Benzen, aren veya aromatik hidrokarbonlar olarak adlandırılan organik bileşikler sınıfının en basit üyesidir. Renksiz, yanıcı, kaynama noktası 80,1 °C, erime noktası 5,5 °C olan bir sıvıdır. Moleküler formülü C6H6'dır. Benzen, endüstriyel bakımdan değerli olduğu gibi yapısı bakımından da kimya çalışmalarında önemlidir. Kan hücrelerini öldürme etkisi olduğundan kanser yapıcı bileşikler arasına girer.
Benzen, her yerde kullanılan benzin ve hidrokarbon yakıtlarında yaygın olduğundan, insanların benzene maruz kalması küresel bir sağlık sorunudur. Benzen karaciğeri, böbreği, akciğeri, kalbi ve beyni hedef alır ve DNA zinciri kırılmalarına ve kromozom hasarına neden olabilir, dolayısıyla teratojenik ve mutajeniktir. Benzen, insanlar da dâhil olmak üzere hayvanlarda kansere neden olur.
Tarihçe
Eskiden balina yağının ısı etkisiyle bozunmasından elde edilen gaz, basınçla evlere gönderilir ve aydınlatmada kullanılırdı. Benzen, 1825 yılında Michael Faraday tarafından bu gazdan kalan yağımsı bölümde keşfedildi. Yaklaşık sekiz sene sonra başka araştırmacılar aynı maddeyi benzoik asidin kireçleyükseltgenmesinden elde ettiler. 1845'te August Wilhelm von Hofmann benzen diye adlandırdığı aynı maddeyi elde etmek için kömür katranı kullandı.
Benzen, karbon atomlarının düzlemde düzgün altıgen biçiminde dizilmesinden oluşur. Karbonlar arasındaki uzaklık 1397 angströmdür. Köşelerde bulunan her karbon atomuna bir hidrojen atomu bağlıdır. Ayrıca değişik yapılarda bulunabilir. Uzaysal olarak şekli düzlemsel şekline oranla oldukça farklıdır.
Tepkime yeteneği
Benzenin yapısının kimyasal tepkimelere ne şekilde bir tepki gösterdiği üzerine yapılan çalışmaların, organik kimya teorilerinin gelişmesinde önemi büyük olmuştur. Hidrojen atomlarının karbon atomlarına oranının böyle düşük olduğu bir bileşikten umulan katılma tepkimeleri benzende olmaz. Benzenin gösterdiği tipik tepkimelerden biri, substitüsyon tepkimeleridir. Bu tepkime bir aktif grubun benzendeki bir hidrojeni çıkarıp onun yerine geçmesi şeklinde gerçekleşir. Bu davranışı izah etmek altı elektronun (benzende varmış gibi gösterilen 3 tane çifte bağdan ileri gelen) belli karbonlarda değil bütün benzen karbonlarına dağılmış olduğunu düşünmekle mümkün olur. Elektronların böyle dağılmış olması (belli karbonlarda olmaması) molekülün kararlı olmasını sağlar ve yine bu molekülün fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler.
Elde edilişi
Benzenin yapı diyagramı.
Benzenin yer değiştirme tepkimeleri oldukça önemlidir. Çünkü, aromatik bileşiklerin pek çoğu bu tepkimelerle oluşturulur. II. Dünya Savaşı'ndan önce benzenin önemli kaynağı maden kömüründen elde edilen katran idi. İkinci Dünya Savaşı sırasında benzen ve bununla ilgili aromatik hidrokarbonlara (toluen, ksilen vb.) duyulan büyük gereksinimle başka kaynaklar aranmaya başlandı. Bugün Amerika'da üretilen benzenin %75'i petrolden olup toluenin (C6H5-CH3) ya da toluen içeren petrolün dealkilizasyonu işlemi ile yapılmaktadır. Bu işlem hidrojen kullanmayı, yüksek sıcaklığı, basıncı ve bir de katalizörü gerektirmektedir. İkinci bir yöntem naftence zengin petrolün hidrojenlerinin yüksek sıcaklık ve basınçta koparılmasıdır (dehidrojenasyon). Benzen, fenolünindirgenmesiyle ve asetilenintrimerleşmesiyle elde edilir.
Kullanılışı
Benzen, sanayide plastik imalinde kullanılan stiren ve fenolün sentezinde başlangıç maddesi olarak, naylon bileşenlerinde, sentetikdeterjan üretiminde kullanılır. Uçak benzinlerinde, boya yapmaya yarayan anilinin başlangıç maddesi ve böcek öldürücü olarak da benzen kullanılır. Benzen aynı zamanda iyi bir çözücüdür.
