Толуен

хемиско соединение

Толуен (исто така познат како толуол) е супституиран ароматичен јаглеводород. Тоа е безбојна течност нерастворлива во вода со мирис поврзан со разредувачите на бои.Тоа е моно-супституиран дериват на бензен, кој се состои од метил група (CH3) поврзана со фенилна група. Како такво, неговото систематско име според МСЧПХ е метилбензен. Толуенот претежно се користи како индустриска суровина и како растворувач.

Толуен
Систематско име Метилбензен
Назнаки
108-88-3 Ок
Кратенки PhMe
MePh
BnH
Tol
ChEBI CHEBI:17578 Н
ChEMBL ChEMBL9113 Ок
ChemSpider 1108 Ок
DrugBank DB01900 Н
5481
3Д-модел (Jmol) Слика
KEGG C01455 Ок
PubChem 1140
RTECS-бр. XS5250000
UNII 3FPU23BG52 Ок
Својства
Хемиска формула
Моларна маса 0 g mol−1
Изглед Безбојна течност[3]
Мирис сладок, лут, сличен на бензен[4]
Густина 0,8623 g/mL (25 °C)[2]
Точка на топење
Точка на вриење
0,54 g/L (5 °C)
0,519 g/L (25 °C)
0,63 g/L (45 °C)
1,2 g/L (90 °C)[5]
log P 2,73[6]
Парен притисок 2,8 kPa (20 °C)[4]
−66,1·10−6 cm3/mol[7]
Топлинска спроводливост 0,1310 W/(m·K) (25 °C)[8]
Показател на прекршување (nD) 1,4941 (25 °C)[2]
Вискозност 0,560 mPa·s (25 °C)[9]
Структура
Диполен момент 0,375 D[10]
Термохемија
Ст. енталпија на
формирање
ΔfHo298
12,4 kJ/mol
Ст. енталпија на
согорување
ΔcHo298
3,910 MJ/mol
Специфичен топлински капацитет, C 157,3 J/(mol·K)
Опасност
Безбедност при работа:
Главни опасности
многу запалив
GHS-ознаки:
Пиктограми
GHS02: ЗапаливоGHS08: Опасност по здравјетоGHS07: Извичник
Сигнални зборови
Опасност
Изјави за опасност
H225, H304, H315, H336, H361d, H373
Изјави за претпазливост
P210, P240, P301+P310, P302+P352, P308+P313, P314, P403+P233
NFPA 704
2
3
0
Температура на запалување {{{value}}}
480 °C (896 °F; 753 K)
Граници на запалливост 1,1–7,1%
50 mL/m3, 190 mg/m3
Смртоносна доза или концентрација:
>26700 ppm (стаорец, 1 h)
400 ppm (глушец, 24 h)[11]
55,000 ppm (зајак, 40 min)[11]
NIOSH (здравствени граници во САД):
PEL (дозволива)
TWA 200 ppm C 300 ppm 500 ppm (10-минутен максимален врв)[4]
REL (препорачана)
TWA 100 ppm (375 mg/m3) ST 150 ppm (560 mg/m3)[4]
IDLH (непосредна опасност)
500 ppm[4]
Безбедносен лист SIRI.org
Дополнителни податоци
 Ок(што е ова?)  (провери)
Освен ако не е поинаку укажано, податоците се однесуваат на материјалите во нивната стандардна состојба (25 °C, 100 kPa)
Наводи

Како растворувач во некои видови разредувачи на боја, трајни маркери, контактен цемент и одредени видови лепила, толуенот понекогаш се користи како рекреативен инхалатор[13] и има потенцијал да предизвика сериозна невролошка штета.[14][15]

