В органической химии ксилол или ксилол ( от греч. ξύλον (xylon) «дерево»; [1] [2] название ИЮПАК : диметилбензол ) — это любое из трёх органических соединений с формулой (CH 3 ) 2 C 6 H 4 . Они получаются путём замещения двух атомов водорода метильными группами в бензольном кольце; то, какие атомы водорода замещаются, определяет, какой из трёх структурных изомеров получится. Это бесцветная, легковоспламеняющаяся, слегка жирная жидкость, имеющая большое промышленное значение. [3]
Смесь называется как ксилол, так и, точнее, ксилолы. Смешанные ксилолы относятся к смеси ксилолов плюс этилбензол . Четыре соединения имеют идентичные молекулярные формулы C 8 H 10 . Обычно четыре соединения производятся вместе различными методами каталитического риформинга и пиролиза . [4]
Ксилолы являются важным нефтехимическим продуктом , получаемым путем каталитического риформинга , а также путем карбонизации угля при производстве коксового топлива . Они также встречаются в сырой нефти в концентрациях около 0,5–1% в зависимости от источника. Небольшие количества встречаются в бензине и авиационном топливе .
Ксилолы производятся в основном как часть ароматических соединений БТК ( бензола , толуола и ксилолов), извлекаемых из продукта каталитического риформинга , известного как риформат .
Ежегодно производится несколько миллионов тонн. [3] В 2011 году глобальный консорциум начал строительство одного из крупнейших в мире заводов по производству ксилола в Сингапуре . [5]
Ксилол был впервые выделен и назван в 1850 году французским химиком Огюстом Каурсом (1813–1891), будучи обнаруженным как компонент древесной смолы . [6]
Ксилолы производятся путем метилирования толуола и бензола . [3] [7] Коммерческий или лабораторный ксилол, полученный обычно, содержит около 40–65% м - ксилола и до 20% каждого из о -ксилола , п -ксилола и этилбензола . [8] [9] [10] Соотношение изомеров может быть смещено в пользу высоко ценимого п- ксилола с помощью запатентованного процесса UOP- Isomar [11] или путем трансалкилирования ксилола самим собой или триметилбензолом. Эти превращения катализируются цеолитами . [3]
ZSM-5 используется для облегчения некоторых реакций изомеризации, ведущих к массовому производству современных пластмасс.
Физические свойства изомеров ксилена немного различаются. Температура плавления колеблется от −47,87 °C (−54,17 °F) ( м -ксилол) до 13,26 °C (55,87 °F) ( п- ксилол) — как обычно, температура плавления пара-изомера намного выше, поскольку он легче упаковывается в кристаллическую структуру. Температура кипения для каждого изомера составляет около 140 °C (284 °F). Плотность каждого изомера составляет около 0,87 г/мл (7,3 фунта/галлон США; 8,7 фунта/имп галлон) и, таким образом, он менее плотный, чем вода . Запах ксилена можно обнаружить при концентрациях от 0,08 до 3,7 частей на миллион (частей ксилена на миллион частей воздуха) и его можно почувствовать в воде при концентрации от 0,53 до 1,8 частей на миллион. [9]
Ксилолы образуют азеотропы с водой и различными спиртами. Азеотроп с водой состоит из 60% ксилолов и кипит при 94,5 °C. [3] Как и многие алкилбензольные соединения, ксилолы образуют комплексы с различными галогенуглеродами . [12] Комплексы различных изомеров часто имеют резко отличающиеся друг от друга свойства. [13]
p -ксилол является основным предшественником терефталевой кислоты и диметилтерефталата , оба мономера используются в производстве полиэтилентерефталатных (ПЭТ) пластиковых бутылок и полиэфирной одежды. 98% производства p -ксилола и половина всех произведенных ксилолов потребляются таким образом. [10] [14] o -ксилол является важным предшественником фталевого ангидрида . Спрос на изофталевую кислоту относительно невелик, поэтому m -ксилол редко востребован (и, следовательно, полезность его преобразования в o- и p -изомеры).
