Toluén

História

Toluén po prvý raz pripravil v čistom stave francúzsky chemik Henri Etienne Sainte-Claire Devillom v roku 1844 destiláciou balzamu Myroxylon balamum, odkiaľ získal aj svoje meno. Získaval sa priemyselne z BTX frakcie pri destilácii uhoľného dechtu. Význam však získal až v druhej polovici devätnásteho storočia po objave TNT.

Chemické vlastnosti

Toluén má elektrón-bohatý konjungovaný -systém, ktorý možno vidieť na obrázku, takže bude podobne ako benzén reagovať elektrofilnými substitučnými (SE) reakciami. Podlieha ľahko halogenácii, nitrácii, sulfonácii aj Friedel-Craftsovej alkylácii/acylácii. Je reaktívnejší ako benzén, pretože metylová skupina dodáva elektrónovú hustotu hyperkonjugáciou a indukčným efektom. Takto je umožnená substitúcia do orto a para polohy, pričom ich pomer závisí od reakčného činidla ako aj od iných podmienok (hlavne teploty). Vďaka stabilite -systému je toluén ťažko hydrogenovateľný na metylcyklohexán. Bočný reťazec podlieha oxidácii s tvrdšími oxidačnými činidlami.

Výroba

Pôvodne destiláciou BTX frakcie pri destilácii uhoľného dechtu. Dnes vzniká ako vedľajší produkt pyrolýzy vyšších frakcií a ako produkt katalytickej reformácie ťažkých benzínov. Najľahšie sa reformujú cykloalkány, ktorých je v ťažkom benzíne dostatok, preto je vynikajúcim zdrojom pre syntézu aromátov. Dehydrocyklizácia alkánov je energeticky náročnejšia. Pri rafinérskych procesoch ho vzniká omnoho viac, ako je petrochemický dopyt a tak, po znížení obsahu aromátov v autobenzíne vzniká jeho nadbytok. Okolo jednej polovice sa ho využije v procesoch dealkylácie a disproporciácie toluénu pri výrobe žiadanejších aromátov. Od alkánov v pyrolyzáte a reformáte sa oddeľuje extrakciou a extraktívnou destiláciou s polárnym rozpúšťadlom ako sú etylénglykoly, DMSO, alebo sulfolán.

Laboratórium

Toluén slúži v laboratóriu hojne ako rozpúšťadlo. Nahradzuje svojou podobnou polaritou benzén pri omnoho nižšej toxicite. Veľké množstvá sa ho používajú ako slabo polárne rozpúšťadlo pri preparatívnej chromatografii. Využíva sa pri azeotropickom odstraňovaní vody z reakčnej zmesi, pretože s ňou tvorí azeotrop 15 ku 85 ₕₘ%, viaže ešte viac vody než benzén, takže je ešte vhodnejší.

Zneužívanie

Toluén je známy širokej verejnosti vďaka jeho zneužívaniu narkomanmi. Na Slovensku sa zneužívanie rozpúšťadiel a menovite toluénu rozšírilo už v sedemdesiatych rokoch. Dodnes ide o markantný problém najmä u chudobnejšej mládeže, nakoľko sú rozpúšťadlá relatívne lacné a dostupné. Takáto toxikománia vedie k zvlášť rýchlemu zničeniu zdravia i intelektu.

Toxicita

Toluén do organizmu prichádza dýchacím traktom ako aj resorbciou cez pokožku. Časť sa vylúči dýchaním, čo spôsobuje charakteristický zápach narkomanov, čo ho zneužívajú. Zvyšok sa detoxifikuje oxidáciou pomocou cytochrómu P-450 na benzylalkohol, ktorý sa pomocou nešpecifickej alkoholdehydrogenázy zoxiduje okrem kyseliny benzoovej. Tá sa spolu s glycínom zabuduje do kyseliny hipúrovej, ktorá je dostatočne hydrofilná aby sa vylúčila v moči. Vysoký obsah kyseliny hipúrovej v moči je jeden z klinických signálov na dlhodobú expozíciu toluénom. Malá časť sa však zoxiduje na veľmi reaktívne epoxidy. Väčšina týchto epoxidov sa zlikviduje redukciou glutationom, ale časť alkyluje membrány, nukleové kyseliny a iné bunkové štruktúry, čím sa toluén stáva mutagénnym. Expozícia toluénom spôsobuje nevoľnosť, únavu a bolesti hlavy. Dlhodobo dochádza k vzniku psychóz a poškodeniu obličiek a pečene.