Јаглерод дисулфид

Јаглерод дисулфид — неорганско соединение со хемиска формула CS<sub>2</sub> и структура S=C=S. Тоа е безбојна течност, која се користи како градежен материјал во органската синтеза. Има пријатен мирис сличен на етер или хлороформ, но комерцијалните примероци обично се жолтеникави и обично се контаминирани со нечистотии со непријатен мирис.
1 Историја
Во 1796 година, германскиот хемичар Вилхелм Август Лампадиус (1772–1842) прв го подготвил јаглерод дисулфид со загревање на пирит со влажен јаглен. Тој го нарече „течен сулфур“ (flüssig Schwefel). Составот на јаглеродниот дисулфид конечно бил одреден во 1813 година од тимот на шведскиот хемичар Јонс Јакоб Берзелиус (1779–1848) и швајцарско-британскиот хемичар Александар Марсет (1770–1822). Нивната анализа беше во согласност со емпириската формула на CS<sub>2</sub>.
2 Појава, производство, својства
Мали количини на јаглерод дисулфид се ослободуваат од вулкански ерупции и мочуришта. CS<sub>2</sub> некогаш бил произведен со комбинирање на јаглерод (или кокс) и сулфур на 800-1000 °C.: C + 2S → CS<sub>2</sub>
Реакцијата со пониска температура, која бара само 600 °C, користи природен гас како извор на јаглерод во присуство на силика гел или катализатори на алумина:: 2 CH<sub>4</sub> + S<sub>8</sub> → 2 CS<sub>2</sub> + 4 H<sub>2</sub>S
Реакцијата е аналогна на согорувањето на метан.
Глобалното производство/потрошувачка на јаглерод дисулфид е приближно еден милион тони, при што Кина троши 49 %, по што следи Индија со 13 %, најмногу за производство на вискозански влакна. Производството на САД во 2007 година беше 56.000 тони.
2.1 Растворувач
Јаглерод дисулфидот е растворувач за фосфор, сулфур, селен, бром, јод, масти, смоли, гума и асфалт. Се користи за прочистување на јаглеродни наноцевки со еден ѕид.
3 Реакции
Согорувањето на CS<sub>2</sub> дава сулфур диоксид според оваа идеална стехиометрија:
: CS<sub>2</sub> + 3O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + 2SO<sub>2</sub>
3.1 Со нуклеофили
На пример, амините даваат дитиокарбамати:: 2R<sub>2</sub>NH + CS<sub>2</sub> → [R<sub>2</sub>NH<sub>2</sub><sup>+</sup>][R<sub>2</sub>NCS<sub>2</sub><sup>−</sup>]
Ксантатите се формираат слично од алкоксидите:: RONa + CS<sub>2</sub> → [Na<sup>+</sup>][ROCS<sub>2</sub><sup>−</sup>]
Оваа реакција е основа за производство на регенерирана целулоза, главната состојка на вискоза и целофан. И ксантатите и поврзаните тиоксантати (добиени од третман на CS<sub>2</sub> со натриум тиолати) се користат како средства за флотација во преработката на минералите.
По третман со натриум сулфид, јаглеродниот дисулфид дава тритиокарбонат:: Na<sub>2</sub>S + CS<sub>2</sub> → [Na<sup>+</sup>]<sub>2</sub>[CS<sub>3</sub><sup>2−</sup>]
Јаглеродниот дисулфид не се хидролизира лесно, иако процесот е катализиран од ензимот јаглерод дисулфид хидролаза.
Во споредба со изоелектронскиот јаглерод диоксид, CS<sub>2</sub> е послаб електрофил. Додека, сепак, реакциите на нуклеофилите со CO<sub>2</sub> се многу реверзибилни и производите се изолираат само со многу силни нуклеофили, реакциите со CS<sub>2</sub> се термодинамички поповолни што овозможуваат формирање на производи со помалку реактивни нуклеофили.
