benzène - chimie.

benzène - chimie. 1 PRÉSENTATION benzène, hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6. C'est le terme le plus simple et constitutif de la série des arènes (anciennement appelés « hydrocarbures aromatiques «). Le benzène a été découvert en 1826 par le scientifique britannique Michael Faraday. En 1848, Mansfield et Hofmann l'isolèrent à partir des goudrons de houille où il est présent en grandes quantités. Actuellement, il est obtenu industriellement soit à partir du pétrole brut, par extraction et distillation de ce dernier ou par cyclisation (transformation de chaînes linéaires en chaînes cycliques) d'alcanes présents dans le pétrole brut, soit à partir de la houille par pyrogénation (traitement par la chaleur). 2 STRUCTURE En 1865, le chimiste allemand Kekulé a décrit pour la première fois la structure cyclique particulière de la molécule de benzène. Il représente le cycle benzénique (ou noyau benzénique) par un hexagone plan où alternent trois liaisons simples et trois liaisons doubles carbone-carbone (C-C). Dans le modèle des orbitales, les six électrons p des doubles liaisons forment en fait trois doublets électroniques p (symbolisés par trois tirets selon les formules de Lewis) qui ne sont pas localisés sur trois liaisons particulières, mais délocalisés sur l'ensemble des six liaisons du cycle. Par conséquent, le cycle benzénique constitue un système conjugué et présente deux formes mésomères (ou formes limites). Ces formes limites sont purement fictives et issues d'un formalisme d'écriture servant à décrire la mésomérie (ou résonance) des molécules. Elles n'ont aucune réalité physique. Si bien qu'on représente souvent le cycle benzénique sous une troisième forme où la délocalisation des doublets p est symbolisée par un cercle inscrit dans l'hexagone. On parle alors de « nuage électronique délocalisé «. Cette dernière représentation montre bien le caractère « intermédiaire « entre liaison simple et double liaison des liaisons C-C du cycle benzénique. De plus, elle trouve sa validité expérimentale dans la mesure des liaisons C-C du cycle : ces dernières ont toutes la même longueur (0,146 nm), intermédiaire entre celle des liaisons simples (0,154 nm) et celle des doubles liaisons (0,135 nm). La représentation du cycle benzénique par Kékulé est très utile et utilisée en chimie organique et minérale pour décrire certains mécanismes réactionnels simples. Cependant, elle ne correspond pas à la véritable structure électronique du cycle benzénique. Le modèle quantique de l'atome et la théorie des orbitales moléculaires offrent une représentation plus précise. 3 PROPRIÉTÉS Le benzène est un liquide incolore, peu dense, d'odeur caractéristique. Il fond à 5,4 °C, bout à 80,4 °C et a une densité d'environ 0,88 à 20 °C. Il est insoluble dans l'eau, mais miscible en toutes proportions aux solvants organiques. Il est lui-même un excellent solvant de certains composés comme le soufre, le phosphore, l'iode, les gommes, les graisses, les cires, les résines et la plupart des produits organiques simples. Cependant, en raison de son caractère cancérigène et de la toxicité de ses vapeurs, il est de plus en plus remplacé par l'un de ses dérivés, le toluène. Ce caractère cancérigène n'a été sérieusement pris en compte que récemment. Ainsi, il convient de manipuler le benzène avec précaution, d'autant plus que ses vapeurs (et lui-même) sont inflammables. Le benzène est peu réactif du fait de la délocalisation des doublets p qui lui confère une très grande stabilité. Par conséquent, les réactions qui brisent la structure du noyau benzénique sont largement défavorisées par rapport à celles qui la conservent. Ainsi, contrairement aux alcènes, le benzène subit difficilement des réactions d'addition, car elles modifient sa structure. On peut cependant obtenir le cyclohexane C 6H12 par addition de dihydrogène en présence d'un catalyseur (le nickel), dans des conditions de température et de pression élevées. Par contre, la forte densité électronique régnant sur le cycle benzénique lui confère un caractère nucléophile. Aussi le cycle benzénique est le siège de faciles et nombreuses substitutions électrophiles, c'est-à-dire le remplacement d'un ou de plusieurs atomes d'hydrogène par un groupement électrophile (qui a une forte affinité pour les électrons), car ces réactions conservent la structure électronique du benzène. Les principales réactions de substitutions électrophiles sur le cycle benzénique sont : l'acylation, l'alkylation, la sulfonation, la nitration et l'halogénation. 4 UTILISATIONS Le benzène est d'une importance industrielle considérable. Il permet de synthétiser des composés importants, comme le nitrobenzène -- qui sert à la fabrication de l'aniline --, le toluène -- utilisé dans la production du trinitrotoluène (ou TNT), explosif puissant --, le styrène, le cyclohexane et le phénol. Avec ses dérivés, il fait partie d'un groupe de composés organiques primordiaux pour l'industrie chimique : les arènes. Ces derniers sont utilisés dans la production des détergents, des produits pharmaceutiques et des fibres textiles. Le benzène sert également à produire un insecticide très employé en agriculture : l'hexachlorocyclohexane de formule C 6H6Cl6. Le benzène pur brûle dans l'air du fait de sa teneur élevée en carbone. Il améliore la qualité des supercarburants grâce à son indice d'octane élevé. En Europe, on a longtemps ajouté au carburant des moteurs du benzène mélangé à du toluène et à d'autres composés voisins. Voir aussi composés aromatiques ; hydrocarbures. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. 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