Toluen - Toluene - Wikipedia

Toluen
Toluol.svg
Toluen-z-xtal-3D-balls.png
Jména
Preferovaný název IUPAC
Toluen[1]
Systematický název IUPAC
Methylbenzen
Ostatní jména
Fenylmethan
Toluol
Anisen
Identifikátory
3D model (JSmol )
ZkratkyPhMe
MePh
BnH
Tol
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA100.003.297 Upravte to na Wikidata
KEGG
Číslo RTECS
  • XS5250000
UNII
Vlastnosti
C7H8
Molární hmotnost92.141 g · mol−1
VzhledBezbarvá kapalina[2]
Zápachsladký, štiplavý, benzen -jako[3]
Hustota0,87 g / ml (20 ° C)[2]
Bod tání -95 ° C (-139 ° F; 178 K)[2]
Bod varu 111 ° C (232 ° F; 384 K)[2]
0,52 g / l (20 ° C)[2]
log P2.68[4]
Tlak páry2,8 kPa (20 ° C)[3]
−66.11·10−6 cm3/ mol
1,497 (20 ° C)
Viskozita0.590 cP (20 ° C)
Struktura
0.36 D
Nebezpečí
Hlavní nebezpečívysoce hořlavý
Bezpečnostní listVidět: datová stránka
SIRI.org
Piktogramy GHSGHS02: HořlavýGHS08: Nebezpečí pro zdravíGHS07: Zdraví škodlivý
Signální slovo GHSNebezpečí
H225, H361d, H304, H373, H315, H336
P210, P240, P301 + 310, P302 + 352, P308 + 313, P314, P403 + 233
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Bod vzplanutí 6 ° C (43 ° F; 279 K)[2]
Výbušné limity1.1–7.1%[3]
50 ml / m3, 190 mg / m3
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
> 26700 ppm (krysa, 1h )
400 str./min (myš, 24 h)[5]
55 000 ppm (králík, 40 min)[5]
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)
TWA 200 ppm C 300 ppm 500 ppm (maximální vrchol 10 minut)[3]
REL (Doporučeno)
PEL 100 ppm (375 mg / m3) ST 150 ppm (560 mg / m.)3)[3]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
500 ppm[3]
Související sloučeniny
benzen
xylen
naftalen
Související sloučeniny
methylcyklohexan
Stránka doplňkových dat
Index lomu (n),
Dielektrická konstanta (εr), atd.
Termodynamické
data
Fázové chování
pevná látka - kapalina - plyn
UV, IR, NMR, SLEČNA
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Toluen (/ˈtɒljuiːn/), také známý jako toluol (/ˈtɒljuɒl/), je aromatický uhlovodík. Je to bezbarvý, voda - nerozpustná kapalina s pachem spojeným s ředidla na barvy. Je mono-substituovaný benzen derivát, sestávající z a methylová skupina (CH₃) připojený k a fenylová skupina. Proto je jeho systematický název IUPAC methylbenzen. Toluen se používá hlavně jako průmyslový surovina a a solventní.

Jako rozpouštědlo u některých typů ředidlo barvy, trvalé značky, kontaktní cement a některé druhy lepidla se toluen někdy používá jako rekreační prostředek inhalační[7] a má potenciál způsobit závažné neurologické poškození.[8][9]

Dějiny

Sloučenina byla poprvé izolována v roce 1837 destilací borovice olej polština chemik Filip Walter, kdo to pojmenoval rétinnaphte.[10] V roce 1841 francouzský chemik Henri Étienne Sainte-Claire Deville izoloval uhlovodík z balzám z Tolu (aromatický extrakt z tropického kolumbijského stromu Myroxylon balsamum ), který Deville uznal jako podobný Walterovi rétinnaphte a na benzen; proto nazval nový uhlovodík benzoène.[11] V roce 1843 Jöns Jacob Berzelius doporučil jméno toluin.[12] V roce 1850 francouzský chemik Auguste Cahours izoloval z destilátu dřeva uhlovodík, který poznal jako podobný Devillovu benzoène a které Cahours pojmenovali toluène.[13]

Chemické vlastnosti

Toluen reaguje jako obvykle aromatický uhlovodík v elektrofilní aromatická substituce.[14][15][16] Protože methyl skupina má větší vlastnosti uvolňující elektrony než a vodík atom ve stejné poloze, toluen je reaktivnější než benzen směrem k elektrofilům. Prochází sulfonace dát p-toluensulfonová kyselina, a chlorování podle Cl2 v přítomnosti FeCl3 dát ortho a para izomery z chlorotoluen.

Důležité je, že methyl boční řetěz v toluenu je citlivý na oxidaci. Toluen reaguje s Manganistan draselný poddat se kyselina benzoová, a s chromylchlorid poddat se benzaldehyd (Étardova reakce ).

