Struktura

Přehled nejdůležitějších arenů

Přehled nejdůležitějších arenů

1.  Benzen

Benzen je bezbarvá kapalina s charakteristickým zápachem, známá svými karcinogenními účinky. Je těkavý a hořlavý a ve vodě nerozpustný. Dobře rozpustný je ve většině organických rozpouštědel. Benzen se získává z černouhelného dehtu vznikajícího při výrobě koksu nebo z ropy při výrobě benzínu. V České republice je vyráběn v Litvínově v Unipetrolu RPA procesem katalytické hydrodealkylace toluenu (tzv. procesem Pyrotol). Při tomto procesu dochází k hydrogenačnímu odbourávání postranních řetězců na aromatickém cyklu. Toluen při hydrodealkylaci poskytuje benzen a methan:

obrazek

Jako katalyzátor se používají oxidy chromu, molybdenu nebo kobaltu nanesené na alumině. Reakce probíhá při teplotě 600 °C a tlaku 6 MPa. Vzniká velké množství methanu, kolem 250 m3 z 1 tuny zpracovaného toluenu.

Benzen se používá hlavně jako surovina pro výrobu celé řady chemických látek:

Benzen se také používá jako rozpouštědlo pro tuky, vosky, pryskyřice, inkousty, nátěry, plasty a pryž. Dále slouží jako odmašťovací prostředek. Benzen se také využívá v tiskařství a litografii, v obuvnickém průmyslu a při výrobě pneumatik. Je součástí automobilového benzinu.

 

Schéma reaktivity a využití:

                                    obrazek

 

 

2.  Toluen

Toluen je čirá, ve vodě nerozpustná těkavá kapalina. Získává se ze stejných zdrojů jako benzen. Přes 50 % toluenu se spotřebovává na výrobu benzenu nebo xylenu.

Toluen nachází široké uplatnění jako technické rozpouštědlo. Nitrací toluenu do třetího stupně se získává průmyslová výbušnina TNT (tritol, 2,4,6-trinitrotoluen - video exploze 100 tun TNT). Oxidací toluenu zase vzniká kyselina benzoová.

Toluen je také používán jako příměs (vysokooktanová složka) pro zvyšování oktanového čísla automobilových benzinů.

 

3.  Styren

Čistý styren je bezbarvá olejovitá kapalina se sladkým zápachem. Je špatně rozpustný ve vodě. Dobře se rozpouští v organických rozpouštědlech, jako jsou alkoholy, ethery, aceton a sirouhlík.

Styren snadno podléhá polymeraci, při níž vzniká polystyren, nebo kopolymeračním reakcím za vzniku různých druhů kaučuků (např. butadien-styrenový kaučuk).

Mezi nejznámější výrobky, které jsou založeny na bázi styrenu, patří např. pryž, elektrické izolace, sklolaminát, potrubí, automobilové součásti, obaly na potraviny, plastové nádobí a lahve a další spotřební produkty.

 

4.  Kumen

Kumen je hořlavá bezbarvá kapalina, která se vyrábí propylací benzenu. Slouží především k výrobě fenolu a acetonu, při níž se kumen oxiduje na kumenhydroperoxid, který se následně rozkládá kyselinou sírovou na fenol a aceton (viz schéma reaktivity a využití benzenu).

 

5.  Xyleny (dimethylbenzeny)

Xyleny vytváří tři izomery s různou polohou dvou methylových skupin navázaných na benzenové jádro: ortho-xylen, meta-xylen a para-xylen. Jsou to hořlavé kapaliny, jejichž páry tvoří se vzduchem výbušnou směs. Ve směsi xylenů je obvykle v největším množství zastoupen meta-xylen.

Xyleny jsou jen nepatrně rozpustné vodě, zatímco v nepolárních rozpouštědlech jsou rozpustné dobře.