Benzenin türevleri
Anilin, DDT, DDB, Maleik anhidrit, Stiren, Diklorobenzen ve Siklohekzan gibi kimyasal maddelerin üretiminde yer almaktadır. Benzenden türeyen aromatik hidrokarbonlar sınıfı genel olarak arenler ismiyle tanınır.
Sağlık üzerindeki etkileri
Benzen, kanser ve diğer hastalıkların riskini artıran bir kanserojen olarak sınıflandırılır ve aynı zamanda kemik iliği yetmezliğinin bilinen bir nedenidir. Önemli miktarda epidemiyolojik, klinik ve laboratuvar verisi benzeni aplastik anemi, akut lösemi, kemik iliği anomalileri ve kardiyovasküler hastalıkla ilişkilendirir.[12][13][14] Benzenin ilişkili olduğu spesifik hematolojik maligniteler şunlardır: akut miyeloid lösemi (AML), aplastik anemi, miyelodisplastik sendrom (MDS), akut lenfoblastik lösemi (ALL) ve kronik miyeloid lösemi (KML).[15]
Benzenin kanserojenliği, İsveçli farmakolog C. G. Santesson tarafından 1897'de bir lastik fabrikasının kadın işçilerinde keşfedildi.[16][17]Amerikan Petrol Enstitüsü (API) 1948 yılında "benzen için kabul edilen kesinlikle güvenli tek konsantrasyon sıfırdır" ifadesini kullanmıştır.[18]
Toksikoloji
Maruziyetin biyobelirteçleri
Birkaç test benzene maruziyeti belirleyebilir. Benzen nefes, kan veya idrarda ölçülebilir, ancak bu tür testler genellikle kimyasalın ekshalasyon veya biyotransformasyon yoluyla nispeten hızlı bir şekilde atılması nedeniyle maruziyetten sonraki ilk 24 saatle sınırlıdır. Gelişmiş ülkelerdeki çoğu insanın kanında ölçülebilir bazal benzen ve diğer aromatik petrol hidrokarbonları seviyeleri vardır. Vücutta benzen, mukonik asit, fenilmerkaptürik asit, fenol, katekol, hidrokinon ve 1,2,4-trihidroksibenzen dâhil olmak üzere bir dizi oksidasyon ürününe enzimatik olarak dönüştürülür. Bu metabolitlerin çoğu, maruziyetin derecesi ve süresiyle orantılı olarak idrarda biriktikleri ve maruziyet sona erdikten sonra bile birkaç gün daha mevcut olabildikleri için, insan maruziyetinin biyobelirteci olarak bir miktar değere sahiptir.[19][20][21][22]
Moleküler toksikoloji
Benzenin toksikolojik değerlendirmesinin paradigması, temel biyolojik mekanizmaların daha iyi bir şekilde anlaşılmasına olanak tanıdığı için moleküler toksikoloji alanına doğru kaymaktadır. Glutatyon, benzen kaynaklı DNA kırılmalarına karşı koruma sağlayarak önemli bir rol oynuyor gibi görünmektedir ve maruziyet ve etki için yeni bir biyobelirteç olarak tanımlanmaktadır.[23] Benzen, periferik kan lökositlerinde ve kemik iliğinde kromozomal sapmalara neden olur ve bu da kronik maruziyetin neden olduğu lösemi ve multipl miyelomun daha yüksek insidansını açıklar. Bu sapmalar, hematotoksisite belirteçleri olarak hematolojik testlerle birlikte benzenin etkilerini değerlendirmek için DNA probları ile floresan in situ hibridizasyon (FISH) kullanılarak izlenebilir.[24]
Kanserojen aktivitesi
Benzenin kanserojen etkilerini anlamanın bir yolu biyolojik oksidasyon ürünlerini incelemektir. Örneğin saf benzen vücutta oksitlenerek kolayca atılmayan ve DNA ile etkileşime girerek zararlı mutasyonlar üretebilen bir epoksit, benzen oksit üretir.
