stringtranslate.com

Сероуглерод

Дисульфид углерода (также пишется как дисульфид углерода ) — неорганическое соединение с химической формулой CS2 и структурой S=C=S . Он также рассматривается как ангидрид тиоугольной кислоты . [8] Это бесцветная, легковоспламеняющаяся, нейротоксичная жидкость, которая используется в качестве строительного блока в органическом синтезе. Чистый дисульфид углерода имеет приятный запах, похожий на запах эфира или хлороформа , но коммерческие образцы обычно желтоватые и, как правило, загрязнены дурно пахнущими примесями. [9]

История

В 1796 году немецкий химик Вильгельм Август Лампадиус (1772–1842) впервые получил сероуглерод путем нагревания пирита с влажным древесным углем. Он назвал его «жидкой серой» ( flüssig Schwefel ). [10] Состав сероуглерода был окончательно определен в 1813 году группой шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса (1779–1848) и швейцарско-британского химика Александра Марсета (1770–1822). [11] Их анализ соответствовал эмпирической формуле CS 2 . [12]

Возникновение, производство, свойства

Небольшие количества сероуглерода высвобождаются при извержениях вулканов и в болотах . CS 2 когда-то производился путем соединения углерода (или кокса ) и серы при температуре 800–1000 °C. [13]

С + 2S → CS2

Реакция при более низкой температуре, требующая всего лишь 600 °C, использует природный газ в качестве источника углерода в присутствии катализаторов на основе силикагеля или оксида алюминия : [9]

2 СН4 + S8 → 2 CS2 + 4 Н2S

Реакция аналогична горению метана .

Мировое производство/потребление сероуглерода составляет приблизительно один миллион тонн, при этом Китай потребляет 49%, за ним следует Индия с 13%, в основном для производства вискозного волокна. [14] Производство в Соединенных Штатах в 2007 году составило 56 000 тонн. [15]

Растворитель

Сероуглерод может растворять множество неполярных химикатов, включая фосфор , серу, селен , бром , йод , жиры , смолы , резину и асфальт . [16]

Внеземной

В марте 2024 года следы CS 2 , вероятно, были обнаружены в атмосфере умеренной планеты мини-Нептун TOI-270 d космическим телескопом Джеймса Уэбба . [17]

Реакции

Сгорание CS 2 дает диоксид серы в соответствии с идеальной стехиометрией:

CS 2 + 3  O 2 → CO 2 + 2  SO 2

С нуклеофилами

Например, амины дают дитиокарбаматы : [18]

2R2NH + CS2 → [ R2NH2 + ] [ R2NCS2 − ] ​​​​

Аналогично из алкоксидов образуются ксантогенаты : [18]

RONa + CS 2 → [Na + ][ROCS 2 − ]

Эта реакция является основой производства регенерированной целлюлозы , основного ингредиента вискозы , искусственного шелка и целлофана . Как ксантогенаты, так и родственные им тиоксантогенаты (полученные при обработке CS 2 тиолятами натрия ) используются в качестве флотационных агентов при обогащении полезных ископаемых.

При обработке сульфидом натрия сероуглерод дает тритиокарбонат : [18]

Na 2 S + CS 2 → [Na + ] 2 [CS 3 2− ]

Сероуглерод не гидролизуется легко, хотя этот процесс катализируется ферментом сероуглеродгидролазой .

По сравнению с изоэлектронным диоксидом углерода , CS 2 является более слабым электрофилом . В то время как, однако, реакции нуклеофилов с CO 2 являются высокообратимыми и продукты выделяются только с очень сильными нуклеофилами, реакции с CS 2 термодинамически более предпочтительны, позволяя образовывать продукты с менее реакционноспособными нуклеофилами. [19]

Снижение

Восстановление сероуглерода натрием дает 1,3-дитиол-2-тион-4,5-дитиолат натрия вместе с тритиокарбонатом натрия : [20]

4  Na + 4  CS 2 → Na 2 C 3 S 5 + Na 2 CS 3

Хлорирование

Хлорирование CS 2 обеспечивает путь к получению четыреххлористого углерода : [9]

CS2 + 3Cl2 → CCl4 + S2Cl2​​​​​

Это превращение происходит через посредничество тиофосгена CSCl 2 .

