stringtranslate.com

Толуол

Толуол ( / ˈ t ɒ l . j u iː n / ), также известный как толуол ( / ˈ t ɒ l . j u . ɒ l , - ɔː l , - oʊ l / ), представляет собой замещенный ароматический углеводород [15] с химической формулой C 6 H 5 CH 3 , часто сокращенно обозначаемой как PhCH 3 , где Ph обозначает фенильную группу. Это бесцветная, нерастворимая в воде жидкость с запахом, связанным с разбавителями для красок . Это монозамещенное производное бензола , состоящее из метильной группы (CH 3 ), присоединенной к фенильной группе одинарной связью . Таким образом, его систематическое название по ИЮПАК — метилбензол . Толуол в основном используется в качестве промышленного сырья и растворителя .

В качестве растворителя в некоторых типах разбавителей для краски , перманентных маркерах , контактном клее и некоторых типах клея толуол иногда используется в качестве рекреационного ингалятора [16] и может вызвать серьезные неврологические нарушения. [17] [18]

История

Соединение было впервые выделено в 1837 году путем перегонки соснового масла Пьером Жозефом Пеллетье и Филиппом Нериушем Вальтером , которые назвали его ретиннафтом . [19] [20] В 1841 году Анри Этьен Сент-Клер Девиль выделил углеводород из бальзама Толу (ароматический экстракт из тропического колумбийского дерева Myroxylon balsamum ), который Девиль признал похожим на ретиннафт Вальтера и на бензол; поэтому он назвал новый углеводород бензоэном . [21] [22] [23] В 1843 году Йенс Якоб Берцелиус рекомендовал название толуин . [24] В 1850 году французский химик Огюст Каур выделил из дистиллята древесины углеводород, который он признал похожим на бензоен Девиля и который Каур назвал толуеном . [25] [26]

Химические свойства

Расстояние между атомами углерода в толуольном кольце составляет 0,1399 нм. Связь C-CH 3 длиннее на 0,1524 нм, тогда как средняя длина связи CH составляет 0,111 нм. [27]

Кольцевые реакции

Толуол реагирует как обычный ароматический углеводород в электрофильном ароматическом замещении . [28] [29] [30] Поскольку метильная группа обладает большими электрон-высвобождающими свойствами, чем атом водорода в том же положении, толуол более реактивен, чем бензол по отношению к электрофилам. Он подвергается сульфированию с образованием п -толуолсульфокислоты и хлорированию Cl 2 в присутствии FeCl 3 с образованием орто- и пара - изомеров хлортолуола .

Нитрация толуола дает моно-, ди- и тринитротолуолы, все из которых широко используются. Динитротолуол является предшественником толуолдиизоцианата , предшественника полиуретановой пены. Тринитротолуол (ТНТ) является взрывчатым веществом.

Полное гидрирование толуола дает метилциклогексан . Реакция требует высокого давления водорода и катализатора .

Реакции побочной цепи

Связи CH метильной группы в толуоле являются бензильными , поэтому они слабее, чем связи CH в более простых алканах. Отражая эту слабость, метильная группа в толуоле подвергается различным свободнорадикальным реакциям. Например, при нагревании с N -бромсукцинимидом (NBS) в присутствии AIBN толуол превращается в бензилбромид . Такое же превращение можно осуществить с элементарным бромом в присутствии УФ-излучения или даже солнечного света.

Толуол также можно бромировать, обрабатывая его HBr и H 2 O 2 в присутствии света. [31]

C6H5CH3 + Br2 → C6H5CH2Br + HBr​​​​​​​​

Бензойная кислота и бензальдегид производятся в коммерческих целях путем частичного окисления толуола кислородом . Типичные катализаторы включают нафтенаты кобальта или марганца . [32] Связанные, но лабораторные окисления включают использование перманганата калия для получения бензойной кислоты и хромилхлорида для получения бензальдегида ( реакция Этара ).