Methylová skupina prochází halogenace pod volné radikály podmínky. Například, N-bromsukcinimid (NBS) zahřívaný toluenem v přítomnosti AIBN vede k benzylbromid. Stejná konverze může být provedena s elementární bróm v přítomnosti UV světla nebo dokonce slunečního světla. Toluen může být také bromován zpracováním s HBr a H2Ó2 v přítomnosti světla.[17]

C6H5CH3 + Br2 → C.6H5CH (Br)2 + HBr
C6H5CH2Br + Br2 → C.6H5CHBr2 + HBr

Methylová skupina v toluenu podléhá deprotonaci pouze s velmi silnými bázemi, s jeho pKA se odhaduje na přibližně 41.[18] Kompletní hydrogenace toluenu dává methylcyklohexan. Reakce vyžaduje vysoký tlak vodíku a katalyzátor.

Výroba

Toluen se přirozeně vyskytuje v nízkých hladinách ropy a je vedlejším produktem při výrobě benzín podle a katalytický reformátor nebo ethylen sušenka. Je to také vedlejší produkt výroby Kola z uhlí. Konečná separace a čištění se provádí kterýmkoli z těchto způsobů destilace nebo extrakce rozpouštědlem procesy používané pro BTX aromáty (benzen, toluen a xylenové izomery).

Laboratorní příprava

Toluen se levně vyrábí průmyslově. V zásadě jej lze připravit různými metodami. Například, i když pouze z didaktického hlediska, benzen reaguje s methylchlorid v přítomnosti a Lewisova kyselina jako chlorid hlinitý dát toluen:

C6H5H + CH3Cl → C.6H5CH3 + HCl

Takové reakce komplikuje polymethylace, protože na toluen je náchylnější alkylace než je benzen.

Použití

Předchůdce benzenu a xylenu

Toluen se používá hlavně jako prekurzor benzenu via hydrodealkylace:

C6H5CH3 + H2 → C.6H6 + CH4

Druhá hodnocená aplikace zahrnuje její nepřiměřenost na směs benzenu a xylen.[19]

Nitrace

Nitrací toluenu se získá mono-, di- a trinitrotoluen, z nichž všechny jsou široce používány. Dinitrotoluen je předchůdcem toluendiisokyanát, který se používá při výrobě polyuretan pěna. Trinitrotoluen je výbušnina typicky zkráceně TNT.

Oxidace

Kyselina benzoová a benzaldehyd jsou komerčně vyráběny společností částečná oxidace toluenu s kyslík. Typické katalyzátory zahrnují kobalt nebo mangan naftenáty.[20]

oxidace toluenu

Solventní

Toluen je běžný solventní, např. pro barvy, ředidla, silikonové tmely,[21] mnoho chemické reaktanty, guma, tisk inkoust, lepidla (lepidla), laky, kožené koželužny, a dezinfekční prostředky.[19]

Palivo

Toluen lze použít jako oktanový posilovač v benzín paliva pro vnitřní spalovací motory stejně jako Tryskové palivo. Toluen o 86% objemových poháněl vše přeplňovaný motory v Formule jedna během osmdesátých let, poprvé propagován Honda tým. Zbývajících 14% tvořilo „plnivo“ ve výši n-heptan, snížit oktan splnit palivová omezení formule jedna. 100% toluen lze použít jako palivo pro oba dvoudobý a čtyřtaktní motory; nicméně, kvůli hustota paliva a dalších faktorů, palivo se snadno neodpařuje, pokud není předehřáté na 70 ° C (158 ° F). Honda tento problém vyřešila ve svých automobilech Formule 1 vedením palivových potrubí přes a výměník tepla, čerpání energie z vody v chladicím systému k ohřevu paliva.[22]

v Austrálie v roce 2003 bylo zjištěno, že toluen byl nelegálně kombinován s benzínem v prodejnách pohonných hmot k prodeji jako standardní pohonné hmoty. Toluen nepodléhá žádné spotřební dani z paliv, zatímco ostatní paliva jsou zdaněna více než 40%, což poskytuje vyšší zisková marže pro dodavatele pohonných hmot. Rozsah substituce toluenem nebyl stanoven.[23][24]

Speciální aplikace

V laboratoři se toluen používá jako rozpouštědlo pro uhlíkové nanomateriály, včetně nanotrubiček a fullerenů, a lze jej také použít jako fulleren indikátor. Barva toluenového roztoku C.60 je jasně fialová. Toluen se používá jako cement pro jemné materiály polystyren soupravy (rozpuštěním a následnou fixací povrchů), protože se může nanášet velmi přesně štětcem a neobsahuje žádnou část lepidla. K rozlomení lze použít toluen červené krvinky za účelem extrakce hemoglobin v biochemických experimentech. Toluen se také používá jako chladivo pro své dobré schopnosti přenosu tepla v sodíkových studených lapačích používaných ve smyčkách systému jaderného reaktoru. Toluen byl také použit v procesu odstranění kokainu z listů koky při výrobě sirupu Coca-Cola.[25]