Координационная химия

CS 2 является лигандом для многих комплексов металлов, образуя пи-комплексы. Одним из примеров является Cp Co( η 2 -CS 2 )(P Me 3 ). [21]

Полимеризация

CS 2 полимеризуется при фотолизе или под высоким давлением, образуя нерастворимый материал, называемый кар-сул или «чернь Бриджмена», названный в честь первооткрывателя полимера Перси Уильямса Бриджмена . [22] Связи тритиокарбоната (-SC(S)-S-) частично составляют основу полимера, который является полупроводником . [ 23]

Использует

Основными промышленными применениями сероуглерода, на долю которых приходится 75% годового производства, являются производство вискозного волокна и целлофановой пленки. [24]

Он также является ценным промежуточным продуктом в химическом синтезе четыреххлористого углерода . Он широко используется в синтезе сероорганических соединений, таких как ксантогенаты , которые используются в пенной флотации , методе извлечения металлов из руд. Сероуглерод также является предшественником дитиокарбаматов , которые используются в качестве лекарств (например, метам натрия ) и в химии резины .

Ниша использует

Реклама инсектицида сероуглерода из выпуска журнала The American Elevator and Grain Trade за 1896 год

Его можно использовать для фумигации герметичных складов, герметичных плоских хранилищ, бункеров, элеваторов , железнодорожных крытых вагонов , судовых трюмов, барж и зерновых мельниц. [25] Сероуглерод также используется в качестве инсектицида для фумигации зерна, саженцев, при консервировании свежих фруктов и в качестве дезинфицирующего средства для почвы от насекомых и нематод . [26]

Его также можно использовать для реакции «Лающая собака» .

Влияние на здоровье

Сероуглерод был связан как с острыми , так и с хроническими формами отравления с разнообразным спектром симптомов. [27]

Концентрации 500–3000 мг/м 3 вызывают острое и подострое отравление. Они включают набор в основном неврологических и психиатрических симптомов, называемых энцефалопатией сульфокарбоника. Симптомы включают острый психоз (маниакальный бред , галлюцинации ), параноидальные идеи, потерю аппетита, желудочно-кишечные и сексуальные расстройства, полиневрит , миопатию и изменения настроения (включая раздражительность и гнев). Эффекты, наблюдаемые при более низких концентрациях, включают неврологические проблемы ( энцефалопатия , психомоторные и психологические расстройства, полиневрит , нарушения нервной проводимости), проблемы со слухом , проблемы со зрением (жжение в глазах, аномальные реакции на свет, повышенное офтальмологическое давление ), проблемы с сердцем (увеличение смертности от сердечных заболеваний, стенокардия , высокое кровяное давление ), репродуктивные проблемы (увеличение выкидышей , неподвижные или деформированные сперматозоиды) и снижение иммунного ответа. [28] [29]

Профессиональное воздействие сероуглерода также связано с сердечно-сосудистыми заболеваниями , в частности инсультом . [30]

В 2000 году ВОЗ посчитала, что вред для здоровья маловероятен при уровнях ниже 100 мкг/м 3 , и установила этот уровень в качестве ориентировочного. [ требуется обновление ] Сероуглерод можно почувствовать при уровнях выше 200 мкг/м 3 , и ВОЗ рекомендовала сенсорный ориентир ниже 20 мкг/м 3 . Установлено, что воздействие сероуглерода вредно для здоровья при концентрациях 30 мг/м 3 и выше . Изменения в функции центральной нервной системы наблюдались при концентрациях 20–25 мг/м 3 . Также имеются сообщения о вреде для здоровья при 10 мг/м 3 для воздействия в течение 10–15 лет, но отсутствие надежных данных о прошлых уровнях воздействия делает связь этих вредов с концентрациями 10 мг/м 3 неопределенной. Измеренная концентрация 10 мг/м 3 может быть эквивалентна концентрации в общей окружающей среде 1 мг/м 3 . [28]