Benzen maruziyeti
Toksik Maddeler ve Hastalık Kayıt Ajansı'na (ATSDR) (2007) göre benzen, volkanik patlamalar, orman yangınları, fenol gibi kimyasalların sentezi, sentetik elyaf üretimi ve kauçuk, yağlayıcı, pestisit, ilaç ve boya imalatı gibi süreçlerden hem sentetik olarak üretilen hem de doğal olarak oluşan bir kimyasaldır. Benzen maruziyetinin başlıca kaynakları tütün dumanı, otomobil servis istasyonları, motorlu taşıtların egzozu ve endüstriyel emisyonlardır; ancak benzenin yutulması ve deri yoluyla emilmesi benzen ile kirlenmiş suyla temas yoluyla da meydana gelebilir. Benzen karaciğerde metabolize edilir ve idrarla atılır. Hava ve su benzen seviyelerinin ölçümü, aktif kömür tüpleri aracılığıyla toplama yoluyla gerçekleştirilir ve daha sonra bir gaz kromatografisi ile analiz edilir. İnsanlarda benzen ölçümü idrar, kan ve nefes testleri ile gerçekleştirilebilir; ancak bunların hepsinin sınırlamaları vardır çünkü benzen insan vücudunda hızla metabolize edilir.[25]
Maruz kalma yolları
Solunum
Açık havada, otomobil servis istasyonlarından, odun ve tütün dumanından, benzinin taşınmasından, motorlu taşıt egzozundan ve endüstriyel emisyonlardan kaynaklanan düşük seviyelerde benzen bulunabilir.[26] Amerika Birleşik Devletleri'nde benzene maruziyetin yaklaşık %50'si tütün içmekten veya tütün dumanına maruz kalmaktan kaynaklanmaktadır.[27] Günde 32 sigara içtikten sonra, sigara içen kişi yaklaşık 1,8 miligram (mg) benzen alır. Bu miktar, sigara içmeyenlerin günlük ortalama benzen alımının yaklaşık 10 katıdır.[28]
Meşrubatlardan benzen
Belirli koşullar altında ve diğer kimyasalların varlığında benzoik asit (bir koruyucu) ve askorbik asit (C vitamini) tepkimeye girerek benzen üretebilir. Mart 2006'da Birleşik Krallık'taki resmî Gıda Standartları Ajansı 150 meşrubat markasıyla ilgili bir anket gerçekleştirdi. Dördünün Dünya Sağlık Örgütü tarafından belirlenen sınırlarının üzerinde benzen seviyeleri içerdiğini buldu. Etkilenen partiler satıştan kaldırıldı. Benzer sorunlar ABD'de FDA tarafından bildirildi.[29]
Işığı kıran, hoş kokulu, alevlenebilen bir sıvıdır.
Benzende bulunan bütün karbonlar sp2 hibritleşmesi yapmıştır.
Kaynama noktası 80,1 °C ve erime noktası 5,5 °C'dir.
Moleküler formülü C6H6'dır.
Kan hücrelerini öldürme etkisi olduğundan kanser yapan bileşikler arasına girer.
Alkenlerin katılma tepkimesi verdiği koşullarda benzen, katılma tepkimesine girmez.
Kararlı bir yapıda olduğu için tepkimeye girmeye çok istekli değildir ancak yüksek sıcaklık ve basıncın etkisiyle hidrojen ile çok yavaş bir şekilde tepkime verebilmektedir.
Yer değiştirme tepkimesi verebilmektedirler. Böylece benzene Cl, NO2, CH3 gibi moleküller bağlanabilir.
^Fustinoni S, Buratti M, Campo L, Colombi A, Consonni D, Pesatori AC, Bonzini M, Farmer P, Garte S, Valerio F, Merlo DF, Bertazzi PA (2005). "Urinary t,t-muconic acid, S-phenylmercapturic acid and benzene as biomarkers of low benzene exposure". Chemico-Biological Interactions. 153–154: 253-6. Bibcode:2005CBI...153..253F. doi:10.1016/j.cbi.2005.03.031. PMID15935823.
^ACGIH (2009). 2009 TLVs and BEIs. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, Ohio.
^Baselt, R. (2008) Disposition of Toxic Drugs and Chemicals in Man, 8th edition, Biomedical Publications, Foster City, CA, pp. 144–148, 0962652377.
^Fracasso ME, Doria D, Bartolucci GB, Carrieri M, Lovreglio P, Ballini A, Soleo L, Tranfo G, Manno M (2010). "Low air levels of benzene: Correlation between biomarkers of exposure and genotoxic effects". Toxicol Lett. 192 (1): 22-8. doi:10.1016/j.toxlet.2009.04.028. PMID19427373.
^Eastmond, D.A.; Rupa, DS; Hasegawa, LS (2000). "Detection of hyperdiploidy and chromosome breakage in interphase human lymphocytes following exposure to the benzene metabolite hydroquinone using multicolor fluorescence in situ hybridization with DNA probes". Mutat Res. 322 (1): 9-20. doi:10.1016/0165-1218(94)90028-0. PMID7517507.
.png)
