Toluen

Toluen
Imena
	IUPAC ime metilbenzen
	Druga imena toluen; fenilmetan ; toluol; anisen
Identifikatorji
Številka CAS	108-88-3;
3D model (JSmol)	Interaktivna slika;
ChEBI	CHEBI:17578;
ChEMBL	ChEMBL9113;
ChemSpider	1108;
DrugBank	DB01900;
ECHA InfoCard	100.003.297
KEGG	C01455;
PubChem CID	1140;
RTECS število	XS5250000;
UNII	3FPU23BG52;
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID7021360 ;
	InChI InChI=1S/C7H8/c1-7-5-3-2-4-6-7/h2-6H,1H3 Key: YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N; InChI=1/C7H8/c1-7-5-3-2-4-6-7/h2-6H,1H3 Key: YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYAT;
	SMILES Cc1ccccc1;
Lastnosti
Kemijska formula	C7H8
Molska masa	92,14 g·mol−1
Videz	brezbarvna tekočina
Gostota	0,87 g/mL (20 °C)
Tališče	−95 °C (−139 °F; 178 K)
Vrelišče	111 °C (232 °F; 384 K)
Topnost v vodi	0,52 g/L (20 °C)
Lomni količnik (nD)	1,497 (20 °C)
Viskoznost	0,590 cP (20 °C)
Struktura
Dipolni moment	0,36 D
Nevarnosti
Glavne nevarnosti	zelo vnetljiv
EU klasifikacija (DSD) (zastarelo)	lahko vnetljivo (F); zdravju škodljivo (Xn)
R-stavki (zastarelo)	R11, R38, R48/20, R63, R65, R67
S-stavki (zastarelo)	(S2), S36/37, (S29), S46, S62
NFPA 704 (diamant ognja)	3 2
Plamenišče	6 °C (43 °F; 279 K)
Zg. vrednost izpostavljenosti (TLV)	50 mL m−3, 190 mg m−3
Sorodne snovi
Sorodno aromatski ogljikovodiki	benzen; ksilen; naftalen
Sorodne snovi	metilcikloheksan
	Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za material v standardnem stanju pri 25 °C, 100 kPa).
	Sklici infopolja

Toluen je aromatski ogljikovodik s kemijsko formulo C₆H₅CH₃, derivat benzena, v katerem je en vodikov atom zamenjan z metilno skupino –CH₃. Je bistra, v vodi netopna tekočina z značilnim aromatskim vonjem. V industriji se na veliko uporablja kot surovina za druge proizvode, na primer za sintezo trinitrotoluena, saharina, benzojske kisline in benzaldehida.

Vdihavanje toluena lahko povzroči resne nevrološke okvare.^[2]^[3] Toluen je pomembno organsko topilo, ki topi tudi nekatere anorganske snovi, na primer žveplo,^[4] jod, brom, fosfor in druge nepolarne kovalentne spojine.

Zgodovina in ime

Spojino je prvi izoliral poljski kemik Filip Walter leta 1837 z destilacijo borovega olja in jo imenoval retinafta.^[5] Kmalu zatem so jo preimenovali v toluen. Ime izhaja iz imena toluol, ki se nanaša na tolujski balzam, aromatičen izvleček kolumbijskega tropskega drevesa Myroxylon balsamum, iz katerega so tudi izolirali toluen, vendar kasneje.^[6]

Kemijske lastnosti

Za toluen so, tako kot za druge aromatske ogljikovodike, značilne elektrofilne aromatske substitucije.^[7]^[8]^[9] Zaradi metilne skupine je toluen 25 krat bolj reaktiven od benzena. S sulfonacijo nastane p-toluensulfonska kislina, s kloriranjem s Cl₂ v prisotnosti FeCl₃ pa zmes o- in p-klorotoluena.