Источники окружающей среды

Основным источником сероуглерода в окружающей среде являются фабрики по производству искусственного шелка . [28] Большая часть мировых выбросов сероуглерода приходится на производство искусственного шелка по состоянию на 2008 год. [31] Другие источники включают производство целлофана , четыреххлористого углерода , [31] сажи и рекуперацию серы. Производство сероуглерода также выделяет сероводород. [32]

По состоянию на 2004 год , на килограмм произведенного вискозного волокна выделяется около 250 г сероуглерода. На килограмм произведенной сажи выделяется около 30 г сероуглерода. На килограмм извлеченной серы выделяется около 0,341 г сероуглерода. [32]

Япония сократила выбросы сероуглерода на килограмм произведенного вискозного волокна, но в других странах-производителях вискозного волокна, включая Китай, выбросы, как предполагается, не контролируются (на основе глобального моделирования и крупномасштабных измерений концентрации в свободном воздухе). Производство вискозного волокна стабильно или снижается, за исключением Китая, где оно увеличивается по состоянию на 2004 год . [32] Производство технического углерода в Японии и Корее использует мусоросжигательные печи для уничтожения около 99% сероуглерода, который в противном случае был бы выброшен. [32] При использовании в качестве растворителя выбросы в Японии составляют около 40% от используемого сероуглерода; в других местах средний показатель составляет около 80%. [32]

В большинстве случаев при производстве вискозы используется сероуглерод. [33] [34] Исключением является вискоза, изготовленная с использованием процесса лиоцелла , в котором используется другой растворитель; по состоянию на 2018 год процесс лиоцелла не получил широкого распространения, поскольку он дороже вискозного процесса. [35] [36] Медно-аммиачная вискоза также не использует сероуглерод.

Историческая и текущая экспозиция

Промышленные рабочие, работающие с сероуглеродом, подвергаются высокому риску. Выбросы также могут нанести вред здоровью людей, живущих вблизи вискозных заводов. [28]

Опасения по поводу воздействия сероуглерода имеют долгую историю. [24] [37] [38] : 79  Около 1900 года сероуглерод стал широко использоваться в производстве вулканизированной резины . Психоз , вызванный высоким воздействием, был очевиден сразу (было зарегистрировано 6 месяцев воздействия [28] ). Сэр Томас Оливер рассказал историю о резиновой фабрике , которая установила решетки на окнах, чтобы рабочие не выпрыгивали и не разбивались насмерть . [38] : 17  Использование сероуглерода в США в качестве тяжелее воздуха яда для нор для сусликов Ричардсона также привело к сообщениям о психозах. Систематическое медицинское исследование этой проблемы не было опубликовано, и знания не были переданы в вискозную промышленность. [33]

Первое крупное эпидемиологическое исследование работников вискозы было проведено в США в конце 1930-х годов и выявило довольно серьезные последствия у 30% работников. Данные о повышенном риске сердечных приступов и инсультов появились в 1960-х годах. Courtaulds , крупный производитель вискозы, упорно трудился, чтобы предотвратить публикацию этих данных в Великобритании. [33] Средние концентрации на отобранных заводах по производству вискозы были снижены с примерно 250 мг/м 3 в 1955–1965 годах до примерно 20–30 мг/м 3 в 1980-х годах (данные только по США? [ ориентировано на США ] ). [28] С тех пор производство вискозы в основном переместилось в развивающиеся страны, особенно в Китай, Индонезию и Индию. [34] [33]

