензол тоже длинная история. В 1833 году немецкий химик Эйльхард Мичерлих (1794–1863), нагревая бензойную кислоту с известью, получил жидкое вещество, не содержащее кислорода и идентичное веществу, полученному ранее Фарадеем из отстоя светильного газа (газ для освещения улиц получали пиролизом угля). Мичерлих назвал эту жидкость бензином (нем. Benzin, читается «бенцин»). Однако Либих указал, что суффикс «ин» химики применяют для обозначения органических веществ, содержащих атом азота (например, пиридин); он предложил название Benzol (немцы произносят «бенцол»). Корень «бенз» взялся из бензойной кислоты и ее производных, а окончание – от нем. Öl – «масло» (вещество имеет маслообразный характер). Не все химики были с этим согласны, и суффикс «ол» со временем закрепился за спиртами (метанол, этанол и др.). Однако в немецком и русском языке сохранилось название «бензол», тогда как по‑английски «бензол» – это benzene (читается «бензин»). Корень «бенз» в настоящее время присутствует в огромном множестве ароматических соединений, родоначальником которых считается не бензойная кислота, а бензол.

Теоретически у бензола существует шесть так называемых валентных изомеров; в них каждый атом углерода связан с одним атомом водорода, а сами атомы углерода связаны друг с другом разными способами. Реально существуют только пять таких изомеров (или их производных). Один из них получил название бензвалена – сокращение от бенз ол и вален тность.

Остальные четыре – это обычный бензол (бензол Кекуле); бензол Дьюара, предложенный еще в 1867 году английским физиком и химиком Джеймсом Дьюаром (1842–1923), который в «чистом виде» не получен, а его три-трет -бутильное производное синтезировали только в 1962 году; синтезированный в 1973 году призман (в форме призмы) и бициклопропенил (его синтезировали в 1989 году).

Ближайший гомолог бензола – толуол. Это вещество впервые было выделено в 1838 году из продуктов переработки каменного угля. Через три года французский химик Анри Этьен Сент-Клер Девиль (1818–1881) получил это вещество из толуанского бальзама – желтовато-коричневой приятно пахнущей смолы южноамериканского дерева Toluifera balsamum . Вероятно, название дерева связано с названием города Сантьяго‑де-Толу в Колумбии. Самое известное производное толуола – взрывчатый тринитротолуол; сокращенные его названия – тротил или тол. Радикал толилсульфонил называется сокращенно тозилом (tosyl, Ts, Tos, от англ. tolyl sulfon yl).

Три изомерных диметилбензола называются ксилолами. Корень «ксил» нам уже встречался в названии пятиатомного спирта ксилита. Впервые ксилол был выделен французским химиком Огюстом Кауром (1813–1891) в 1850 году из сырого древесного спирта, откуда и получил свое название. Содержится он и в древесном дегте – продукте сухой перегонки древесины. Соответственно, изомерные карбоксильные производные ксилола называются ксилиловой и изоксилиловой кислотами.

Один из изомерных триметилбензолов, 1,3,5‑триметилбензол с симметричным расположением заместителей, имеет тривиальное название мезитилен. Как указывалось (см. окись мезитила ), происходит этот термин от греч. mesos – «средний, срединный»; как и окись мезитила, мезитилен можно получить из ацетона. Другой изомер, 1,2,3‑триметилбензол, называется гемимеллитолом (гемеллитолом). Название происходит от гемимеллитовой (1,2,3‑бензолтрикарбоновой) кислоты. По-гречески hemi – «полу-„: в этой кислоте содержится вдвое меньше карбоксильных групп, чем в мелитовой (бензолгексакарбоновой) кислоте; другое ее написание – меллитовая. Эта кислота получила название от минерала меллита (мелита), который встречается в ископаемых углях. Меллит – алюминиевая соль мелитовой (меллитовой) кислоты, кристаллогидрат состава Al2[C6(COO)6].18Н2О (часть воды может выветриваться). Это редкий пример минерала с „органической начинкой“. Его название происходит от лат. mel – „мед“: минерал имеет медово-желтый цвет, недаром его называют также медовым камнем. Соответственно, гексаметилбензол имеет тривиальное название меллитол, а 2,3‑диметилбензойная кислота получила название гемеллитиловой. При пиролизе меллитовой кислоты получается 1,2,4,5‑бензолтетракарбоновая кислота, которая по методу ее получения была названа пиромеллитовой. Еще одна кислота с тем же корнем, 1,2,3,5‑бензолтетракарбоновая, называется мелофановой (она же меллофановая; вторая часть этого термина происходит от греч. phainein – „показывать“).

Интересно, что в латинском названии меда (mel), а также в греческом (µέλι) никакого удвоения согласной нет. В то же время и в русских, и в иноязычных изданиях нередко эту букву (л, l ) удваивают. Например, по‑английски пишут и melic acid, и mellic acid; и melite, и mellite (второй термин встречается намного чаще). По-немецки также можно встретить оба написания: Melitsäure и Mellitsäure, причем второе также значительно чаще.