Историја уреди

Соединението за прв пат беше изолирано во 1837 година преку дестилација на борово масло од Пјер Џозеф Пелетие и Филип Нериус Валтер, кој го нарече rétinnaphte (ретинафте).[16][17] Во 1841 година, Анри Етјен Сент-Клер Девил изолирал јаглеводород од балзам од Толу (ароматичен екстракт од тропското колумбиско дрво Myroxylon balsamum), кој Девил го препознал како сличен на Волтеровата rétinnaphte и на бензенот; оттука тој го нарече новиот јаглеводород benzoène (бензоен).[18][19][20] Во 1843 година, Јонс Јакоб Берзелиус го препорачал името toluin (толуин).[21] Во 1850 година, францускиот хемичар Огист Каурс од дестилат од дрво изолирал јаглеводород кој го препознал како сличен на benzoène на Девил и кој Каурс го нарекол toluène (толуен).[22][23]

Хемиски својства уреди

Растојанието помеѓу атомите на јаглеродот во прстенот на толуен е 0,1399 nm. Врската C-CH3 е подолга на 0,1524 nm, додека просечната должина на врската C-H е 0,111 nm.[24]

Толуенот реагира како нормален ароматичен јаглеводород при електрофилна ароматична супституција.[25][26][27] Бидејќи метил групата има поголеми својства за ослободување електрони (позитивен индуктивен ефект) од атом на водород во иста положба, толуенот е пореактивен од бензенот кон електрофилите. Се подложува на сулфонирање за да се добие р-толуенсулфонска киселина и хлорирање со Cl2 во присуство на FeCl3 или бромирање со Br2 и FeBr3 за да се добијат орто и пара изомери на хлоротолуен или бромотолуен.

 
Сулфонирање на толуен
 
Бромирање на толуен

Поважно, метил страничниот ланец во толуенот е подложен на оксидација. Толуенот реагира со калиум перманганат за да се добие бензоева киселина, а со хромил хлорид за да се добие бензалдехид (Етард реакција).

 
Оксидација на толуен со хромил хлорид

C-H врските на метил групата во толуен се бензилни, што значи дека се послаби од C-H врските кај поедноставните алкани. Одразувајќи ја оваа слабост, метил групата во толуен се подложува на халогенињаре во услови на слободни радикали. На пример, кога се загрева со N-бромосуцинимид (NBS) во присуство на AIBN, толуенот се претвора во бензил бромид. Истата конверзија може да се изврши со елементарен бром во присуство на УВ светлина или дури и сончева светлина.

Толуенот, исто така, може да биде бромиран со негово третирање со HBr и H2O2 во присуство на светлина.[28]

C6H5CH3 + Br2 → C6H5CH2Br + HBr
C6H5CH2Br + Br2 → C6H5CHBr2 + HBr

Метил групата во толуен се подложува на депротонирање само со многу силни бази; неговата pKa се проценува на приближно 41.[29] Целосна хидрогенизација на толуен дава метилциклохексан. Реакцијата бара висок притисок на водород и катализатор.

Мешливост уреди

Толуенот се меша (растворлив во сите пропорции) со етанол, бензен, диетил етер, ацетон, хлороформ, глацијална оцетна киселина и јаглерод дисулфид, но не се меша со вода.[30]

Производство уреди

Толуенот природно се појавува на ниски нивоа во суровата нафта и е нуспроизвод во производството на бензин од каталитички реформатор или етиленски крекер. Тоа е исто така нуспроизвод од производството на кокс од јаглен. Конечното раздвојување и прочистување се врши со кој било од процесите на дестилација или екстракција со растворувач што се користат за ароматиката на BTX (бензен, толуен и ксиленски изомери).[31]

Други подготвителни правци уреди

Толуенот може да се подготви со различни методи. На пример, бензенот реагира со метанол во присуство на цврста киселина и дава толуен:[31]

 

Употреба уреди

Прекурсор на бензен и ксилен уреди

Толуенот главно се користи како прекурсор на бензенот преку хидродеалкилација:

C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4

Втората рангирана употреба вклучува нејзина диспропорција со мешавина од бензен и ксилен.[31]

Нитрирање уреди

Нитирањето на толуен дава моно-, ди- и тринитротолуен, од кои сите се широко користени. Динитротолуенот е прекурсор на толуен диизоцијанат, кој се користи во производството на полиуретанска пена. Тринитротолуенот е експлозивот кој обично скратено се пишува TNT.