Уровень инвалидности на современных фабриках по состоянию на 2016 год неизвестен . [34] [39] Современные производители, использующие вискозный процесс, не предоставляют никакой информации о вреде для своих работников. [33] [34]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Химия сероуглерода". PubChem . Получено 24 августа 2022 г.
  2. ^ abcdefghijk "Свойства вещества: сероуглерод". chemister.ru .
  3. ^ Сейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений . Ван Ностранд.
  4. ^ ab Дисульфид углерода в Linstrom, Peter J.; Mallard, William G. (ред.); NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсберг (Мэриленд) (получено 27 мая 2014 г.).
  5. ^ ab Sigma-Aldrich Co. , Сероуглерод. Получено 27.05.2014.
  6. ^ abcd Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0104". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  7. ^ ab "Сероуглерод". Концентрации, представляющие непосредственную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  8. ^ Информатика, NIST Office of Data и. "Сероуглерод". webbook.nist.gov . Получено 2024-05-07 .
  9. ^ abc Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсон, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5.
  10. ^ Лампадий (1796). «Etwas über flüssigen Schwefel, und Schwefel-Leberluft» [Кое-что о жидкой сере и серосодержащем газе (то есть сероводороде)]. Chemische Annalen für die Freunde der Naturlehre, Arzneygelährtheit, Haushaltungskunst und Manufacturen (Химические анналы для друзей науки, медицины, экономики и производства) (на немецком языке) (2): 136–137.
  11. ^ Берцелиус, Дж.; Марсе, Александр (1813). «Эксперименты над серным спиртом или сернистым углеродом». Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 103 : 171–199. doi : 10.1098/rstl.1813.0026 . S2CID  94745906.
  12. ^ (Берцелиус и Марсет, 1813), с. 187.
  13. ^ Варнеке, Фридрих (1941). «Die gewerbliche Schwefelkohlenstoffvergiftung». Archiv für Gewerbepathologie und Gewerbehygiene (на немецком языке). 11 (2). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 198–248. Бибкод : 1941IAOEH..11..198W. дои : 10.1007/bf02122927. ISSN  0340-0131. S2CID  72106188.
  14. ^ "Отчет по сероуглероду от IHS Chemical" . Получено 15 июня 2013 г.
  15. ^ "Химический профиль: сероуглерод с ICIS.com" . Получено 15 июня 2013 г.
  16. ^ "Carbon Disulfide". Akzo Nobel. Архивировано из оригинала 2017-09-03 . Получено 2010-12-16 .
  17. ^ Беннеке, Бьорн; Рой, Пьер-Алексис; Куломб, Луи-Филипп; Радика, Майкл; Пиоле, Кэролайн; Арер, Ева-Мария; Пьерембер, Раймонд; Криссансен-Тоттон, Джошуа; Шлихтинг, Хильке Э. (05 марта 2024 г.), JWST обнаруживает CH$_4$, CO$_2$ и H$_2$O в богатой металлами смешивающейся атмосфере на экзопланете с двумя радиусами Земли , arXiv : 2403.03325
  18. ^ abc Yokoyama, Masataka; Imamoto, Tsuneo (1984). «Органические реакции сероуглерода». Синтез . 1984 (10). Georg Thieme Verlag KG: 797–824. doi :10.1055/s-1984-30978. ISSN  0039-7881.
  19. ^ Ли, Чжэнь; Майер, Роберт Дж.; Офиал, Армин Р.; Майр, Герберт (2020-04-27). «От карбодиимидов до диоксида углерода: количественная оценка электрофильной реактивности гетероалленов». Журнал Американского химического общества . 142 (18): 8383–8402. doi :10.1021/jacs.0c01960. PMID  32338511. S2CID  216557447.
  20. ^ "4,5-Дибензоил-1,3-дитиол-1-тион". Org. Synth . 73 : 270. 1996. doi :10.15227/orgsyn.073.0270.
  21. ^ Вернер, Хельмут (1982). «Новые координационные соединения, образованные из CS2 и гетероалленов». Coordination Chemistry Reviews . 43 : 165–185. doi :10.1016/S0010-8545(00)82095-0.
  22. ^ Бриджмен, П. У. (1941). «Исследования в направлении предела используемых давлений». Журнал прикладной физики . 12 (6): 461–469. Bibcode : 1941JAP....12..461B. doi : 10.1063/1.1712926.