окисление толуола

Метильная группа в толуоле подвергается депротонированию только с очень сильными основаниями; ее p K a оценивается с использованием тенденций кислотности и составляет приблизительно 43 в диметилсульфоксиде (ДМСО) [33] [34] , а ее кислотность ионной пары экстраполируется до 41,2 в циклогексиламине (циклогексиламиде цезия) с использованием корреляции Бренстеда. [35] [36]

Смешиваемость

Толуол смешивается (растворим во всех пропорциях) с этанолом , бензолом , диэтиловым эфиром , ацетоном , хлороформом , ледяной уксусной кислотой и сероуглеродом , но не смешивается с водой. [37]

Производство

Толуол встречается в природе в небольших количествах в сырой нефти и является побочным продуктом при производстве бензина с помощью каталитического риформинга или этиленового крекинга . Он также является побочным продуктом при производстве кокса из угля . Окончательное разделение и очистка осуществляются любым из процессов дистилляции или экстракции растворителем, используемых для ароматических соединений BTX (изомеры бензола, толуола и ксилола). [15]

Другие подготовительные пути

Толуол можно получить различными способами. Например, бензол реагирует с метанолом в присутствии твердой кислоты, давая толуол: [15]

Использует

Толуол является одним из наиболее широко производимых химикатов. Его основные применения: (1) как предшественник бензола и ксилолов , (2) как растворитель для разбавителей, красок, лаков , клеев и (3) как добавка к бензину. [15]

Предшественник бензола и ксилолов

Толуол преобразуется в бензол путем гидродеалкилирования :

С6Н5СН3 + Н2 → С6Н6 + СН4​​​​​​​

Его трансалкилирование дает смесь бензола и ксилолов .

Растворитель

Толуол широко используется в лакокрасочной, резиновой , химической, клеевой, полиграфической и фармацевтической промышленности в качестве растворителя. [38] Лак для ногтей, очистители для кистей и пятновыводители могут содержать толуол. Производство взрывчатых веществ (тротила) также использует его. Толуол также содержится в сигаретном дыме и выхлопных газах автомобилей. Если толуол не контактирует с воздухом, он может оставаться неизменным в почве или воде в течение длительного времени. [39]

Толуол является распространенным растворителем , например, для красок , разбавителей, силиконовых герметиков, [40] многих химических реагентов , резины , типографской краски, адгезивов (клеев), лаков , дубильных средств для кожи и дезинфицирующих средств . [15]

Топливо

Толуол — это октановый усилитель в бензиновом топливе для двигателей внутреннего сгорания , а также в реактивном топливе и турбированных двигателях Формулы-1 . [41]

В Австралии в 2003 году было обнаружено, что толуол незаконно смешивался с бензином в заправочных пунктах для продажи в качестве стандартного автомобильного топлива. Толуол не облагается акцизным налогом на топливо, в то время как другие виды топлива облагаются налогом более 40%, что обеспечивает большую прибыль поставщикам топлива. Утверждается, что степень замещения толуола составляет 60%. [42] [43]

Нишевые приложения

В лаборатории толуол используется в качестве растворителя для углеродных наноматериалов, включая нанотрубки и фуллерены, а также может использоваться в качестве индикатора фуллеренов . Цвет раствора C 60 в толуоле — ярко-фиолетовый. Толуол используется в качестве цемента для тонких полистирольных наборов (путем растворения и последующего сплавления поверхностей), поскольку его можно наносить очень точно кистью, и он не содержит ни капли клея. Толуол можно использовать для разрушения эритроцитов с целью извлечения гемоглобина в биохимических экспериментах. Толуол также использовался в качестве охладителя из-за его хороших теплопередающих свойств в натриевых холодных ловушках, используемых в контурах ядерных реакторов. Толуол также использовался в процессе удаления кокаина из листьев коки при производстве сиропа кока-колы. [44]

Токсикология и метаболизм

Экологические и токсикологические эффекты толуола были тщательно изучены. [45]

