Толуен

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.

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

Историја
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).Pelletier PJ and Walter FN (1837) "Examen des produits provenant du traitement de la résine dans la fabrication du gaz pour l'éclairage"  (Examination of products arising from the treatment of resin during the production of illuminating gas), Comptes rendus, 4 : 898–899.Pelletier PJ and Walter FN (1838) "Examen des produits provenant du traitement de la résine dans la fabrication du gaz pour l'éclairage,"  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]).  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).Deville, H. (1841) "Recherches sur les résines. Étude du baume de Tolu"  (Investigations of resins.  Study of Tolu balsam), Comptes rendus, 13 : 476–478.Deville, H. (1841) "Recherches chimiques sur les résines; Premier mémoire"  (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.)  Во 1843 година, Јонс Јакоб Берзелиус го препорачал името toluin (толуин).Berzelius, Jacob (1843) Jahres Berichte, 22 : 353–354. .  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).

Хемиски својства
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.Haynes, p. 9.53

Толуенот реагира како нормален ароматичен јаглеводород при електрофилна ароматична супституција.  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.
мини|287x287px|Сулфонирање на толуен|центар
центар|мини|367x367пкс|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).
центар|мини|280x280пкс|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.

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.  Целосна хидрогенизација на толуен дава метилциклохексан. Реакцијата бара висок притисок на водород и катализатор.

 Мешливост 
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.

Производство
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).

 Други подготвителни правци 
Толуенот може да се подготви со различни методи. На пример, бензенот реагира со метанол во присуство на цврста киселина и дава толуен:
C6H6 + CH3OH ->[t^o]C6H5CH3 + H2O

Употреба

 Прекурсор на бензен и ксилен 
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.

Нитрирање
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.
центар|мини|383x383пкс|Синтеза на 2,4,6-тринитротолуен

Оксидација
Бензоевата киселина и бензалдехидот се произведуваат комерцијално со делумна оксидација на толуен со кислород. Типични катализатори вклучуваат кобалт или манган нафтанати.
алт=toluene oxidation|центар|мини|225x225пкс|Оксидација на толен до бензоева киселина

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

Гориво
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.

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.

Други употреби
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 јадрениот реактор. Толуенот се користел и во процесот на отстранување на кокаинот од листовите на кока во производството на сирупот Кока-Кола.

 Токсикологија и метаболизам 

Еколошките и токсиколошките ефекти на толуенот се опширно проучувани. 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, и губење на видот во боја. 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."Health Effects of Toluene" , Canadian Centre for Occupational Health and Safety."Toluene Toxicity Physiologic Effects" , Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 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. , EPA Во 2013 година, светската продажба на толуен изнесуваше околу 24,5 милијарди американски долари.

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. 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), најверојатно поради неговите NMDA антагонистички својства.

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

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.

 Рекреативна употреба 
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. Во 2005 година, Европската унија ја забрани општата продажба на производи што се состојат од повеќе од 0,5% толуен.

 Биоремедијација 
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.

 Наводи 

Цитирани извори

 Надворешни врски 

 ATSDR – Case Studies in Environmental Medicine: Toluene Toxicity  U.S. Department of Health and Human Services (public domain)
 Toluene CDC – NIOSH Workplace Safety and Health Topic (DHHS)
 OSHA-NIOSH  2018.  Preventing Hearing Loss Caused by Chemical (Ototoxicity) and Noise Exposure Safety and Health Information Bulletin (SHIB), Occupational Safety and Health Administration and the National Institute for Occupational Safety and Health.  SHIB 03-08-2018. DHHS (NIOSH) Publication No. 2018-124.

Категорија:Опасни загадувачи на воздухот
Категорија:Јаглеводородни растворувачи
Категорија:Алкилбензени
Категорија:Фенилни соединенија
Категорија:Безбедност и здравје при работа