Xyleny se získávají z podobných zdrojů jako benzen a toluen. Protože celosvětová spotřeba ortho- a para-xylenu je mnohem větší než u meta-xylenu, byly do procesu získávání xylenů zavedeny izomerační jednotky meta-xylenu. Izomerací, která probíhá v atmosféře vodíku při teplotě 200 až 500 °C za přítomnosti katalyzátoru, se získá rovnovážná směs (zastoupení nejžádanějšího para-xylenu je asi 24 %), ze které se po oddělení para-xylenu zbývající xyleny opětovně přemění na rovnovážnou směs a v dalším kroku se opět oddělí žádaný para-xylen:

obrazek

Přes 90 % vyprodukovaných směsí xylenových izomerů se přidává do benzínu pro zvýšení oktanového čísla. Zbývající část se používá ve formě rozpouštědla v tiskařském a kožedělném průmyslu a k výrobě jednotlivých izomerů. Tyto směsi se vyskytují se také v prostředcích pro domácnost, jako jsou barvy a laky, a slouží i jako čisticí a odmašťovací prostředky a ředidlo pro barvy a fermeže.

Nejvýznamnějším izomerem je para-xylen. Tento izomer slouží k výrobě tereftalové kyseliny, která je surovinou pro výrobu polymerů (např. polyetylentereftalátu (PET) nebo polyesterového vlákna (Dacron)).

Ortho-xylen se používá jako výchozí surovina pro výrobu ftalanhydridu, používaného při výrobě barviv, pryskyřic a ftalátových změkčovadel PVC.

Meta-xylen slouží k výrobě polyesterových pryskyřic a fungicidů.

 

6.  Naftalen

Naftalen je bezbarvá, charakteristicky páchnoucí látka. Je nerozpustný ve vodě, ale zato se rozpouští v alkoholu, éteru a uhlovodících. Při zahřátí sublimuje. Získává se z černouhelného dehtu.

Hlavním výrobcem naftalenu v ČR je DEZA Valašské Meziříčí. Čistý naftalen je surovinou pro výrobu barviv. Jeho oxidací se vyrábí ftalanhydrid, důležitá surovina pro výrobu ftalátových změkčovadel.

Nejznámějším výrobkem jsou asi naftalínové kuličky proti molům. Naftalen může být součástí přípravků na konzervaci dřeva, kterými se ošetřují např. železniční pražce. 

 

7.  Vyšší polykondenzované aromatické uhlovodíky

Patří mezi nejsilnější známé karcinogeny a výskyt řady z nich byl potvrzen mimo jiné v cigaretovém dehtu. Mezi nejškodlivější látky patří 1,2:5,6-dibenzoanthracen a 3,4-benzpyren.

obrazek

Zdroje

  • FIKR, Jaroslav a Jaroslav KAHOVEC. Názvosloví organické chemie. Olomouc: Rubico, 2002, ISBN 80-7346-017-3.
  • HONZA, Jaroslav a Aleš MAREČEK. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, ISBN 80-7182-141-1.
  • JANECZKOVÁ, Anna a Pavel KLOUDA. Organická chemie. Ostrava: Nakladatelství Pavel Klouda, 1998, ISBN 80-902155-6-4/9802.
  • KOTLÍK, Bohumír a Květoslava RŮŽIČKOVÁ. Chemie v kostce II.. Havlíčkův Brod: Fragment, 1997, ISBN 80-7200-342-9.
  • PACÁK, Josef. Jak porozumět organické chemii. Praha: Karolinum, 1997, ISBN 80-7184-261-3.
  • SVOBODA, Jiří a kol. Organická chemie I. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 2005, ISBN 80-7080-561-7.

 

Obrázky

Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Mgr. Michal Bezděk.

Víte, že ...

Unipetrol RPA

Unipetrol RPA je předním českým producentem v oblasti rafinérských, petrochemických a agrochemických surovin, což se odráží i ve zkratce RPA: rafinérie, petrochemie, agrochemie.

Obr. 1: Logo Unipetrol

Česká rafinérská, a.s. - rafinérie Litvínov

 

Výroba aromátů v Unipetrolu RPA

V Unipetrolu RPA se vyrábí většina nejdůležitějších aromatických uhlovodíků, a to z tzv. pyrolýzního benzinu.

Pyrolýzní benzin je název pro kapalnou frakci z pyrolýzy, která vře od 30 °C do 200 °C a obdobně jako primární benzin obsahuje uhlovodíky od 5 do 12 uhlíků v řetězci. Na rozdíl od primárního benzinu jsou zde však zastoupeny především aromáty, dieny a alkeny.