Толуол раздражает глаза, кожу и дыхательные пути. Он медленно всасывается через кожу. Он может вызвать системную токсичность при вдыхании или проглатывании. Вдыхание является наиболее распространенным путем воздействия. Симптомы отравления толуолом включают эффекты центральной нервной системы (головная боль, головокружение, сонливость, атаксия , эйфория , тремор , галлюцинации , судороги и кома), химический пневмонит , угнетение дыхания, желудочковые аритмии , тошнота, рвота и электролитный дисбаланс . [38]

Вдыхание толуола в низких или умеренных концентрациях может вызвать усталость, спутанность сознания, слабость, действия, подобные пьяному, потерю памяти, тошноту, потерю аппетита, потерю слуха [46] [47] [48] и потерю цветового зрения. [49] Некоторые из этих симптомов обычно исчезают, когда воздействие прекращается. Вдыхание высоких концентраций толуола в течение короткого времени может вызвать головокружение, тошноту или сонливость, потерю сознания и даже смерть . [50] [51] Однако толуол гораздо менее токсичен, чем бензол , и, как следствие, в значительной степени заменил его в качестве ароматического растворителя в химических препаратах. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) заявляет, что канцерогенный потенциал толуола не может быть оценен из-за недостаточности информации. [52] В 2013 году мировые продажи толуола составили около 24,5 млрд долларов США. [53]

Толуол является загрязнителем воздуха в помещениях в ряде процессов, включая электрохирургию, и может быть удален из воздуха с помощью фильтра с активированным углем . [54]

Подобно многим другим растворителям, таким как 1,1,1-трихлорэтан и некоторые алкилбензолы , толуол , как было показано, действует как неконкурентный антагонист рецептора NMDA и положительный аллостерический модулятор рецептора ГАМК A. [55] Кроме того, было показано, что толуол проявляет антидепрессантоподобные эффекты у грызунов в тесте принудительного плавания (FST) и тесте подвешивания за хвост (TST), [55] , вероятно, из-за его свойств антагониста NMDA.

Толуол иногда используется в качестве рекреационного ингалятора («вдыхание клея»), вероятно, из-за его эйфорического и диссоциативного эффектов. [55]

Толуол ингибирует возбуждающие ионные каналы, такие как рецептор NMDA , никотиновый ацетилхолиновый рецептор и серотониновый 5-HT 3 рецептор . Он также усиливает функцию ингибирующих ионных каналов, таких как рецепторы ГАМК A и глицина . Кроме того, толуол нарушает потенциалзависимые кальциевые каналы и АТФ-зависимые ионные каналы. [56]

Использование в рекреационных целях

Толуол используется в качестве опьяняющего ингалятора непреднамеренным для производителей способом. Люди вдыхают продукты, содержащие толуол (например, растворитель для краски , контактный клей , корректирующие ручки, клей для моделей и т. д.), из-за его опьяняющего эффекта . Хранение и использование толуола и продуктов, содержащих его, регулируются во многих юрисдикциях, по предполагаемой причине, чтобы не допустить несовершеннолетних к получению этих продуктов в рекреационных наркотических целях. По состоянию на 2007 год в 24 штатах США были законы, карающие использование, хранение с намерением использования и/или распространение таких ингаляторов. [57] В 2005 году Европейский союз запретил общую продажу продуктов, содержащих более 0,5% толуола. [58]

Биоремедиация

Несколько видов грибов, включая Cladophialophora , Exophiala , Leptodontidium ( син. Leptodontium ), Pseudeurotium zonatum и Cladosporium sphaerospermum , а также некоторые виды бактерий могут разлагать толуол, используя его в качестве источника углерода и энергии. [59]

