ベンゼン Skeletal formula detail of benzene. 分子構造
Benzene molecule 空間充填モデル
Benzene ball-and-stick model 球棒モデル
Sample of benzene 室温でのベンゼン
物質名 別名
Benzol(historic/German) [ 1] (historic)
識別情報 ChEBI ChEMBL ChemSpider ECHA InfoCard 100.000.685 EC番号 KEGG RTECS number UNII InChI=1S/C6H6/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H
Key: UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N
性質 C 6 H 6 モル質量 −1 外観 無色の液体 匂い 甘い芳香 密度 0.8765(20) g/cm3 [ 2] 融点 5.53 °C (41.95 °F; 278.68 K) 沸点 80.1 °C (176.2 °F; 353.2 K) 1.53 g/L (0 °C)[ 3] [ 4] [ 5] [ 6] 溶解度 アルコール、クロロホルム、四塩化炭素、ジエチルエーテル、アセトン、酢酸に溶ける[ 6] エタンジオール への溶解度 5.83 g/100 g (20 °C)[ 6] ジエチレングリコール への溶解度 52 g/100 g (20 °C)[ 6] log POW 2.13 蒸気圧 12.7 kPa (25 °C)[ 7] 共役酸 ベンゼニウム [ 8] 共役塩基 ベンゼニド[ 9] λmax 255 nm 磁化率 −54.8·10−6 cm3 /mol 屈折率 (n D )1.5011 (20 °C)[ 6] 粘度 0.7528cP (10 °C) 構造 平面三角形 0D 熱化学 標準定圧モル比熱 ,C p ⦵ 134.8 J/mol·K 標準モルエントロピー S ⦵ 173.26 J/mol·K[ 7] 48.7 kJ/mol 標準燃焼熱 Δc H o −3267.6 kJ/mol[ 7] 危険性 労働安全衛生 主な危険性
潜在的な職業性発がん物質、可燃性 GHS 表示[ 10] Danger H225, H302, H304, H305, H315, H319, H340, H350, H372, H410[ 10] P201, P210, P301+P310, P305+P351+P338, P308+P313, P331[ 10] NFPA 704 引火点 −11.63 °C (11.07 °F; 261.52 K) 497.78 °C (928.00 °F; 770.93 K) 爆発限界 1.2–7.8% 致死量または濃度 (LD, LC) 930 mg/kg (ラット, 経口)[ 12] LCLo (最低致死濃度)
44,000 ppm (ウサギ, 30 分)[ 13] NIOSH TWA 1 ppm, ST 5 ppm[ 11] Ca TWA 0.1 ppm ST 1 ppm[ 11] 500 ppm[ 11] 安全データシート (SDS)HMDB 関連する物質 関連物質 トルエン ボラジン 特記無き場合、データは
標準状態 (25 °C [77 °F], 100 kPa) におけるものである。
ベンゼン （英 :benzene ）は、分子式 C6 H6 、分子量 78.11 の最も単純な芳香族炭化水素 である。原油 に含まれており、石油化学 における基的化合物 の1つである。分野によっては慣用としてドイツ語 (Benzol:ベンツォール) 風にベンゾール と呼ぶことがある。ベンジン (benzine、主として炭素数5 - 10の飽和炭化水素からなる混合物)とはまったく別の物質であるが、英語 では異綴の同音異義語 である。
無色 で、甘い芳香を持つ引火 性の高い液体 である。
構造および性質が類似する4物質、ベンゼン (Benzene)、トルエン (Toluene)、エチルベンゼン (Ethylbenzene)、キシレン (Xylene) の頭文字をとってBTEX と称されることがある。ベンゼン・トルエン・キシレンの3つをBTXとも呼ぶ。
試薬瓶に入ったベンゼン 6個の炭素 原子が平面上に亀 の甲（六角形 ）状に配置し、各炭素はsp2 混成軌道 をとっている。炭素原子間の結合距離は1.397Å であり、C−C間の1.534 ÅとC=C間の1.337 Åの中間である。これは、全ての炭素同士の結合が等価になっていることを意味する。ケクレ構造式では交代する二重結合 と単結合 で表されているが、実際は局在化したσ電子と非局在化 したπ電子が存在し、非局在化した電子 は環の上下に環状のπ電子雲を形成する。等価な結合が形成された結果、対称な構造をもつ。非局在化していることを強調するためにベンゼン環を六角形の中に丸を書いた形（構造式右図）で表示することがある。