Возможно, написание mellitic (меллитовая) связано с латинским прилагательным mellitus – „медовый“. Однако в таких терминах (также произошедших от „меда“), как melissic acid – „мелиссиновая кислота“, melissyl alcohol – „мелиссиловый спирт“, удвоения согласной „л“ нет. В английском названии злака перловник (melic grass) тоже нет удвоения. Причем латинское название этого растения (Melica) объясняется сладковатым вкусом стеблей некоторых видов, то есть также образовано от лат. mel („мед“). Возможно и другое объяснение: в английском термине melliс удвоили букву, чтобы не путать со старым словом melic – „предназначенный для вокального исполнения“ (в греческой лирической поэзии). Этимология тут другая, от греч. melos – „песня“, отсюда и интернациональное слово „мелодия“. Наконец, третья версия: удвоение могло произойти под воздействием таких терминов, как allyl – „аллил“, colloid – „коллоид“, gallic acid – „галловая кислота“ и т. п. Кстати, в украинском языке, в том числе в химических терминах, удвоенные согласные, как правило, не используются: алил, колоїд, галiй, телур, паладий, галова кислота, фулерен и т. д. (исключение составляют только сложные термины типа „метиллаурат“).

Но вернемся к алкилзамещенным бензолам. Из тетраметилбензолов тривиальные названия имеют так называемый рядовой (то есть 1,2,3,4‑изомер) и симметричный (1,2,4,5‑изомер). Первый называется пренитолом. Его название происходит от соответствующей бензолтетракарбоновой кислоты – пренитовой. Очень похожи названия прегнитиловой (пренитиловой) кислоты (2,3,4‑триметилкарбоновой) и прегнитовой (пренитовой) кислоты (1,2,3,4‑бензолтетракарбоновой). Происхождение этих названий не совсем обычное: при кристаллизации указанных кислот из растворов образуются таблички, похожие по форме на минерал пренит Ca2Al2Si3O10(OH)2. Минерал же был назван в честь нидерландского полковника Хендрика ван Прена (1733–1785), который командовал вооруженными силами нидерландской колонии на мысе Доброй Надежды. В 1774 году Прен привез неизвестный минерал в Германию, где его проанализировали и назвали в честь Прена. Разное же написание в справочниках, энциклопедиях и учебниках упомянутых выше кислот происходит из‑за разного прочтения слова prehnit – со звучащим и немым h.

Симметричный изомер тетраметилбензола называется дуролом, а его гидроксильное производное – дуренолом. Ничего „дурацкого“ в них нет: эти названия (как и у дуралюмина) происходят от лат. durus – „твердый“: дурол – единственный твердый при комнатной температуре тетраметилбензол (плавится при 79,2 °C). Непривычно звучат также названия некоторых производных дурола.

Так, несимметричный 1,2,3,5‑тетраметилбензол называется изодуролом, твердым он становится лишь при охлаждении до –23,7 °C. Гидроксильное производное изодурола (тетраметилфенол) называется изодуренолом, изомерные триметилбензойные кислоты называются дуриловой и изодуриловой, а аминопроизводное изодурола – изодуридином.

Изопропилбензол называется кумолом. Он образуется при перегонке со щелочью куминовой кислоты (пара -изопропилбензойной). Ее производное, куминовый альдегид (4‑изопропилбензальдегид), содержится в куминовом масле из семян травянистого растения зиры (так называемого римского тмина Cuminum cyminum, название которого восходит к др.‑евр. kammon – „тмин“). Семена зиры очень похожи на семена тмина, хотя вкус у них разный. А псевдокумол – это изомер кумола, несимметричный 1,2,4‑триметилбензол. Соответственно, его аминопроизводное называется псевдокумидином. Наконец, три изомерных метилизопропилбензола имеют тривиальные названия орто -, мета – и пара -цимолов (их иногда неправильно называют цименами, от англ. cymene ). „Обычный“ цимол – это пара- изомер, бесцветная прозрачная жидкость с приятным запахом. Он также содержится в эфирных маслах из тмина, кориандра, аниса, эвкалипта и др. Так что названия „кумол“ и „цимол“ имеют одно происхождение (латинская буква c в разных положениях и в разное время читалась как „к“ и как „ц“). Если в молекулу кумола ввести в пара- положение аминогруппу, получится 4‑изопропиланилин, который называется кумидином.

Из непредельных производных бензола самое известное – стирол (фенилэтилен). Его получил в 1831 году французский химик Ж. Ф. Бонастр перегонкой стиракса – ароматического бальзама, который выделяется из надрезов на коре тропических деревьев рода Styrax . В смоле из корней стиракса в больших количествах находится сложный эфир коричного спирта и коричной кислоты (циннамилциннамат). Поэтому не удивительно, что коричный спирт имеет тривиальное название стирон, а его сложный эфир циннамилциннамат назван стирацином.

В молекуле капиллена (2,4‑гексадиинилбензола) содержатся две ацетиленовые связи. Это вещество было выделено из полыни волосовидной Artemisia capillaries .

Интересно „рыбное“ название ротан у аналога ДДТ – инсектицида ДДД (дихлордифенилдихлорэтана). Его тривиальное название происходит от лат. rota – „колесо“, с углеводородным суффиксом „ан“. Тот же корень в слове „ротор“. Вероятно, придумавший такое название имел в виду вращение дихлорметильной группы вокруг связи С – С.

 

Предыдущая статья:Стероиды Следующая статья:Фенолы и хиноны
page speed (0.0101 sec, direct)