Ссылки

  1. ^ abcde Haynes, стр. 3.514
  2. ^ Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. стр. 139. doi :10.1039/9781849733069-00130. ISBN 978-0-85404-182-4. Толуол и ксилол являются предпочтительными названиями ИЮПАК, но не являются свободно заменяемыми; толуол заменяем при определенных условиях, но только для общей номенклатуры (см. P-15.1.8 для общих правил замены для сохраненных названий).
  3. ^ Запись в базе данных веществ GESTIS Института охраны труда и техники безопасности
  4. ^ abcde Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0619". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ Хейнс, стр. 5.164
  6. ^ Хейнс, стр. 5.176
  7. ^ Хейнс, стр. 3.579
  8. ^ Хейнс, стр. 6.258
  9. ^ Хейнс, стр. 6.246
  10. ^ Хейнс, стр. 9.66
  11. ↑ Хейнс, стр. 5.39, 5.67
  12. ^ abc Haynes, стр. 16.30
  13. ^ ab "Толуол". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  14. ^ "NFPA Chemicals". New Environment, Inc. Архивировано из оригинала 14 ноября 2021 г. Получено 13 марта 2015 г.
  15. ^ abcde Jörg F, Ulrich G, Simo TA (2005). "Толуол". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a27_147.pub2. ISBN 978-3-527-30673-2.
  16. ^ McKeown NJ (1 февраля 2015 г.). Tarabar A (ред.). "Toluene Toxicity, Background, Pathophysiology, Epidemiology". WebMD Health Professional Network. Архивировано из оригинала 9 марта 2016 г. Получено 22 марта 2016 г.
  17. ^ Streicher HZ, Gabow PA, Moss AH, Kono D, Kaehny WD (июнь 1981 г.). «Синдромы вдыхания толуола у взрослых». Annals of Internal Medicine . 94 (6): 758–62. doi :10.7326/0003-4819-94-6-758. PMID  7235417.
  18. ^ Деватасан Г., Лоу Д., Теох ПК, Ван Ш., Вонг ПК (февраль 1984 г.). «Осложнения хронического злоупотребления клеем (толуолом) у подростков». Австралийский и новозеландский медицинский журнал . 14 (1): 39–43. doi :10.1111/j.1445-5994.1984.tb03583.x. ПМИД  6087782.
  19. ^ Пеллетье П.Дж. и Уолтер Ф.Н. (1837 г.) «Исследование продуктов, происшедших из смолы в производстве газа для l'éclairage». Архивировано 21 октября 2016 г., на Wayback Machine (Исследование продуктов, полученных в результате обработки смолы во время производство осветительного газа), Comptes rendus , 4  : 898–899.
  20. ↑ Пеллетье П.Дж. и Уолтер Ф.Н. (1838 г.) «Examen des produits produits producant du Traetement de la Résine dans la Manufacturing du gaz pour l'éclairage», Архивировано 13 сентября 2022 г., в Wayback Machine Annales de Chimie et de Physique , 2-я серия, 67  : 269–303. Толуол упоминается на стр. 278–279: «Nous désignerons laвещество, которое quin nous occupe par le nom de rétinnaphte , qui rappelle son origine et ses proprietés Physiques (ρητίνη-νάφτα)». (Мы обозначим занимающее нас вещество названием ретиннафта , что напоминает о его происхождении и физических свойствах (ρητίνη-νάφτα [смола-нафта]).
  21. ^ Девиль, Х. (1841) «Recherches sur les resines. Étude du baume de Tolu». Архивировано 21 октября 2016 г., в Wayback Machine (Исследования смол. Исследование бальзама Толу), Comptes rendus , 13  : 476–478.
  22. ^ Девиль, Х. (1841) «Recherches chimiques sur les resines; Premier mémoire». Архивировано 2 мая 2021 г., в Wayback Machine (Химические исследования смол; первые мемуары), Annales de Chimie et de Physique , 3-я серия, 3  : 151–195. Девиль называет толуол на стр. 170: «Я усыновил, для корпуса, который занял в этот момент, le nom de Benzoène , qui Rappelle, dans les baumes dont il proient, ce caractère presque générique qui est de contenir de l'acide bonzoïque». (Я принял для этого вещества, которое меня в данный момент занимает, название бензоен , которое напоминает о свойстве, присущем бензойной кислоте в бальзамах, из которых оно получено.)