π電子が非局在化すると、単なる二重結合・単結合の並びに比べて安定性が高くなる。このようにπ電子を非局在化した環状炭化水素 のうち、π電子が (4n+2) 個（6個、10個、14個、……）あり、完全共役かつ平面構造をとれるものはすべてのπ電子が結合性軌道 に入るため特に安定性が高くなる。ベンゼン環を含む、このような安定した化合物を芳香族化合物 と呼ぶ。
ベンゼン環はベンゼン核とも呼ばれるが、現在ではあまり一般的な呼び名ではない。置換基となる場合はフェニル基
フェニル基 の暗号としてはPhが用いられる。芳香族炭化水素 の置換基はアリール基 と呼ばれ、フェニル基はナフチル基 と同様にアリール基に属する。
構造式の見かけ上ベンゼンは二重結合を持つが、アルケンと異なり付加反応 よりも置換反応 の方が起こりやすい。
WHO の下部機関IARC より発癌性 がある (Type1) と勧告されており、米国・カナダ ・EU ・オランダ など各国でも独自に人体影響を研究評価している[ 14] 大気汚染 に係る環境基準 が定められている。また1973年にはベンゼンから生ずる中毒の危害に対する保護に関する条約 が発効した。なお、ムコン酸 は、ヒトがベンゼンに曝露された時の指標とされる。ただし、ヒトがベンゼンに曝露されると、他にフェノール、カテコール、ヒドロキノンなども代謝産物として生ずることが知られている[ 15]
代謝 は肝臓で行われ代謝の中間産物としてフェノール 、カテコール 、ヒドロキノン 等が生成され代謝産物が骨髄 で毒性を発現する[ 16] [ 17]
1950年代 、サンダル 工場で接着 作業に従事していた工員が継続的なベンゼンの吸入により、造血器 系の傷害（白血病 等）を受け死亡する事象が発生した。この事象を契機としてベンゼンの毒性・発癌性が問題視されるようになり、有機溶剤 としては代替品で毒性の比較的低いトルエンやキシレンが使用されるようになった。しかし、これら代替溶剤は故意の吸入（いわゆるシンナー遊び）という、別の弊害を生むことになった。現在においても化学工業・理化学実験 では使用が忌避される傾向にある。ベンゼン含有量を削減したガソリン などがその代表例である。
2006年 春以降英国 などの諸外国で清涼飲料水からベンゼンが低濃度検出されることが公表され、10ppbを越える製品の自主回収が要請された。生成の原因は保存料 である安息香酸 と酸化防止剤 であるビタミンC の反応によるもの、とされている。日本でも厚生労働省医薬食品局食品安全部が市販の清涼飲料水を調査し、1つの製品で70ppbを超える濃度が検出され、自主回収を要請した[ 18]
都市ガス製造時に生成しガス製造施設で高濃度のベンゼンによる土壌汚染 [ 19] 地下水汚染 [ 20]
ベンゼンは炭素の豊富な素材が不完全燃焼 すると生産される。自然界では火山 噴火や森林火災でも発生し、タバコ の主流煙・副流煙にも含まれる。
ベンゼンの工業的製造法には以下の物がある。
第二次世界大戦 までは、製鉄産業 においてコークス の副産物としてベンゼンが生産された。その後1950年代 になると、特にプラスチック 産業の成長によりベンゼンの需要は増大し、石油 からベンゼンを生産することが求められた。今日ではベンゼンの9割以上は石油化学工業 で生産され、石炭 からの生産は相対的に少なくなった。
粗製ベンゼンの2016年度日本国内生産量は474,969t、工業消費量は227,755t、純ベンゼンの2016年度日本国内生産量は4,072,574t、工業消費量は1,957,946tである[ 21]
石炭蒸し焼きによる一酸化炭素 を主成分とする都市ガス 製造過程でも、ベンゼンが生成する。このため、都市ガス を製造した工場跡地において、ベンゼンなどによる土壌汚染 や地下水汚染 が起こることがある。
接触改質 (catalytic reforming) 沸点が80–200℃の炭化水素 の混合物を水素 ガスと混合する。そして、塩化白金 あるいは塩化ロジウム 触媒と500–525℃、8–50atmで作用させる。この条件下では、脂肪族炭化水素 は環を形成し、水素を失って芳香族炭化水素 になる。反応生成物を蒸留、およびジエチレングリコール やスルホラン などによる溶媒抽出によって分離精製して純粋なベンゼンを得る。 水蒸気クラッキング (steam cracking) 脂肪族炭化水素からエチレン や他のオレフィン を生成する過程である。ナフサ などを原料とすると芳香族に富む分解ガソリン を副生する。これを蒸留 および溶媒抽出 によって分離精製して純粋なベンゼンを得る。 トルエンの水素脱アルキル化 (toluene hydrodealkylation) トルエンを水素と混合させ、クロム 、モリブデン または酸化白金 触媒に500–600℃、40–60気圧で作用させる。