Toluen lahko reagira tudi na stranski metilni skupini. Z oksidacijo s kalijevim permanganatom v razredčeni kislini, na primer v žveplovi kislini, ali kalijevim permanganatom v koncentrirani žveplovi kislini nastane benzojska kislina, medtem ko z oksidacijo s kromil kloridom nastane benzaldehid (Étardova reakcija). Halogeniranje poteka po mehanizmu prostih radikalov. Primer: s segrevanjem N-bromosukcinimida in toluena v prisotnosti azobisizobutironitrila (AIBN) nastane benzil bromid. Bromira se lahko tudi z obdelavo s HBr in H₂O₂ v prisotnosti svetlobe.^[10]

S katalitskim hidrogeniranjem toluena nastane metilcikloheksan. Zaradi stabilnosti aromatskega obroča (pK_a ≈ 45) reakcija poteka samo pod visokim tlakom.

Proizvodnja

Toluen se v manjših količinah nahaja v surovi nafti. Proizvaja se v rafinerijah nafte v procesih proizvodnje bencina s katalitskim krekiranjem in krekiranjem z vodno paro in koksarnah. Zadnja faza proizvodnega procesa je v obeh primerih destilacija ali ekstrakcija.

Laboratorijska priprava

Toluen se lahko industrijsko ali laboratorijsko pripravi po več postopkih.

Iz benzena (Friedel-Craftsova reakcija)

Benzen reagira z metil kloridom v prisotnosti brezvodnega aluminijevega klorida in tvori tuluen:

C₆H₅H + CH₃Cl⁺ → C₆H₅CH₃ + HCl

Namesto AlCl₃ se lahko uporabi tudi mnogo drugih katalizatorjev. Njihove reaktivnosti padajo v naslednjem zaporedju: AlCl₃ > SbCl₃ > SnCl₄ > BF₃ > ZnCl₂ > HgCl₂. Reakcija ni preveč uporabna, ker se toluen zlahka še naprej alkilira s še večjo hitrostjo in tvori polisubstituirane produkte.

Iz bromobenzena (Wurtz-Fittigova reakcija)

Wurtz-Fittigova reakcija je reakcija aril halidov in alkil halidov v prisotnosti kovinskega natrija, v kateri nastanejo substituirane aromatske spojine. V reakciji med bromobenzenom in metil bromidom v brezvodnem etru nastane toluen:

C₆H₅Br + CH₃Br + 2Na → C₆H₅CH₃ + 2NaBr

Z dekarboksilacijo toluenske kisline

Če se natrijeva sol o-, m- ali p-toluenske kisline (toluat) segreva z natrijevim apnom (zmes Ca(OH)₂, vode, NaOH in KOH), nastane toluen:

C₆H₄CH₃COONa + NaOH → C₆H₅CH₃ + Na₂CO₃

Iz krezola

Če se o-, m- ali p-krezol destilira iz cinkovega prahu, nastane toluen:

C₆H₄CH₃OH + Zn → C₆H₅CH₃ + ZnO

Iz toluensulfonske kisline

Če se toluensulfonska kislina obdela s pregreto vodno paro ali kuha s HCl, nastane toluen:

CH₃C₆H₄SO₃H + HOH (para) → C₆H₅CH₃ + H₂SO₄

Iz toluidina

Toluidin se najprej diazotira z natrijevim nitritom (NaNO₂) in HCl pri nizki temperaturi. Dobljena diazonijeva spojina se segreva z alkalnim stano kloridom (SnCl₂), pri čemer nastana toluen.