Pyrolýzní benzín se rozdestiluje na jednotlivé frakce, čímž se získává i frakci aromatických uhlovodíků (benzen, toluen a xyleny = BTX uhlovodíky). Zpracování této frakce na jednotlivé zástupce zahrnuje nejprve extrakci, při které přejde většina aromatických uhlovodíků do rozpouštědla, ze kterého se aromatické uhlovodíky vydestilují, a takto získaná čistá směs aromátů se frakční destilací rozdělí na benzen, toluen, xyleny a výševroucí aromáty.

 

Petrochemické procesy

Katalytické reformování se používá pro výrobu benzenu, toluenu a xylenů z primárního benzínu. Vstupní suroviny ve formě par  se mísí s vodíkem a reagují za zvýšené teploty a tlaku (450 až 550 °C a 1 až 5 MPa) na povrchu katalyzátoru. Na něm dochází k dehydrogenačním, dehydrocyklizačním a isomeračním procesům. Ty vedou zejména ke vzniku aromatických uhlovodíků (např. benzenu a toluenu) a vodíku z nasycených cyklických uhlovodíků – cykloalkanů (např. cyklopentanu nebo cyklohexanu).

Dalším významným petrochemickým procesem je pyrolýza uhlovodíků. Podstatou pyrolýzy uhlovodíků je štěpení vazeb mezi atomy uhlíku při 700900 °C v pyrolýzních pecích, které jsou součástí tzv. ethylenových jednotek.

Nejvíce používanou surovinou pro pyrolýzu je lehký primární benzín.

Výsledkem pyrolýzy je soustava velkého počtu především nenasycených a aromatických uhlovodíků. Hlavním produktem pyrolýzy jsou ethen a propen. Dalšími pyrolýzními produkty jsou pyrolýzní benzín, aromatické uhlovodíky (hlavně benzen, toluen a xyleny), pyrolýzní oleje a topné plyny (obvykle methan, který slouží vedle externího zemního plynu k ohřevu pyrolýzních pecí).

Separace jednotlivých pyrolýzních produktů se poté provádí metodou destilace (rektifikace).

Víte, že ...

Aromatické uhlovodíky v ovzduší

S rostoucí intenzitou automobilové dopravy roste význam sledování znečištění ovzduší aromatickými uhlovodíky. Rozhodujícím zdrojem atmosférických emisí aromatických uhlovodíků – zejména benzenu a jeho alkyl derivátů – jsou především výfukové plyny benzinových motorových vozidel. 

Výskyt benzenu na Ostravsku

Obr. 2: Situace na Ostravsku

 

Znečištění ovzduší v Česku

Víte, že ...

Styren

Styren se získává alkylací benzenu ethenem na ethylbenzen a následnou katalytickou dehydrogenací ethylbenzenu.

 

 Fenol

V současné době jsou hlavními surovinami pro výrobu fenolu benzen a propen. Při výrobě dochází nejprve k alkylaci benzenu propenem na isopropylbenzen (kumen), následně oxidaci kumenu na kumenhydroperoxid a poté k přesmyku působením kyseliny sírové na fenol a aceton.

 

Anilín

Anilín se získává hydrogenací nitrobenzenu, který se připravuje nitrací benzenu. Jeho výroba je instalována v BC-MCHZ v Ostravě. Tento podnik je licensorem technologie a postup je prodáván i do zahraničí. Úspěch technologie „českého anilínu“ je spjat s týmem prof. Paška z VŠCHT.

 

Cyklohexan

Vyrábí se katalytickou hydrogenací benzenu.

 

 

Toluen

Toluen je méně žádaný než benzen, popř. para- (nebo ortho-) xylen. Toluen vzniká při katalytickém reformování nebo pyrolýze.

 

Zneužívání toluenu

Toluen má narkotický účinek, ve větších koncentracích působí dokonce excitaci, po níž nastává bezvědomí a případně i smrt. Při chronické expozici působí ospalost, malátnost, bolesti hlavy, poruchy spánku. Při záměrné inhalaci vyvolává toluen euforii, spánek spojený s velmi barevnými sny a vůbec má vliv na rozvoj fantazie a představ. Po aplikaci přichází velmi záhy spánek, někdy i ztráta vědomí. Zde spočívá jedno z největších nebezpečí působení látky, neboť se spánkem se vytrácí schopnost kontroly dávkování drogy a člověk se vlastně udusí dalším vdechováním.

