Kolväten är föreningar av endast kol och väte och kan delas in i två typer: alifatiska kolväten och aromatiska kolväten. De senare har multipel bindning plus en speciell typ av stabilisering som kallas aromaticitet, som modifierar hur de kemiskt interagerar. Toluen och xylen är aromatiska kolväten, derivat av bensen, med dess kemiska formel C6H6. Skelettkolatomer i bensen bildar något som liknar ett pariserhjul, med de sex väteatomerna som motsvarar bilarna. Bensen förändras till toluen och xylen genom substitution av väteatomer med metylgrupper (CH3-).
Toluen och xylen skiljer sig åt i sin grad av metylsubstitution. Endast en väteatom ersätts av en metyl i toluen, som har den kemiska formeln C6H5CH3. Även om det finns sex kolatomer i en bensenring, är de alla lika kemiskt, som symmetri antyder. Av den anledningen spelar det ingen roll vilket kol metylgruppen fäster, eftersom resultatet är detsamma i varje enskilt fall. Det finns inget behov av att numrera ringkolatomerna i toluen, eftersom varje toluenmolekyl är identisk, vilket förenklar bearbetningen, eftersom det inte finns några isomerer att separera.
Xylen är disubstituerad bensen, med två metylgrupper som ersätter två väteatomer. Det finns faktiskt tre olika typer eller isomerer av xylen. Atomer i bensenringdelen av strukturen är märkta som ett till sex. Börjar med toppringens kol och går medurs, de tre varianterna är orto-xylen eller 1-dimetylbensen; meta-xylen eller 2-dimetylbensen; och para-xylen, eller 1-dimetylbensen. Bensenringdelen av varje struktur är skriven C3H1,4.
Bensen har enastående lösningsmedelsegenskaper för många applikationer. Tyvärr skadar bensen kroppens förmåga att bekämpa infektioner och har varit nära kopplat till utvecklingen av leukemi hos arbetare. Toluen och xylen är särskilt viktiga som ersättningslösningsmedel för bensen. Dessa ämnen används inte bara som lösningsmedel; som de välkända bokstäverna ”TNT” indikerar, används toluen vid tillverkningen av det kraftfulla sprängämnet trinitrotoluen. Ett annat användbart toluenderivat framställs genom enkel oxidation av dess metylgrupp, vilket resulterar i bensoesyra, ett kommersiellt viktigt konserveringsmedel.
Xylenerna kan användas tillsammans, som ”xylol” eller ”blandade xylener”, eller så kan de användas individuellt. Som i fallet med bensen och toluen används xylener som lösningsmedel. Vid syntes kan orto- och para-isomererna av xylen få sina metylsidokedjor oxiderade för att bilda de viktiga dikarboxylsyrorna, tereftalsyra och ortoftalsyra. Ftalsyror används vid tillverkning av polyestrar, alkydhartser och mjukgörare. De används också vid tillverkning av specialkemikalier som antrakinon och fenolftalein.