場合によっては、触媒 の代わりにより高い圧力が使用される。反応式を以下に示す。 C 6 H 5 CH 3 + H 2 ⟶ C 6 H 6 + CH 4 {\displaystyle {\ce {C6H5CH3 + H2 -> C6H6 + CH4}}} 通常、反応の収率 は95%を超える。場合によってはトルエンの代わりにキシレンやもっと分子量の大きい芳香族化合物が使用されるが、変換効率は悪い。 トルエンの不均化 トルエン2分子の反応によってベンゼンとキシレンを生成する。トルエンと比較すると、ベンゼンとキシレンは化学原料としての需要が多いので経済的に成立するプロセスである。反応式を以下に示す。 2 C 6 H 5 CH 3 ⟶ C 6 H 6 + C 6 H 4 ( CH 3 ) 2 {\displaystyle {\ce {2C6H5CH3 -> C6H6 + C6H4(CH3)2}}} この他に、アセチレン 3分子から赤熱した鉄触媒(あるいは石英触媒 )でも得ることができる（ヘキストワッカー法 ）。具体的には、赤熱させた鉄 管もしくは石英 管にアセチレンガスを通すと得られる。
3 CH ≡ CH ⟶ C 6 H 6 {\displaystyle {\ce {3CH#CH -> C6H6}}} 現在ベンゼンは他の化学物質を製造するための材料として利用されている。用途の大部分を占めるのが、プラスチック 原料としてのスチレン や、樹脂や接着剤の原料としてのフェノール 、ナイロン 製造に用いるシクロヘキサン などである。その他、ゴム、潤滑剤、色素、洗剤、医薬品、爆薬、殺虫剤 などの製造に用いられている。
かつては強力な有機溶剤 として利用され、特に金属部品からグリース を除くのに使われていた。またペンキはがし、染み抜き、ゴム糊などの家庭用製品にも広く使われていた。毒性が明らかになるにつれ、より毒性の少ないトルエンなどの他の溶剤に取って代わられた。日本では労働安全衛生法 および特化則 により溶剤 としての利用は原則禁止されている。1950年代に四アルキル鉛 に代わるまで、オクタン価 を上げてノッキング を防ぐためガソリン に添加されていた。世界的に有鉛ガソリンが廃止される過程で、再びベンゼン添加が行われるようになった国もある。
ベンゼンに由来する主な化成品。記事へのリンクあり。 1825年 、ファラデー によって、鯨油 を熱分解 したときの生成物の中から初めて発見された[ 22] [ 23]
1833年、ミチェルリヒが安息香酸 (benzoic acid )と生石灰 を蒸留して得た物質にbenzin と名付けたのが名前の由来となった[ 24] [ 25]
1845年、アウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマン の下にいたCharles Mansfieldがコールタール からベンゼンを単離し、4年後に工業規模の製造を始めた。化学者の間では次第にベンゼンに関連する化合物が大きなグループを形成するという考えが醸成され、1855年にホフマンが芳香族 という名称を付けることになる。
そして1865年 にドイツの化学者アウグスト・ケクレ によって、炭素原子からなる六員環 構造をもち、各炭素原子に1つずつ水素原子が結合し、さらに、炭素原子間には単結合と二重結合が交互に配列した「ベンゼンの環状構造式」（ケクレ構造式 ）が提案された[ 26] [ 27] ウロボロス ）が自分の尻尾を噛んでぐるんぐるん回っていたなどと言われているが、その真偽については疑問が持たれている（詳細はケクレの項目を参照）。この構造(ケクレ構造 )を持つ分子をケクレ分子 という。
提唱されたベンゼンの構造式。左から2番目がデュワーの式、3番目はプリズマン として知られる ケクレ以外にもデュワー やバンバーガー をはじめとして多くのベンゼン構造式が提唱されてきた。
これらのうち、デュワーのベンゼン式に相当する置換化合物（フォトピリドン (photopyridone) など）が発見されており、デュワー式に相当するベンゼンの類縁体の総称してデュワーベンゼン と呼称されることもある。ヘキサメチルデュワーベンゼンは市販もされている[要出典 。
Unicode のその他の技術用記号 に割り当てられている。
記号 Unicode JIS X 0213 文字参照 名称 ⌬ U+232C-⌬⌬BENZENE RING ⏣ U+23E3-⏣⏣BENZENE RING WITH CIRCLE
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二環
五員環+五員環 五員環+六員環 六員環+六員環 五員環+七員環
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