 
Синтеза на 2,4,6-тринитротолуен

Оксидација уреди

Бензоевата киселина и бензалдехидот се произведуваат комерцијално со делумна оксидација на толуен со кислород. Типични катализатори вклучуваат кобалт или манган нафтанати.[32]

 
Оксидација на толен до бензоева киселина

Растворувач уреди

Толуенот е вообичаен растворувач, на пр. за бои, разредувачи на бои, силиконски заптивки,[33] многу хемиски реактанти, гума, мастило за печатење, лепила (лепила), лакови, кожари за кожа и средства за дезинфекција.[31]

Гориво уреди

Толуенот може да се користи како засилувач на октанскиот број во бензинските горива за мотори со внатрешно согорување, како и за млазното гориво. Толуенот со 86 % по волумен ги хранеше сите турбо мотори во Формула 1 во текот на 1980-тите, првпат пионер од тимот на Хонда. Останатите 14 % беа „полнител“ на n-хептан, за да се намали бројот на октани за да се исполнат ограничувањата за гориво во Формула 1. Толуенот на 100 % може да се користи како гориво и за двотактни и за четиритактни мотори; сепак, поради густината на горивото и други фактори, горивото не испарува лесно освен ако претходно не се загрее на 70 °C (158 °F). Хонда го реши овој проблем во нивните Формула 1 болиди со насочување на линиите за гориво преку разменувач на топлина, црпејќи енергија од водата во системот за ладење за да го загрее горивото.[34]

Во Австралија во 2003 година, беше откриено дека толуенот бил незаконски комбиниран со бензин во места за гориво за продажба како стандардно гориво за возила. Толуенот нема акциза за гориво, додека другите горива се оданочуваат со повеќе од 40 %, обезбедувајќи поголема профитна маржа за добавувачите на гориво. Степенот на замена на толуен не е одреден.[35][36]

Други употреби уреди

Во лабораторија, толуенот се користи како растворувач за јаглеродни наноматеријали, вклучувајќи наноцевки и фулерени, а може да се користи и како индикатор за фулерен. Бојата на толуенскиот раствор на C60 е светло виолетова. Толуенот се користи како цемент за фини полистиренски комплети (со растворање и потоа фузија на површини) бидејќи може многу прецизно да се нанесе со четка и не содржи ниту еден дел од лепилото. Толуенот може да се користи за пукање на црвените крвни зрнца со цел да се извлече хемоглобин во биохемиските експерименти. Толуенот, исто така, се користел како течност за ладење поради неговите добри способности за пренос на топлина во натриумовите ладни стапици што се користат во јамките на системот на нуклеарниот реактор. Толуенот се користел и во процесот на отстранување на кокаинот од листовите на кока во производството на сирупот Кока-Кола.[37]

Токсикологија и метаболизам уреди

Еколошките и токсиколошките ефекти на толуенот се опширно проучувани.[38] Вдишување на толуен во ниски до умерени нивоа може да предизвика замор, збунетост, слабост, дејства од типот на пијанство, губење на меморијата, гадење, губење на апетит, губење на слухот,[39][40] и губење на видот во боја.[41] Некои од овие симптоми обично исчезнуваат кога ќе се прекине изложувањето. Вдишување на високи нивоа на толуен за кратко време може да предизвика зашеметеност, гадење или поспаност, несвестица, па дури и смрт.[42][43] Сепак, толуенот е многу помалку токсичен од бензенот и како последица на тоа, во голема мера го заменил како ароматичен растворувач во хемиската подготовка. Американската агенција за заштита на животната средина (ЕПА) наведува дека канцерогениот потенцијал на толуенот не може да се процени поради недоволни информации.[44] Во 2013 година, светската продажба на толуен изнесуваше околу 24,5 милијарди американски долари.[45]

Слично на многу други растворувачи како што се 1,1,1-трихлороетан и некои алкилбензени, се покажа дека толуенот делува како некомпетитивен антагонист на NMDA рецепторот и позитивен алостеричен модулатор за ГАБАА рецептор.[46] Дополнително, се покажа дека толуенот покажува ефекти слични на антидепресивите кај глодарите во тестот за принудно пливање (FST) и тестот за суспензија на опашката (TST),[46] најверојатно поради неговите NMDA антагонистички својства.