3.2 Редукција
Редукцијата на јаглерод дисулфид со натриум дава натриум 1,3-дитиол-2-тион-4,5-дитиолат заедно со натриум тритиокарбонат:: 4Na + 4CS<sub>2</sub> → Na<sub>2</sub>C<sub>3</sub>S<sub>5</sub> + Na<sub>2</sub>CS<sub>3</sub>
3.3 Хлорирање
Хлорирањето на CS<sub>2</sub> обезбедува пат до јаглерод тетрахлорид:: CS<sub>2</sub> + 3 Cl<sub>2</sub> → CCl<sub>4</sub> + S<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>
Оваа конверзија се одвива преку посредство на тиофосген, CSCl<sub>2</sub>.
3.4 Координативна хемија
CS<sub>2</sub> е лиганд за многу метални комплекси, формирајќи пи комплекси. Еден пример е CpCo(η<sup>2</sup>-CS<sub>2</sub>)(PMe<sub>3</sub>).
4 Полимеризација
CS<sub>2</sub> се полимеризира при фотолиза или под висок притисок за да даде нерастворлив материјал наречен car-sul или „Bridgman's black“, именуван по откривачот на полимерот, Перси Вилијамс Бриџман. Тритиокарбонатните (-S-C(S)-S-) врски го сочинуваат, делумно, столбот на полимерот, кој е полуспроводник.
5 Употреба
Главните индустриски употреби на јаглеродниот дисулфид, кој троши 75 % од годишното производство, се производство на вискоза и целофан филм.
Тоа е исто така ценет посредник во хемиската синтеза на јаглерод тетрахлорид. Широко се користи во синтезата на органосулфурни соединенија како што се ксантатите, кои се користат при флотација на пена, метод за екстракција на метали од нивните руди. Јаглеродниот дисулфид е исто така прекурсор на дитиокарбаматите, кои се користат како лекови (на пример, метам натриум) и во хемија на гуми.
5.1 Други употреби
Може да се користи за дезинсекција на херметички складишта за складирање, херметички рамни складишта, канти, лифтови за жито, железнички вагони, бродови, шлеп и мелници за житарки. Јаглеродниот дисулфид исто така се користи како инсектицид за дезинсекција на житарици, расадник, за зачувување на свежо овошје и како средство за дезинфекција на почвата против инсекти и нематоди.
6 Здравствени ефекти
Јаглеродниот дисулфид е поврзан со акутни и хронични форми на труење, со различен опсег на симптоми.
Концентрациите од 500–3000 mg/m<sup>3</sup> предизвикуваат акутно и субакутно труење. Тие вклучуваат збир на претежно невролошки и психијатриски симптоми, наречени encephalopathia sulfocarbonica. Симптомите вклучуваат акутна психоза (маничен делириум, халуцинации), параноични идеи, губење на апетит, гастроинтестинални и сексуални нарушувања, полиневритис, миопатија и промени во расположението (вклучувајќи раздразливост и лутина). Ефектите забележани при пониски концентрации вклучуваат невролошки проблеми (енцефалопатија, психомоторни и психолошки нарушувања, полиневритис, абнормалности во спроводливоста на нервите), проблеми со видот (горење на очите, абнормални светлосни реакции, зголемен офталмолошки притисок ), проблеми со срцето (зголемена смртност од срцеви заболувања, ангина пекторис , висок крвен притисок) и репродуктивни проблеми (зголемени спонтани абортуси, неподвижна или деформирана сперма) и намален имунолошки одговор.
Професионалната изложеност на јаглерод дисулфид е исто така поврзана со кардиоваскуларни болести, особено мозочен удар.
Во 2000 година, СЗО веруваше дека здравствените штети се малку веројатни на нивоа под 100 μg/m<sup>3</sup>, и го постави ова како ниво на упатство. Јаглеродниот сулфид може да се намириса на нивоа над 200 μg/m<sup>3</sup>, а СЗО препорача сензорни упатства под 20 μg/m<sup>3</sup>. Добро е докажано дека изложеноста на јаглерод дисулфид е штетна за здравјето во концентрации на или над 30 mg/m<sup>3</sup> Промени во функцијата на централниот нервен систем се забележани во концентрации од 20–25 mg/m<sup>3</sup>. Исто така, постојат извештаи за штети по здравјето на 10 mg/m<sup>3</sup>, за изложеност од 10-15 години, но недостатокот на добри податоци за претходните нивоа на изложеност ја прави поврзаноста на овие штети со концентрациите од 10 mg/m<sup>3</sup> несигурна. Измерената концентрација од 10 mg/m<sup>3</sup> може да биде еквивалентна на концентрација во општата средина од 1 mg/m<sup>3</sup>.