Toxikologie a metabolismus

Hlavní článek: Toluen (toxikologie)

Environmentální a toxikologické účinky toluenu byly rozsáhle studovány.[26] V roce 2013 činil celosvětový prodej toluenu přibližně 24,5 miliardy amerických dolarů.[27]Vdechování toluenu v nízké až střední koncentraci může způsobit únavu, zmatenost, slabost, opilost, ztrátu paměti, nevolnost, ztrátu chuti k jídlu, ztráta sluchu a ztráta barevného vidění. Některé z těchto příznaků obvykle zmizí, když je expozice zastavena. Vdechování vysokých hladin toluenu v krátkém čase může způsobit točení hlavy, nevolnost nebo ospalost, bezvědomí a dokonce smrt.[28][29] Toluen je však mnohem méně toxický než benzen, a v důsledku toho jej do značné míry nahradil jako aromatické rozpouštědlo v chemickém přípravku. The Americká agentura na ochranu životního prostředí (EPA) uvádí, že karcinogenní Potenciál toluenu nelze vyhodnotit kvůli nedostatečným informacím.[30]

Podobně jako mnoho jiných rozpouštědel, jako je 1,1,1-trichlorethan a nějaký alkylbenzeny Bylo prokázáno, že toluen působí jako a nesoutěžní Antagonista NMDA receptoru a GABAA receptor pozitivní alosterický modulátor.[31] Kromě toho bylo prokázáno, že se zobrazuje toluen antidepresivum - podobné účinky na hlodavce v EU test nuceného plavání (FST) a test zavěšení ocasu (TST),[31] pravděpodobně kvůli jeho antagonistickým vlastnostem NMDA.

Toluen je někdy používán jako rekreační inhalační („čichání lepidla“), pravděpodobně z důvodu jeho euforický a disociativní účinky.[31]

Toluen inhibuje excitační iontové kanály včetně N-methyl-D-aspartátových (NMDA) glutamátových a nikotinových acetylcholinových receptorů (nAChRs) a potencuje funkci inhibičních iontových kanálů, jako jsou receptory kyseliny gama-aminomáselné typu A, glycinové a serotoninové receptory. Kromě toho toluen narušuje napěťově řízené vápníkové kanály a ATP-řízené iontové kanály.[32]

Rekreační využití

Toluen se používá jako intoxikativní inhalant způsobem nezamýšleným výrobci. Lidé vdechují produkty obsahující toluen (např. ředidlo barvy, kontaktní cement, modelové lepidlo atd.) opojný účinek. Držení a používání toluenu a produktů, které jej obsahují, jsou v mnoha jurisdikcích regulovány, a to z důvodu, že brání nezletilým v získávání těchto produktů pro rekreační droga účely. Od roku 2007 mělo 24 států USA zákony, které penalizovaly používání, držení s úmyslem používat a / nebo distribuci těchto těkavých látek.[33] V roce 2005 Evropská unie zakázal obecný prodej výrobků sestávajících z více než 0,5% toluenu.[34]

Bioremediace

Několik druhů hub včetně Cladophialophora, Exophiala, Leptodontium, Pseudeurotium zonatum, a Cladosporium sphaerospermum a některé druhy bakterií mohou toluen odbourávat pomocí zdroje uhlíku a energie.[35]

