ビフェニル

ビフェニル（ジフェニル、フェニルベンゼン、1,1′-ビフェニル、レモネン^{[ 4 ]}またはBPとも呼ばれる）は、無色の結晶を形成する有機化合物である。特に古い文献では、ビフェニルから水素原子が1つ少ない官能基（結合部位）を含む化合物は、キセニルまたはジフェニリルという接頭辞が用いられることがある。^{[ 5 ]}

独特の心地よい香りがする。ビフェニルは分子式(C ₆ H ₅ ) ₂の芳香族炭化水素である。かつて誘電性流体や熱伝達剤として広く使用されていたポリ塩化ビフェニル(PCB)の製造原料として知られている。

ビフェニルは、乳化剤、蛍光増白剤、農薬、プラスチックなど、その他多くの有機化合物の製造における中間体でもあります。ビフェニルは水には溶けませんが、一般的な有機溶媒には溶けます。ビフェニル分子は、2つのフェニル環が連結した構造をしています。

特性と発生

ビフェニルは室温では固体で、融点は69.2 °C (156.6 °F)です。気相では、分子は2 つの環の平面間の角度が 44.4(2)°である 2 つの鏡像異性体ねじれ形で存在します。 ^[⁶^]室温の固体では、ビフェニルは空間群P2 _{1 /c の結晶であり、}キラル結晶は存在しません。固体状態での最初の構造決定では、分子は誤差の範囲内で完全に平面であると記述されました。^[⁷^]^[⁸^]結晶相 I の平面配置は動的無秩序の結果であると考えられており、つまり、2 つのねじれ構造の平均を表しています。低温の固体相 II および III は、ビフェニル分子が 9 ～ 21° のねじれ角を持つ 2 つの非平面配座のいずれかに固定された変調構造として記述されています。^[⁹^] 2021年の研究では、100 Kの結晶相では2つのねじれた配座に関連する二重井戸ポテンシャルはなく、ポテンシャルエネルギーはゼロのねじれに最小化されると結論付けている。^[¹⁰^]^[¹¹^]したがって、自由分子に対して、分子結晶内の分子間相互作用によって安定化された反転の遷移状態を表している。

ビフェニルは、コールタール、原油、天然ガス中に天然に存在し、蒸留によってこれらの供給源から分離することができる。^{[ 12 ]}工業的には、トルエンの脱アルキル化によるメタン生成の副産物として生産される。

C ₆ H ₅ CH ₃ + C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ −C ₆ H ₅ + CH ₄

もう一つの主要な経路は、ベンゼンの酸化的脱水素反応によるものである。

2 C ₆ H ₆ + 1 / O 2 _→ C ₆ H ₅ −C ₆ H ₅ + H ₂ O

これらのルートでは年間40,000,000 kgが生産されている。 ^{[ 13 ]}

実験室では、フェニルマグネシウムブロミドを銅(II)塩で処理することによってビフェニルを合成することもできる。

ジアゾニウム塩を用いて合成することもできます。アニリンを5℃で_NaNO₂ + 希塩酸で処理すると、ベンゼンジアゾニウムクロリドが得られます。これをさらにベンゼンと反応させると、ビフェニルが生成されます。これはゴンバーグ・バッハマン反応として知られています。

${\ce {Ph-NH2->[{\text{NaNO}}_{2}{\text{(aq), HCl}}][T\;=\;273-278\;\mathrm {K} ]Ph-N2+->[{\text{Ph-H, Δ}}]Ph-Ph}}$

反応と用途

官能基を持たないビフェニルは反応性が低く、これが主な用途の基礎となっている。すなわち、ジフェニルエーテルとの共晶混合物として、熱伝達剤として使用される。この混合物は400 ℃まで安定である。 ^[¹³^]

ビフェニルはスルホン化を受け、続いて塩基加水分解によりp-ヒドロキシビフェニルとp , p′-ジヒドロキシビフェニルが生成され、これらは有用な殺菌剤である。他の置換反応では、ハロゲン化を受ける。ポリ塩化ビフェニルはかつて一般的な殺虫剤であった。^{[ 13 ]}