  23. ^ Ochiai, Bungo; Endo, Takeshi (2005). «Диоксид углерода и дисульфид углерода как ресурсы для функциональных полимеров». Progress in Polymer Science . 30 (2): 183–215. doi :10.1016/j.progpolymsci.2005.01.005.
  24. ^ ab Lay, Manchiu DS; Sauerhoff, Mitchell W.; Saunders, Donald R.; «Carbon Disulfide», в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Wiley-VCH, Weinheim, 2000 doi :10.1002/14356007.a05_185
  25. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  26. ^ Уортинг, Чарльз Р.; Ханс, Рэймонд Дж. (1991). Руководство по пестицидам, Всемирный сборник (9-е изд.). Британский совет по защите растений. ISBN 9780948404429.
  27. ^ "ATSDR - Заявление общественного здравоохранения: Сероуглерод". www.atsdr.cdc.gov . Получено 2020-01-17 .
  28. ^ abcdef "Глава 5.4: Сероуглерод". Рекомендации по качеству воздуха (PDF) (2-е изд.). Европейское региональное бюро ВОЗ, Копенгаген, Дания. 2000. Архивировано из оригинала (PDF) 18 октября 2022 г. Получено 31 июля 2021 г.
  29. ^ Профилактика потери слуха, вызванной воздействием химических веществ (ототоксичность) и шума (Отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения, Центры по контролю и профилактике заболеваний, Национальный институт охраны труда. 2018-03-01. doi : 10.26616/nioshpub2018124 .
  30. ^ "Охрана труда и техника безопасности – воздействие химических веществ". www.sbu.se . Шведское агентство по оценке медицинских технологий и оценке социальных услуг (SBU). Архивировано из оригинала 2017-06-06 . Получено 2017-06-07 .
  31. ^ ab "Оценка воздействия сероуглерода на здоровье для обсуждения HEAC, апрель 2008 г.". Отдел охраны труда и здоровья (DOC). Департамент промышленных отношений штата Калифорния. Апрель 2008 г. Получено 24 марта 2023 г.
  32. ^ abcde Blake, Nicola J. (2004). "Карбонилсульфид и дисульфид углерода: крупномасштабное распределение в западной части Тихого океана и выбросы из Азии во время TRACE-P". Журнал геофизических исследований . 109 (D15): D15S05. Bibcode : 2004JGRD..10915S05B. doi : 10.1029/2003JD004259 . S2CID  43793469.
  33. ^ abcde Свон, Норман; Бланк, Пол (20 февраля 2017 г.). «Вред вискозного волокна для здоровья». ABC Radio National . Получено 24 марта 2023 г. .
  34. ^ abcd Nijhuis, Michelle (2009). «Bamboo Boom: Is This Material for You?». Scientific American Special Editions . Vol. 19, no. 2. pp. 60–65. Bibcode : 2009SciAm..19f..60N . Получено 24 марта 2023 г.
  35. ^ "Регенерированная целлюлоза по технологии лиоцелл, краткий обзор процесса и свойств :: BioResources". BioRes . 2018.
  36. ^ Тирни, Джон Уильям (2005). Кинетика растворения целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде и процессы испарения подобных растворов (диссертация).
  37. ^ Сент-Клер, Кассия (2018). Золотая нить: как ткань изменила историю . Лондон: Джон Мюррей. стр. 213–215. ISBN 978-1-4736-5903-2. OCLC  1057250632.
  38. ^ ab Blanc, MD, Paul David (15 ноября 2016 г.). Поддельный шелк / Смертельная история вискозного волокнистого материала. Yale University Press. ISBN 9780300204667. Получено 17 декабря 2020 г. . в 1915 году...[из 16] случаев отравления сероуглеродом... один рабочий был на короткое время помещен в психиатрическую лечебницу, а несколько других испытали жалобы на нервную систему...
  39. ^ Моноссон, Эмили (2016). «Токсичные ткани». Science . 354 (6315): 977. Bibcode :2016Sci...354..977M. doi :10.1126/science.aak9834. PMID  27884997. S2CID  45869497.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Сероуглерод .
В Wikisource имеется текст статьи « Бисульфид углерода » из энциклопедии «Британника» 1911 года .