Ксилолы используются в качестве растворителя в печатной , резиновой и кожевенной промышленности. Это распространенный компонент чернил, резины и клеев . [15] При разбавлении красок и лаков его можно заменить толуолом , когда требуется более медленное высыхание, и поэтому его используют реставраторы предметов искусства при тестировании растворимости. [16] Аналогично это чистящее средство , например, для стали , кремниевых пластин и интегральных схем . В стоматологии ксилол можно использовать для растворения гуттаперчи , материала, используемого для эндодонтии (лечения корневых каналов). В нефтяной промышленности ксилол также является частым компонентом парафиновых растворителей, используемых, когда трубки засоряются парафиновым воском.
Ксилол используется в лаборатории для приготовления ванн с сухим льдом для охлаждения реакционных сосудов, [17] и в качестве растворителя для удаления синтетического иммерсионного масла с объектива микроскопа в световой микроскопии . [18] В гистологии ксилол является наиболее широко используемым просветляющим агентом. [19] Ксилол используется для удаления парафина с высушенных предметных стекол микроскопа перед окрашиванием. После окрашивания предметные стекла микроскопа помещают в ксилол перед тем, как накрыть покровным стеклом.
В одном крупномасштабном применении пара-ксилол преобразуется в терефталевую кислоту . Основное применение орто-ксилола — в качестве предшественника фталевых эфиров , используемых в качестве пластификатора . Мета-ксилол преобразуется в производные изофталевой кислоты , которые являются компонентами алкидных смол . [3]
Обычно с ксилолами происходят два типа реакций: реакции с участием метильных групп и реакции с участием кольцевых связей C–H. Будучи бензиловыми и, следовательно, ослабленными, связи C–H метильных групп подвержены реакциям со свободными радикалами, включая галогенирование в соответствующие дихлориды ксилола (бис(хлорметил)бензолы), в то время как монобромирование дает ксилилбромид , слезоточивый газ . Окисление и аммоксидация также нацелены на метильные группы, давая дикарбоновые кислоты и динитрилы. Электрофилы атакуют ароматическое кольцо, что приводит к хлор- и нитроксилолам. [3]
Ксилол огнеопасен, но имеет умеренную острую токсичность, LD 50 составляет от 200 до 5000 мг/кг для животных. Пероральная LD 50 для крыс составляет 4300 мг/кг. Основным механизмом детоксикации является окисление до метилбензойной кислоты и гидроксилирование до гидроксилена. [3]
Основным эффектом вдыхания паров ксилена является угнетение центральной нервной системы (ЦНС) с такими симптомами, как головная боль, головокружение, тошнота и рвота. При воздействии 100 ppm может возникнуть тошнота или головная боль. При воздействии от 200 до 500 ppm симптомы могут включать чувство «кайфа», головокружение, слабость, раздражительность, рвоту и замедленную реакцию. [20] [21]
Побочные эффекты воздействия низких концентраций ксилола ( <200 ppm ) обратимы и не вызывают постоянного повреждения. Длительное воздействие может привести к головным болям, раздражительности, депрессии, бессоннице, возбуждению, сильной усталости, тремору, потере слуха, нарушению концентрации и кратковременной потере памяти. [22] [ необходимо разъяснение ] Состояние, называемое хронической энцефалопатией, вызванной растворителем , широко известное как «синдром органического растворителя», было связано с воздействием ксилола. Существует очень мало доступной информации, которая изолирует ксилол от воздействия других растворителей при изучении этих эффектов. [20]
Нарушения слуха также были связаны с воздействием ксилена, как в исследованиях с участием подопытных животных, [23] [24] , так и в клинических исследованиях. [25] [26] [27]
Ксилол также является раздражителем кожи и лишает ее масел, делая ее более проницаемой для других химикатов. Рекомендуется использовать непроницаемые перчатки и маски, а также респираторы, где это уместно, чтобы избежать проблем со здоровьем на рабочем месте из-за воздействия ксилола. [20]
Ксилолы метаболизируются в метилгиппуровые кислоты . [28] [29] Присутствие метилгиппуровой кислоты можно использовать в качестве биомаркера для определения воздействия ксилола. [29] [30]