Uporaba

Toluen se uporablja predvsem kot surovina za proizvodnjo benzena. Proces se imenuje hidrodealkilacija:

C₆H₅CH₃ + H₂ → C₆H₆ + CH₄

Druga najpomembnejša reakcija je disproporcionacija, v kateri nastaneta benzen in ksilen. Z oksidacijo toluena nastaneta benzaldehid in benzojska kislina.^[11]

Topilo

Toluen se pogosto uporablja kot topilo in razredčilo za barvne premaze, silikonske tesnilne mase,^[12] kemijske reaktante, gumo, tiskarska črnila, lepila, lake, strojila za usnje in dezinfekcijska sredstva. Uporablja se tudi za sintezo toluen diizocianata, ki je surovina za poliuretanske pene, in sintezo eksploziva trinitrotoluena (TNT). Poleg tega se uporablja tudi kot topilo za nanomateriale, vključno z nanocevkami in fulereni in indikator fulerena. Barva raztopine C₆₀ v toluenu je živo škrlatna. Uporablja se tudi kot cement za lepljenje drobnih predmetov iz polistirena, ki raztopi obe stični površini in nato izpari. Toluen razgrajuje rdeče krvničke in s tem omogoči ekstrakcijo hemoglobina za biokemijske poskuse.

Gorivo

Toluen kot dodatek k bencinu za motorje z notranjim zgorevanjem poboljša njegovo oktansko število. Gorivo s 86 vol % toluena je v 1980. letih poganjalo vse motorje formule 1, najprej Hondine. Ostalih 14 vol % goriva je sestavljal n-heptan, ki je znižal oktansko število goriva do te mere, da je ustrezalo omejitvam za formulo 1. 100 % toluen je uporaben za dvotaktne in štiritaktne motorje. Zaradi svoje gostote in drugih dejavnikov gorivo ne izpareva dovolj dobro, dokler ni predgreto na 70 °C. Honda je to dosegla z napeljavo dotočnih cevi za gorivo skozi izpušni sistem.

V Avstraliji so odkrili, da se je toluen nezakonito mešal z bencinom in prodajal na bencinskih črpalkah kot standardno gorivo. Poraba goriva ni bila zato nič večja, prodajalci bencina pa so se s tem izognili plačilu 40 % davka na že tako cenejši toluen.^[13]^[14]

Toluen se je še pred kratkim uporabljal tudi v mešanici nadomestnih goriv za reakcijske motorje.^[15]

Drugo

Toluen se je zaradi svoje dobre toplotne prevodnosti uporabljal kot hladilno sredstvo za jedrske reaktorje. Kot topilo se je uporabljal za odstranjevanje kokaina iz listov koke, preden so se uporabili za proizvodnjo sirupa za Coca-Colo.^[16]

Toksikologija in presnova

Vdihavanje toluena v majhnih do srednjih količinah lahko povzroči utrujenost, zmedenost, slabost, pijanost, izgubo spomina, izguba apetita in sluha in barvno slepoto. Simptomi po navadi izginejo, ko izpostavljenost preneha. Vdihavanje velikih količin toluena v kratkem času lahko povzroči vrtoglavico, slabost ali zaspanost, nezavest in celo smrt.^[17]^[18]

Toluen je vsekakor manj strupen kot benzen, zato je v veliki meri nadomestil benzen kot aromatsko topilo. Benzen je znan kot rakotvorna snov, medtem ko je rakotvornost toluena zelo majhna.^[19]

Podobno mnoga druga topila, na primer 1,1,1-trikloroetan in nekateri alkilirani benzeni, toluen dokazano deluje kot nekompetitivni inhibitor receptorjev NMDA (N-metil-D-aspartatni receptor) in GABAA.^[20] Zaradi evforije in disociativnih učinkov, ki jih povzroči vdihavanje, se pogosto zlorablja.^[20] Na glodalcih ima podobne učinke kot antidepresivi.^[20]

Biološka razgradnja

Več vrst gliv (Cladophialophora, Exophiala, Leptodontium, Pseudeurotium zonatum in Cladosporium sphaerospermum) in nekatere vrste bakterij lahko razgrajuje toluen in ga uporablja kot vir ogljika in energije.^[21]

