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苯是有机化学中最重要的芳香烃之一。1825年,英国科学家法拉第首次从煤焦油中分离出苯,当时称为双碳化氢。1865年,德国化学家凯库勒提出了著名的苯环结构理论,奠定了芳香化学的基础。苯的分子式为C6H6,是一种无色透明、具有特殊芳香气味的易燃液体,不溶于水但易溶于有机溶剂。
苯分子具有独特的环状结构。六个碳原子采用sp²杂化,形成平面六边形,每个碳原子与相邻碳原子形成σ键,同时与一个氢原子结合。最重要的是,六个碳原子的p轨道相互重叠,形成离域的π电子云,这种共轭体系使苯分子具有特殊的芳香性和稳定性,能量比预期的环己三烯结构低约150千焦每摩尔。
苯的物理性质与其分子结构密切相关。苯的熔点为5.5摄氏度,沸点为80.1摄氏度,密度为0.879克每立方厘米,比水轻。由于苯是非极性分子,分子间主要通过范德华力相互作用,因此不溶于极性的水,但易溶于有机溶剂。苯还具有易挥发和易燃的特点,闪点为负11摄氏度,在常温下就能形成易燃的蒸气。
苯的化学性质主要体现在其独特的芳香性上。苯分子有6个π电子,符合4n+2芳香性规则,π电子的离域化使苯环具有特殊的稳定性。因此苯倾向于发生取代反应而不是加成反应,以保持芳香环的完整性。典型的取代反应包括硝化反应、磺化反应和卤化反应。反应机理是亲电取代,首先亲电试剂进攻苯环形成碳正离子中间体,然后失去质子恢复芳香性。
苯的工业制备主要有两种方法。第一种是石油裂解法,以石脑油为原料,在750到850摄氏度高温下,使用铂重整催化剂进行芳构化反应,产率可达60到70%。第二种是煤焦油分馏法,将煤焦油在分馏塔中按沸点分离,苯在80到85摄氏度馏出,可获得99.9%的高纯度产品。目前石油裂解法是主要的工业生产方式,而煤焦油分馏法仍在一些地区使用。