Толуенот понекогаш се користи како рекреативен инхалатор („шмркање на лепак“), најверојатно поради неговите еуфорични и разединувачки ефекти.[46]

Толуенот ги инхибира возбудливите јонски канали како што се NMDA рецепторот, никотинскиот ацетилхолин рецептор и серотонин 5-HT3 рецепторот. Исто така, ја потенцира функцијата на инхибиторните јонски канали, како што се ГАБАА и глицинските рецептори. Покрај тоа, толуенот ги нарушува напонските калциумови канали и јонските канали затворени со ATP.[47]

Рекреативна употреба уреди

Толуенот се користи како интоксикативен инхалатор на начин ненаменет од производителите. Луѓето вдишуваат производи што содржат толуен (на пример, разредувач за боја, контактен цемент, лепило за модели итн.) поради неговото опојно дејство. Поседувањето и употребата на толуен и производи што го содржат се регулирани во многу јурисдикции, поради наводната причина за спречување на малолетниците да ги добијат овие производи за рекреативни цели на дрога. Од 2007 година, 24 американски држави имаа закони со кои се казнува употребата, поседувањето со намера за употреба и/или дистрибуцијата на такви инхаланти.[48] Во 2005 година, Европската унија ја забрани општата продажба на производи што се состојат од повеќе од 0,5% толуен.[49]

Биоремедијација уреди

Неколку видови габи, вклучувајќи ги Cladofialophora, Exophiala, Leptodontidium (syn. Leptodontium), Pseudeurotium zonatum и Cladosporium sphaerospermum и одредени видови бактерии можат да го разградат толуенот користејќи го како извор на јаглерод и енергија.[50]