Reference

  1. ^ Nomenklatura organické chemie: Doporučení IUPAC a preferovaná jména 2013 (modrá kniha). Cambridge: Královská společnost chemie. 2014. s. 139. doi:10.1039/9781849733069-00130. ISBN  978-0-85404-182-4. Toluen a xylen jsou preferovaná jména IUPAC, ale nejsou volně zaměnitelná; toluen je za určitých podmínek zaměnitelný, ale pouze pro obecnou nomenklaturu (viz P-15.1.8 pro obecná pravidla nahrazení pro ponechané názvy).
  2. ^ A b C d E F Záznam v databázi látek GESTIS Institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci
  3. ^ A b C d E F NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0619". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  4. ^ „toluene_msds“.
  5. ^ A b "Toluen". Koncentrace bezprostředně nebezpečné pro život a zdraví (IDLH). Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  6. ^ „NFPA Chemicals“. New Environment, Inc.
  7. ^ McKeown, Nathanael J. (1. února 2015). Tarabar, Asim (ed.). „Toluenová toxicita, pozadí, patofyziologie, epidemiologie“. Síť zdravotnických pracovníků WebMD. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  8. ^ Streicher, H. Z .; Gabow, P. A .; Moss, A.H .; Kono, D .; Kaehny, W. D. (1981). „Syndromy toluenu čichající u dospělých“. Annals of Internal Medicine. 94 (6): 758–62. doi:10.7326/0003-4819-94-6-758. PMID  7235417.
  9. ^ Devathasan, G .; Low, D .; Teoh, P. C .; Wan, S. H .; Wong, P. K. (1984). "Komplikace chronického zneužívání lepidla (toluenu) u dospívajících". Aust N Z J Med. 14 (1): 39–43. doi:10.1111 / j.1445-5994.1984.tb03583.x. PMID  6087782.
  10. ^ Vidět:
  11. ^ Vidět:
  12. ^ Jacob Berzelius (1843) Jahres Berichte, 22 : 353-354..
  13. ^ Vidět:
  14. ^ Furniss a kol., Vogelova učebnice praktické organické chemie, 5. vydání, Longman / Wiley, New York, 1989
  15. ^ L. G. Wade, Organická chemie, 5. vydání, str. 871, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2003
  16. ^ J. March, Pokročilá organická chemie, 4. vydání, str. 723, Wiley, New York, 1992
  17. ^ Podgoršek, Ajda; Stavber, Stojan; Zupan, Marko; Iskra, Jernej (2006). "Bromace volných radikálů systémem H2O2 – HBr na vodě". Čtyřstěn dopisy. 47 (40): 7245. doi:10.1016 / j.tetlet.2006.07.109.
  18. ^ Henry Hsieh, Roderic P. Quirk. Aniontová polymerace: principy a praktické aplikace. p. 41.
  19. ^ A b Fabri, Jörg; Graeser, Ulrich; Simo, Thomas A. (2005). „Toluen“. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a27_147.pub2.
  20. ^ Wade, Leroy G. (2014). Organická chemie (Pearson nové mezinárodní vydání). Harlow: Pearson Education Limited. p. 985. ISBN  978-1-292-02165-2.
  21. ^ „Duální vytvrzování, nízkorozpouštědlová silikonová lepidla citlivá na tlak - General Electric Company“.
  22. ^ Motor Honda Formula V s turbodmychadlem V-6 1,5 l (PDF). Mezinárodní kongres a výstava SAE. 27. února - 3. března 1989.
  23. ^ „Podvodné testy na benzínových jiskrách“. Liberty Oil. Archivovány od originál dne 3. března 2016.
  24. ^ „Archiv dnešního světa - Úřady dosud neuznaly problém s podvodem s benzínem“.
  25. ^ Merory, Joseph (1968). Aromatické látky do potravin: Složení, výroba a použití (2. vyd.). Westport, CT: AVI Publishing Company, Inc.
  26. ^ Hogan, C. Michael (2011), "Síra", v Jorgensen, A .; Cleveland, C. J. (eds.), Encyklopedie Země, Washington DC: Národní rada pro vědu a životní prostředí, vyvoláno 26. října 2012, Síra je nerozpustná ve vodě, ale rozpustná v sirouhlíku, do určité míry rozpustná v jiných nepolární organická rozpouštědla, jako jsou aromatické látky benzen a toluen.
  27. ^ Ceresana. "Toluen - studie: trh, analýza, trendy - Ceresana".
  28. ^ "Účinky toluenu na zdraví", Kanadské středisko pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci.
  29. ^ "Fyziologické účinky toxicity toluenu" Archivováno 2016-10-12 na Wayback Machine, Agentura pro toxické látky a registr nemocí.
  30. ^ [1], EPA
  31. ^ A b C Cruz, S.L .; Soberanes-Chávez, P .; Páez-Martinez, N .; López-Rubalcava, C. (červen 2009). „Toluen má antidepresivní účinky ve dvou zvířecích modelech používaných pro screening antidepresiv.“ Psychofarmakologie. 204 (2): 279–86. doi:10.1007 / s00213-009-1462-2. PMID  19151967. S2CID  2235023.
  32. ^ "Toluen".
  33. ^ Spigel, Saul (8. července 2009). „Státní zákony o inhalačním použití“.
  34. ^ „EU stanoví limit 0,1% na použití toluenu, TCB“. ICIS. Reed obchodní informace. 24. září 2005.
  35. ^ Prenafeta-Boldu, Francesc X .; Kuhn, Andrea; Luykx, Dion M. A. M .; Anke, Heidrun; van Groenestijn, Johan W .; de Bont, Jan A. M. (duben 2001). „Izolace a charakterizace hub rostoucích na těkavých aromatických uhlovodících jako jejich jediném zdroji uhlíku a energie“. Mykologický výzkum. 105 (4): 477–484. doi:10.1017 / S0953756201003719.

externí odkazy