1,4-Бензохинон

1,4-Бе́нзохино́н (хинон, п-бензохинон) — органическое соединение с химической формулой C₆H₄O₂, представитель класса хинонов, один из двух известных изомеров бензохинона. Применяется в производстве гидрохинона, красителей и как дубильное вещество.

1,4-​Бензохинон
Общие
Хим. формула	C6H4O2
Физические свойства
Молярная масса	108,10 г/моль
Плотность	1,320 г/см³
Энергия ионизации	9,68 ± 0,01 эВ[1] и 10,04 эВ[2]
Термические свойства
Температура
• плавления	115,7 °C
• вспышки	200 ± 1 ℉[1] и 100 ± 1 ℉[1]
Давление пара	0,1 ± 0,1 мм рт.ст.[1]
Химические свойства
Растворимость
• в воде	0,705 г/100 мл (5 °C) 1,523 г/100 мл (30 °C)
Структура
Дипольный момент	0 Кл·м[2]
Классификация
Рег. номер CAS	106-51-4
PubChem	4650
Рег. номер EINECS	203-405-2
SMILES	C1=CC(=O)C=CC1=O
InChI	InChI=1S/C6H4O2/c7-5-1-2-6(8)4-3-5/h1-4H AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N
RTECS	DK2625000
ChEBI	16509
ChemSpider	4489
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

История

1,4-Бензохинон впервые получен А.А. Воскресенским в 1838 году путём окисления хинной кислоты диоксидом марганца в серной кислоте^[3]. Эффект дубления хиноном желатина был обнаружен братьями Люмьер в 1907 году^[4].

Физические свойства

Золотисто-жёлтые кристаллы с резким запахом. Молярная масса — 108,10 г/моль. Имеет температуру плавления = 115,7 °C, относительную плотность ${\displaystyle d_{4}^{20}}$ = 1,320, легко возгоняется и перегоняется с паром. Окислительно-восстановительный потенциал хинона E_Ox/Red = −0,711 В (бензол, 25 °C). Легко растворим в спирте, эфире, горячем лигроине, щелочных растворах. Растворимость в воде: 0,705 г/100 мл (5 °C), 1,523 г/100 мл (30 °C)^[3][5].

Молекула 1,4-бензохинона обладает рядом признаков ароматических соединений. Она имеет плоское строение, при этом все атомы углерода и кислорода имеют sp²-гибридизацию. Шесть ${\displaystyle \pi }$-электронов плоского цикла распределены в сопряжённой системе шести атомов углерода, но длины одиночной связи в кольце (0,149 нм) и двойной (0,132 нм) сильно отличаются друг от друга и от длины ароматической связи в бензоле (0,140 нм), что даёт основания рассматривать это соединение не как ароматическое, а как циклический α,β-ненасыщенный дикетон^[6].

Химические свойства

1,4-Бензохинон обладает хорошей восстанавливаемостью, при этом процесс восстановления легко обратим. Восстановление можно провести при помощи водорода (с применением катализатора из двуокиси платины), гидразином или двуокисью серы. Процесс восстановления идёт с образованием гидрохинона по следующей схеме^[3]:

${\displaystyle {\ce {<=>[+e^-]}}}$ ${\displaystyle {\ce {<=>[+e^-]}}}$ ${\displaystyle {\ce {<=>[+2H^+]}}}$

Может образовывать устойчивые анион-радикалы, называемые семихинонами. С бензолом, толуолом, нафталином, антраценом и гидрохиноном эти комплексы образуются в соотношении 1:1, с фенолом — в соотношениях 1:1 и 1:2^[3].

При взаимодействии 1,4-бензохинона с первичными аминами образуются монохинонимины, с гидроксиламином — п-хинонмонооксим и п-хинондиоксим. При взаимодействии с реактивами Гриньяра хинон превращается в хинолы, которые перегруппировываются в алкилгидрохиноны. С метанолом хинон образует 2,5-диметокси-1,4-бензохинон, с анилином — 2,5-дианилино-1,4-бензохинон. В реакции Дильса — Альдера хинон выступает как диенофил. В щелочной среде хинон реагирует с перекисью водорода с образованием эпоксигидрохинона, который в кислой среде превращается в гидроксихинон^[3].

Задубливает коллаген и желатин, образуя поперечную сшивку между белковыми структурами, но из-за окраски хинона и образования красных пятен продуктов окисления это свойство находит лишь ограниченное применение^[7][4]. Степень дубления зависит от значения pH. Действие малозаметно при pH < 5, становится заметным при pH = 5, быстро растёт до значения pH = 8, после чего рост замедляется^[4]. По аналогии с более простыми исследованными соединениями предполагается, что процесс задубливания проходит по следующему механизму^[7]:

${\displaystyle 2Gel-NH_{2}+2}$ ${\displaystyle \longrightarrow }$ ${\displaystyle +}$

Получение

В лаборатории может быть получен:

• из анилина путём окисления при помощи дихромата калия с последующей экстракцией бензолом^[8];
• из гидрохинона, также путём окисления дихроматом калия в среде серной кислоты^[5].

В промышленности получают путём окисления анилина двуокисью марганца в серной кислоте при 3—10 °C, также применяют способ с окислением дихроматом натрия в серной кислоте при 20 °C^[3].

Применение

Участвует в производстве гидрохинона как промежуточный продукт. Также используется в производстве красителей, применяется как дубитель^[3].

Безопасность

При попадании в организм вызывает превращение гемоглобина в метгемоглобин, что приводит к анемии. При наружном взаимодействии вызывает раздражение кожи. ПДК составляет 0,05 мг/м^3[3].

Примечания

1. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0542.html
2. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
3. Карпова, 1988.
4. Mees, 1942, с. 122.
5. Травень, 2015, с. 496.
6. Травень, 2015, с. 496—497.
7. Джеймс, 1980, с. 86.
8. Прянишников, 1956, с. 111.

Литература

• Джеймс Т. Теория фотографического процесса = The theory of the photographic process / пер. 4-го американского изд. под ред. Картужанского А. Л.. — 2-е русское изд. — Л.: «Химия». Ленинградское отделение., 1980. — 672 с.
• Карпова Н. Б. Бензохиноны : статья // Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. и др.. — М. : Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А—Дарзана. — С. 278—279. — 623 с.
• Прянишников Н. Д. Практикум по органической химии. — М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1956. — 244 с.
• Травень В. Ф. Органическая химия. — 4-е издание (электронное). — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. — Т. 2. — 550 с.
• Mees, C. E. K. The theory of photographic process (англ.). — 1st edition. — New York: The Macmillan Company, 1942.