Наводи уреди

  1. Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. стр. 139. doi:10.1039/9781849733069-00130. ISBN 978-0-85404-182-4. Toluene and xylene are preferred IUPAC names, but are not freely substitutable; toluene is substitutable under certain conditions, but only for general nomenclature (see P-15.1.8 for a general substitution rules for retained names).
  2. 2,0 2,1 2,2 Haynes, p. 3,514
  3. Запис во Базата на супстанции GESTIS на Институтот за безбедност и здравје при работа
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 „Џебен водич за опасните хемиски материи #0619“. Национален институт за безбедност и здравје при работа (NIOSH). (англиски)
  5. Haynes, p. 5,164
  6. Haynes, p. 5,176
  7. Haynes, p. 3,579
  8. Haynes, p. 6,258
  9. Haynes, p. 6,246
  10. Haynes, p. 9,66
  11. 11,0 11,1 „Toluene“. Immediately Dangerous to Life and Health. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  12. „NFPA Chemicals“. New Environment, Inc. Архивирано од изворникот 2021-11-14. Посетено на 2015-03-13.
  13. McKeown NJ (Feb 1, 2015). Tarabar A (уред.). „Toluene Toxicity, Background, Pathophysiology, Epidemiology“. WebMD Health Professional Network. Архивирано од изворникот March 9, 2016. Посетено на March 22, 2016.
  14. Streicher HZ, Gabow PA, Moss AH, Kono D, Kaehny WD (June 1981). „Syndromes of toluene sniffing in adults“. Annals of Internal Medicine. 94 (6): 758–62. doi:10.7326/0003-4819-94-6-758. PMID 7235417.
  15. Devathasan G, Low D, Teoh PC, Wan SH, Wong PK (February 1984). „Complications of chronic glue (toluene) abuse in adolescents“. Australian and New Zealand Journal of Medicine. 14 (1): 39–43. doi:10.1111/j.1445-5994.1984.tb03583.x. PMID 6087782.
  16. Pelletier PJ and Walter FN (1837) "Examen des produits provenant du traitement de la résine dans la fabrication du gaz pour l'éclairage" Архивирано на 21 октомври 2016 г. (Examination of products arising from the treatment of resin during the production of illuminating gas), Comptes rendus, 4 : 898–899.
  17. Pelletier PJ and Walter FN (1838) "Examen des produits provenant du traitement de la résine dans la fabrication du gaz pour l'éclairage," Архивирано на 13 септември 2022 г. Annales de Chimie et de Physique, 2nd series, 67 : 269–303. Toluene is named on pp. 278–279: "Nous désignerons la substance qui nous occupe par le nom de rétinnaphte, qui rappelle son origine et ses propriétés physiques (ρητίνη-νάφτα)." (We will designate the substance that occupies us by the name of rétinnaphte, which recalls its origin and its physical properties (ρητίνη-νάφτα [resin-naphtha]).
  18. Deville, H. (1841) "Recherches sur les résines. Étude du baume de Tolu" Архивирано на 21 октомври 2016 г. (Investigations of resins. Study of Tolu balsam), Comptes rendus, 13 : 476–478.
  19. Deville, H. (1841) "Recherches chimiques sur les résines; Premier mémoire" Архивирано на 2 мај 2021 г. (Chemical investigations of resins; first memoir), Annales de Chimie et de Physique, 3rd series, 3 : 151–195. Deville names toluene on p. 170: "J'ai adopté, pour le corps qui m'occupe dans ce moment, le nom de benzoène, qui rappelle, dans les baumes dont il provient, ce caractère presque générique qui est de contenir de l'acide benzoïque." (I've adopted, for this substance that occupies me at the moment, the name benzoène, which recalls, in the balsams from which it comes, that character which is contained in benzoic acid.)
  20. Wisniak J (2004). „Henri Étienne Sainte-Claire Deville: A physician turned metallurgist“. Journal of Materials Engineering and Performance. 13 (2): 117–118. Bibcode:2004JMEP...13..117W. doi:10.1361/10599490418271. S2CID 95058552.
  21. Berzelius, Jacob (1843) Jahres Berichte, 22 : 353–354. Архивирано на 13 септември 2022 г..
  22. Cahours A (1850). „Recherches sur les huiles légères obtenues dans la distillation du bois“ [Investigations of light oils obtained by the distillation of wood]. Comptes Rendus (French). 30: 319–323 (320). Архивирано од изворникот 2016-03-01. Посетено на 2015-08-02.CS1-одржување: непрепознаен јазик (link)
  23. Wisniak J (October 2013). „Auguste André Thomas Cahours“. Educación Química. 24 (4): 451–460. doi:10.1016/S0187-893X(13)72500-X.
  24. Haynes, p. 9.53