6.1 Извори на животната средина
Примарниот извор на јаглерод дисулфид во животната средина се фабриките за вискоза. Повеќето глобални емисии на јаглерод дисулфид доаѓаат од производството на вискоза, од 2008 година. Други извори вклучуваат производство на целофан, јаглерод тетрахлорид, саѓи и обновување на сулфур. Производството на јаглерод дисулфид исто така испушта јаглерод дисулфид.
Отсега, околу 250 g јаглерод дисулфид се испуштаат по килограм произведен вискоза. Околу 30 g јаглерод дисулфид се испуштаат по килограм произведени саѓи. Околу 0,341 g јаглерод дисулфид се испушта по килограм обновен сулфур.
Јапонија ги намали емисиите на јаглерод дисулфид по килограм произведен вискоза, но во другите земји производители на вискоза, вклучително и Кина, се претпоставува дека емисиите се неконтролирани (врз основа на глобално моделирање и големи мерења на концентрацијата на слободен воздух). Производството на вискоза е стабилно или се намалува, освен во Кина, каде што се зголемува, од 2004 г. Производството на саѓи во Јапонија и Кореја користи горилници за уништување на околу 99 % од јаглеродниот дисулфид што инаку би се испуштал. Кога се користи како растворувач, јапонските емисии се околу 40 % од употребениот јаглерод дисулфид; на друго место, просекот е околу 80 %.
Поголем дел од производството на вискоза користи јаглерод сулфид. Еден исклучок е вискоза направена со помош на процесот lyocell, кој користи различен растворувач; од 2018 процесот lyocell не е широко користен, бидејќи е поскап од процесот на вискоза. Купрамониумската вискоза исто така не користи јаглерод дисулфид.
6.2 Историска и актуелна изложеност
Индустриските работници кои работат со јаглерод дисулфид се изложени на висок ризик. Емисиите исто така може да му наштетат на здравјето на луѓето кои живеат во близина на растенијата од вискоза.
Загриженоста за изложеноста на јаглерод дисулфид има долга историја. Околу 1900 година, јаглеродниот дисулфид стана широко користен во производството на вулканизирана гума. Психозата предизвикана од високата експозиција беше веднаш очигледна (пријавена е со 6 месеци изложеност). Сер Томас Оливер раскажа приказна за фабрика за гума која постави решетки на прозорците за работниците да не скокнат до смрт. Употребата на јаглерод дисулфид во САД како потежок од воздухот кој бил отров за копнената верверица на Ричардсон, исто така, води до извештаи за психоза. Не беше објавена систематска медицинска студија за ова прашање, а знаењето не беше пренесено во индустријата за вискоза.
Првата голема епидемиолошка студија на работниците од вискоза беше направена во САД кон крајот на 1930-тите, и откри прилично тешки ефекти кај 30 % од работниците. Податоците за зголемен ризик од срцев удар и мозочен удар се појавија во 1960-тите. Courtaulds, голем производител на вискоза, работеше напорно за да спречи објавување на овие податоци во ОК. Просечните концентрации во растенијата со примероци од вискоза беа намалени од околу 250 mg/m<sup>3</sup> во 1955-1965 година на околу 20–30 mg/m<sup>3</sup> во 1980-тите. Оттогаш, производството на вискоза во голема мера се пресели во светот во развој, особено во Кина, Индонезија и Индија.
Стапките на инвалидитет во современите фабрики се непознати, од 2016 година. Сегашните производители кои го користат процесот на вискоза не даваат никакви информации за штета на нивните работници.
7 Поврзано
* Јаглерод моносулфид
* Јаглерод субсулфид
* Јаглерод диселенид