  23. ^ Wisniak J (2004). «Анри Этьен Сент-Клер Девиль: врач, ставший металлургом». Журнал «Материалы и технологии производства » . 13 (2): 117–118. Bibcode : 2004JMEP...13..117W. doi : 10.1361/10599490418271. S2CID  95058552.
  24. ^ Берцелиус, Джейкоб (1843) Ярес Берихте , 22  : 353–354. Архивировано 13 сентября 2022 года в Wayback Machine .
  25. ^ Каур А (1850). «Исследования легких масел, полученных перегонкой древесины». Comptes Rendus (на французском языке). 30 : 319–323 (320). Архивировано из оригинала 1 марта 2016 года . Проверено 2 августа 2015 г.
  26. ^ Вишняк Дж. (октябрь 2013 г.). «Огюст Андре Тома Каур». Образование Кимика . 24 (4): 451–460. дои : 10.1016/S0187-893X(13)72500-X .
  27. ^ Хейнс, стр. 9.53
  28. ^ Vogel AS, Furniss BS, Hannaford AJ, Tatchell AR, Smith PW (1989). Учебник практической органической химии Vogel's (PDF) (5-е изд.). Нью-Йорк: Longman/Wiley. ISBN 0-582-46236-3.
  29. ^ Wade LG (2003). Органическая химия (5-е изд.). Upper Saddle River, Нью-Джерси: Prentice Hall. стр. 871. ISBN 013033832X.
  30. ^ Март J (1992). Advanced Organic Chemistry (4-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. С. 723. ISBN 0-471-58148-8.
  31. ^ Подгоршек А, Ставбер С, Зупан М, Искра Дж (2006). «Свободнорадикальное бромирование системой H 2 O 2 –HBr на воде». Буквы тетраэдра . 47 (40): 7245–7247. дои :10.1016/j.tetlet.2006.07.109.
  32. ^ Wade LG (2014). Органическая химия (Pearson new international ed.). Harlow: Pearson Education Limited. стр. 985. ISBN 978-1-292-02165-2.
  33. ^ Бордвелл Ф. Г., Олгрим Д. Д. (апрель 1988 г.). «Кислотность анилинов в растворе диметилсульфоксида». Журнал Американского химического общества . 110 (9): 2964–2968. doi :10.1021/ja00217a045. ISSN  0002-7863.
  34. ^ Bordwell FG (1 декабря 1988 г.). «Равновесные кислотности в растворе диметилсульфоксида». Accounts of Chemical Research . 21 (12): 456–463. doi :10.1021/ar00156a004. ISSN  0001-4842.
  35. ^ Генри Хсие, Родерик П. Куирк. Анионная полимеризация: принципы и практическое применение . стр. 41.
  36. ^ Buncel E, Durst T (1980). A. Streitwieser, Jr., E. Juaristi и LL Nebenzahl, в Comprehensive Carbanion Chemistry Volume 5: Part A Structure and Reactionactivity (Studies in Organic Chemistry) . Elsevier Scientific Publishing Company. стр. 323. ISBN 9780444419132.
  37. ^ "Толуол, полупроводниковый класс, 99% мин., Thermo Scientific | Fisher Scientific". www.fishersci.com . Получено 26 апреля 2022 г. .
  38. ^ ab "Толуол | Руководство по медицинскому управлению | Портал токсичных веществ | ATSDR" . Получено 2 июня 2023 г.
  39. ^ "Толуол". 30 января 2018 г.
  40. ^ "Двойного отверждения, с низким содержанием растворителя, силиконовые клеи, чувствительные к давлению – General Electric Company". Архивировано из оригинала 4 октября 2012 г. Получено 15 февраля 2008 г.
  41. ^ Honda Formula One Turbo-charged V-6 1.5L Engine (PDF) . SAE International Congress and Exposition. 3 марта 1989 г. Архивировано (PDF) из оригинала 11 сентября 2017 г. . Получено 11 сентября 2017 г. .
  42. ^ "Мошенничество с бензиновыми искрами точечных тестов". Liberty Oil . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г.
  43. ^ "Архив The World Today – Власти пока не признали проблему мошенничества с бензином". Australian Broadcasting Corporation . Архивировано из оригинала 10 ноября 2012 года . Получено 4 сентября 2009 года .