  25. Vogel AS, Furniss BS, Hannaford AJ, Tatchell AR, Smith PW (1989). Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry (PDF) (5. изд.). New York: Longman/Wiley. ISBN 0582462363.
  26. Wade LG (2003). Organic Chemistry (5. изд.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. стр. 871. ISBN 013033832X.
  27. March J (1992). Advanced Organic Chemistry (4. изд.). New York: Wiley. стр. 723. ISBN 0471581488.
  28. Podgoršek A, Stavber S, Zupan M, Iskra J (2006). „Free Radical Bromination by the H2O2–HBr System on water“. Tetrahedron Letters. 47 (40): 7245–7247. doi:10.1016/j.tetlet.2006.07.109.
  29. Henry Hsieh, Roderic P. Quirk. Anionic Polymerization: Principles and Practical Applications. стр. 41.
  30. „Toluene, Semiconductor Grade, 99% min, Thermo Scientific | Fisher Scientific“. www.fishersci.com. Посетено на 2022-04-26.
  31. 31,0 31,1 31,2 31,3 „Toluene“, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a27_147.pub2
  32. Wade LG (2014). Organic Chemistry (Pearson new international. изд.). Harlow: Pearson Education Limited. стр. 985. ISBN 978-1-292-02165-2.
  33. „Dual cure, low-solvent silicone pressure sensitive adhesives – General Electric Company“. Архивирано од изворникот 2012-10-04. Посетено на 2008-02-15.
  34. Honda Formula One Turbo-charged V-6 1.5L Engine (PDF). SAE International Congress and Exposition. February 27 – March 3, 1989. Архивирано (PDF) од изворникот September 11, 2017. Посетено на September 11, 2017.
  35. „Scam on petrol sparks spot tests“. Liberty Oil. Архивирано од изворникот на 3 March 2016.
  36. „The World Today Archive – Authorities yet to acknowledge petrol scam problem“. Australian Broadcasting Corporation. Архивирано од изворникот 2012-11-10. Посетено на 2009-09-04.
  37. Merory J (1968). Food Flavorings: Composition, Manufacture and Use (2. изд.). Westport, CT: AVI Publishing Company, Inc..
  38. Hogan CM (2011), „Sulfur“, Во Jorgensen A, Cleveland CJ (уред.), Encyclopedia of Earth, Washington DC: National Council for Science and the Environment, Архивирано од изворникот 28 October 2012, Посетено на 26 October 2012
  39. Chang SJ, Chen CJ, Lien CH, Sung FC (August 2006). „Hearing loss in workers exposed to toluene and noise“. Environmental Health Perspectives. 114 (8): 1283–6. doi:10.1289/ehp.8959. PMC 1552019. PMID 16882540.
  40. Morata TC, Nylén P, Johnson AC, Dunn DE (1995). „Auditory and vestibular functions after single or combined exposure to toluene: a review“. Archives of Toxicology. 69 (7): 431–43. doi:10.1007/s002040050196. PMID 8526738. S2CID 22919141.
  41. Kishi R, Eguchi T, Yuasa J, Katakura Y, Arata Y, Harabuchi I, и др. (January 2001). „Effects of low-level occupational exposure to styrene on color vision: dose relation with a urinary metabolite“. Environmental Research. 85 (1): 25–30. Bibcode:2001ER.....85...25K. doi:10.1006/enrs.2000.4227. PMID 11161648.
  42. "Health Effects of Toluene" Архивирано на 25 ноември 2010 г., Canadian Centre for Occupational Health and Safety.
  43. "Toluene Toxicity Physiologic Effects" Архивирано на 12 октомври 2016 г., Agency for Toxic Substances and Disease Registry.
  44. [1] Архивирано на 6 март 2015 г., EPA
  45. Ceresana. „Toluene – Study: Market, Analysis, Trends – Ceresana“. Архивирано од изворникот 2017-04-29. Посетено на 2015-04-14.
  46. 46,0 46,1 46,2 Cruz SL, Soberanes-Chávez P, Páez-Martinez N, López-Rubalcava C (June 2009). „Toluene has antidepressant-like actions in two animal models used for the screening of antidepressant drugs“. Psychopharmacology. 204 (2): 279–86. doi:10.1007/s00213-009-1462-2. PMID 19151967. S2CID 2235023.
  47. „Toluene“. Архивирано од изворникот 2019-02-16. Посетено на 2019-02-15.
  48. Spigel S (8 July 2009). „State Laws on Inhalant Use“. Архивирано од изворникот 25 February 2015. Посетено на 13 April 2015.
  49. „EU sets 0.1% limit on use of toluene, TCB“. ICIS. Reed Business Information. 24 September 2005. Архивирано од изворникот 18 July 2018. Посетено на 18 July 2018.
  50. Prenafeta-Boldu FX, Kuhn A, Luykx DM, Anke H, van Groenestijn JW, de Bont JA (April 2001). „Isolation and characterisation of fungi growing on volatile aromatic hydrocarbons as their sole carbon and energy source“. Mycological Research. 105 (4): 477–484. doi:10.1017/S0953756201003719. Архивирано од изворникот 2017-09-22. Посетено на 2018-04-20.

Цитирани извори уреди

Надворешни врски уреди