Obr. 3: Balení toluenu

 

Xyleny

Xyleny se získávají z tzv. xylenové frakce (zbylá část BTX frakce), obsahující p-xylen, m-xylen, o-xylen a etylbenzen. Protože body varu těchto uhlovodíků jsou si velmi blízké, není technicky možné provést rozdělení směsí m-xylenu a p-xylenu rektifikací. K jejich vzájemnému rozdělení dochází buď krystalizací p-xylenu (p-xylen lze separovat po ochlazení směsi jako pevnou látku), nebo adsorpcí p-xylenu na molekulových sítech, při níž se do pórů vhodného sorbentu adsorbují jen molekuly p-xylenu, zatímco ostatní látky s vyšším molekulárním průměrem, se do malých pórů „nevejdou“ a procházejí sorpční vrstvu neadsorbovány. V ČR se p-xylen nevyrábí.

 

Naftalen

Hlavním výrobcem naftalenu v České republice je firma DEZA ve Valašském Meziříčí, kde se tato látka získává z černouhelného dehtu a surového benzolu (vedlejší produkty z koksování uhlí).

Z černouhelného dehtu se v DEZE získávají ještě další kondenzované uhlovodíky, jako je anthracen, pyren a další.

Obr. 4: Zásobníky naftalenu ve firmě DEZA

 

Ftalanhydrid

Používá se při výrobě barviv, pryskyřic a ftalátových změkčovadel PVC.

V ČR ho vyrábí DEZA Valašské Meziříčí.

 

DEZA, a. s. Valašské Meziříčí

Výrobce aromatických uhlovodíků a dalších chemických látek. S roční zpracovatelskou kapacitou 450 000 tun černouhelného dehtu a 160 000 tun surového benzolu patří mezi významné podniky v oboru na světě.

Obr. 5: Logo DEZA

Valašskomeziříčská chemička Deza tajila únik naftalenu

 

Benzo(a)pyren

Benzo(a)pyren je přítomen v kouři ze spalování uhlí a dřeva, v automobilových výfukových plynech a v cigaretovém kouři. Při vykouření jedné cigarety vdechne kuřák přibližně 25 ng této látky. 

Benzo(a)pyren v ovzduší

Procvič si

Identifikujte známé areny podle nápovědy v textu:

  1. Tento aren je významnou surovinou chemického průmyslu, využívá se např. k výrobě kyseliny benzoové, benzaldehydu a známé výbušniny se zkratkou TNT. Je také často užívaným rozpouštědlem. Získává se při karbonizaci uhlí. Bývá zneužíván toxikomany, kteří vdechují jeho páry.

 

  1. Skupina substituovaných arenů (o-, m-, p-) se dříve získávala z černouhelného dehtu, dnes především z ropy. Slouží hlavně jako rozpouštědlo nebo k výrobě dalších organických sloučenin.

 

  1. Bicyklický aren je známý pro svou schopnost sublimovat. Získává se z černouhelného dehtu i petrochemicky. Využívá se k výrobě mnoha organických sloučenin.

 

  1. Hledaný aren je jedovatou kapalinou, která se získává průmyslově při karbonizaci uhlí nebo z cyklohexanu katalytickou dehydrogenací. Pokud jej zapálíme, hoří za vzniku velkého množství sazí. Je významnou surovinou pro výrobu léčiv, barviv a dalších chemikálií. Používá se také jako rozpouštědlo, ale je nutné s ním zacházet opatrně, protože je karcinogenní.

 

  1. Vícecyklický aren obsahující pět benzenových kruhů. Je silně karcinogenní a mutagenní. Nachází se ve spalných produktech uhlí nebo v cigaretovém kouři.

 

  1. Tento aren se připravuje z ethylenu a benzenu, a vyrábí se z něj vinylbenzen (styren), který slouží k výrobě polystyrenu.
Logolink