  44. ^ Merory J (1968). Пищевые ароматизаторы: состав, производство и использование (2-е изд.). Westport, CT: AVI Publishing Company, Inc..
  45. ^ Hogan CM (2011), "Sulfur", в Jorgensen A, Cleveland CJ (ред.), Encyclopedia of Earth , Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде, архивировано из оригинала 28 октября 2012 г. , извлечено 26 октября 2012 г.
  46. ^ Chang SJ, Chen CJ, Lien CH, Sung FC (август 2006 г.). «Потеря слуха у рабочих, подвергающихся воздействию толуола и шума». Environmental Health Perspectives . 114 (8): 1283–6. doi :10.1289/ehp.8959. PMC 1552019. PMID 16882540  . 
  47. ^ Morata TC, Nylén P, Johnson AC, Dunn DE (1995). «Слуховые и вестибулярные функции после однократного или комбинированного воздействия толуола: обзор». Архивы токсикологии . 69 (7): 431–43. doi :10.1007/s002040050196. PMID  8526738. S2CID  22919141.
  48. ^ Профилактика потери слуха, вызванной воздействием химических веществ (ототоксичность) и шума (PDF) (Отчет). 1 сентября 2020 г. doi : 10.26616/NIOSHPUB2018124 .
  49. ^ Kishi R, Eguchi T, Yuasa J, Katakura Y, Arata Y, Harabuchi I и др. (январь 2001 г.). «Влияние низкого уровня профессионального воздействия стирола на цветовое зрение: зависимость дозы от метаболита в моче». Environmental Research . 85 (1): 25–30. Bibcode :2001ER.....85...25K. doi :10.1006/enrs.2000.4227. PMID  11161648.
  50. ^ «Влияние толуола на здоровье». Архивировано 25 ноября 2010 г. в Wayback Machine , Канадский центр охраны труда и техники безопасности.
  51. ^ «Физиологические эффекты токсичности толуола». Архивировано 12 октября 2016 г. на Wayback Machine , Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний.
  52. ^ [1] Архивировано 6 марта 2015 г. в Wayback Machine , EPA
  53. ^ Ceresana. "Toluene – Study: Market, Analysis, Trends – Ceresana". Архивировано из оригинала 29 апреля 2017 г. Получено 14 апреля 2015 г.
  54. ^ Кэрролл ГТ, Киршман ДЛ (декабрь 2022 г.). «Периферийно расположенное устройство рециркуляции воздуха, содержащее фильтр с активированным углем, снижает уровень ЛОС в имитируемой операционной». ACS Omega . 7 (50): 46640–46645. doi :10.1021/acsomega.2c05570. PMC 9774396 . PMID  36570243. 
  55. ^ abc Cruz SL, Soberanes-Chávez P, Páez-Martinez N, López-Rubalcava C (июнь 2009 г.). «Толуол обладает антидепрессантоподобными свойствами в двух моделях животных, используемых для скрининга антидепрессантов». Психофармакология . 204 (2): 279–86. doi :10.1007/s00213-009-1462-2. PMID  19151967. S2CID  2235023.
  56. ^ "Толуол". Архивировано из оригинала 16 февраля 2019 г. Получено 15 февраля 2019 г.
  57. ^ Spigel S (8 июля 2009 г.). «Законы штата об использовании ингалянтов». Архивировано из оригинала 25 февраля 2015 г. Получено 13 апреля 2015 г.
  58. ^ "ЕС устанавливает 0,1% предел использования толуола, ТХБ". ICIS . Reed Business Information . 24 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 18 июля 2018 г. Получено 18 июля 2018 г.
  59. ^ Prenafeta-Boldu FX, Kuhn A, Luykx DM, Anke H, van Groenestijn JW, de Bont JA (апрель 2001 г.). «Выделение и характеристика грибов, растущих на летучих ароматических углеводородах как единственном источнике углерода и энергии». Mycological Research . 105 (4): 477–484. doi :10.1017/S0953756201003719. Архивировано из оригинала 22 сентября 2017 г. Получено 20 апреля 2018 г.

Цитируемые источники

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме толуол .
В Викицитатнике есть цитаты, связанные с толуолом .