Sklici

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 GESTIS Substance database Arhivirano 2019-09-01 na Wayback Machine..
↑ H.Z. Streicher, P.A. Gabow, A.H. Moss, D. Kono, W.D. Kaehny (1981). Syndromes of toluene sniffing in adults. Annals of Internal Medicine 94 (6): 758–762. doi: 10.7326/0003-4819-94-6-758. PMID 7235417.
↑ G. Devathasan, D. Low, P.C. D. Teoh, S.H. Wan, P.K. Wong (1984). Complications of chronic glue (toluene) abuse in adolescents. Aust N Z J Med 14 (1): 39–43. doi: 10.1111/j.1445-5994.1984.tb03583.x. PMID 6087782.
↑ C.M. Hogan (2011). Sulfur. Encyclopedia of Earth. Washington DC. Pridobljeno 26. oktobra 2012.
↑ J. Wisniak (2004). Henri Étienne Sainte-Claire Deville: A physician turned metallurgist. Journal of Materials Engineering and Performance 13 (2): 117–118. doi: 10.1361/10599490418271.
↑ C.M.A. Stine (1943). [http://books.google.si/books?id=WNYDAAAAMBAJ&pg=PA92&lpg=PA92&hl=sl#v=onepage&q&f=fals Tornado in a Bombshell]. Popular Mechanics. Str. 93.
↑ B. S. Furniss in drugi (1989). Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry. 5. Izdaja. Longman/Wiley. New York.
↑ L. G. Wade. Organic Chemistry. 5. Izdaja. Prentice Hall. Upper Saddle River, New Jersey. Str. 871.
↑ J. March (1992). Advanced Organic Chemistry. 4. Izdaja. Wiley. New York. Str. 723.
↑ Ajda Podgoršek, Stojan Stavber, Marko Zupan, Jernej Iskra (2006). Free radical bromination by the H₂O₂–HBr system on water. Tetrahedron Letters 47 (40): 7245. doi: 10.1016/j.tetlet.2006.07.109.
↑ J. Fabri, U. Graeser, T.A. Simo (2005). Toluene. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002/14356007.a27_147.pub2.
↑ Dual cure, low-solvent silicone pressure-sensitive adhesives – Patent 6387487.
↑ Scam on petrol sparks spot tests Arhivirano 2016-03-03 na Wayback Machine..
↑ Authorities yet to acknowledge petrol scam problem.
↑ C. Ji, F.N. Egolfopoulos (2011). Hydrogen Flame propagation of mixtures of air with binary liquid fuel mixtures. Proc. Comb. Inst. 33: 955–961. doi: 10.1016/j.proci.2010.06.085.
↑ J. Merory (1968). Food Flavorings: Composition, Manufacture and Use (2. izdaja). Westport, CT: AVI Publishing Company, Inc..
↑ Health Effects of Toluene. Canadian Centre for Occupational Health and Safety.
↑ Toluene Toxicity Physiologic Effects Arhivirano 2016-10-12 na Wayback Machine.. Agency for Toxic Substances and Disease Registry.
↑ C. Dees, M. Askari, D.Henley (1996). Carcinogenic potential of benzene and toluene when evaluated using cyclin-dependent kinase activation and p53-DNA binding. Environmental Health Perspectives 104 (6): 1289–1292.
↑ ^20,0 ^20,1 ^20,2 S. L. Cruz, P. Soberanes-Chávez, N. Páez-Martinez, C. López-Rubalcava (junij 2009). Toluene has antidepressant-like actions in two animal models used for the screening of antidepressant drugs. Psychopharmacology 204 (2): 279–286. doi: 10.1007/s00213-009-1462-2. PMID 19151967.
↑ F.X. Prenafeta-Boldu, A. Kuhn, H. Anke, J.W. van Groenestijn, J.A.M. de Bont (april 2001). Isolation and characterisation of fungi growing on volatile aromatic hydrocarbons as their sole carbon and energy source. Mycological Research (Elsevier) 105 (4): 477–484. doi: 10.1017/S0953756201003719.

[GESTIS-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 GESTIS Substance database Arhivirano 2019-09-01 na Wayback Machine..

[2] H.Z. Streicher, P.A. Gabow, A.H. Moss, D. Kono, W.D. Kaehny (1981). Syndromes of toluene sniffing in adults. Annals of Internal Medicine 94 (6): 758–762. doi: 10.7326/0003-4819-94-6-758. PMID 7235417.

[3] G. Devathasan, D. Low, P.C. D. Teoh, S.H. Wan, P.K. Wong (1984). Complications of chronic glue (toluene) abuse in adolescents. Aust N Z J Med 14 (1): 39–43. doi: 10.1111/j.1445-5994.1984.tb03583.x. PMID 6087782.

[4] C.M. Hogan (2011). Sulfur. Encyclopedia of Earth. Washington DC. Pridobljeno 26. oktobra 2012.

[5] J. Wisniak (2004). Henri Étienne Sainte-Claire Deville: A physician turned metallurgist. Journal of Materials Engineering and Performance 13 (2): 117–118. doi: 10.1361/10599490418271.

[6] C.M.A. Stine (1943). [http://books.google.si/books?id=WNYDAAAAMBAJ&pg=PA92&lpg=PA92&hl=sl#v=onepage&q&f=fals Tornado in a Bombshell]. Popular Mechanics. Str. 93.

[7] B. S. Furniss in drugi (1989). Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry. 5. Izdaja. Longman/Wiley. New York.

[8] L. G. Wade. Organic Chemistry. 5. Izdaja. Prentice Hall. Upper Saddle River, New Jersey. Str. 871.

[9] J. March (1992). Advanced Organic Chemistry. 4. Izdaja. Wiley. New York. Str. 723.

[10] Ajda Podgoršek, Stojan Stavber, Marko Zupan, Jernej Iskra (2006). Free radical bromination by the H₂O₂–HBr system on water. Tetrahedron Letters 47 (40): 7245. doi: 10.1016/j.tetlet.2006.07.109.

[11] J. Fabri, U. Graeser, T.A. Simo (2005). Toluene. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002/14356007.a27_147.pub2.

[12] Dual cure, low-solvent silicone pressure-sensitive adhesives – Patent 6387487.

[13] Scam on petrol sparks spot tests Arhivirano 2016-03-03 na Wayback Machine..

[14] Authorities yet to acknowledge petrol scam problem.

[15] C. Ji, F.N. Egolfopoulos (2011). Hydrogen Flame propagation of mixtures of air with binary liquid fuel mixtures. Proc. Comb. Inst. 33: 955–961. doi: 10.1016/j.proci.2010.06.085.

[16] J. Merory (1968). Food Flavorings: Composition, Manufacture and Use (2. izdaja). Westport, CT: AVI Publishing Company, Inc..

[17] Health Effects of Toluene. Canadian Centre for Occupational Health and Safety.

[18] Toluene Toxicity Physiologic Effects Arhivirano 2016-10-12 na Wayback Machine.. Agency for Toxic Substances and Disease Registry.

[19] C. Dees, M. Askari, D.Henley (1996). Carcinogenic potential of benzene and toluene when evaluated using cyclin-dependent kinase activation and p53-DNA binding. Environmental Health Perspectives 104 (6): 1289–1292.

[Cruz-20] 20,0 ^20,1 ^20,2 S. L. Cruz, P. Soberanes-Chávez, N. Páez-Martinez, C. López-Rubalcava (junij 2009). Toluene has antidepressant-like actions in two animal models used for the screening of antidepressant drugs. Psychopharmacology 204 (2): 279–286. doi: 10.1007/s00213-009-1462-2. PMID 19151967.

[21] F.X. Prenafeta-Boldu, A. Kuhn, H. Anke, J.W. van Groenestijn, J.A.M. de Bont (april 2001). Isolation and characterisation of fungi growing on volatile aromatic hydrocarbons as their sole carbon and energy source. Mycological Research (Elsevier) 105 (4): 477–484. doi: 10.1017/S0953756201003719.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]