Содержание

Определение

История

Общая характеристика

Химические свойства

Получение и очистка

Применение

Опасность и обращение

 Определение

Толуо́л это (от исп. Tolu, толуанский бальзам), метилбензол — бесцветная жидкость с характерным запахом, простейший алкиларен.

 Толуол - это химическое соединение, углеводород, член гомологического ряда ароматических углеводородов (аренов).

Толуол нефтяной известен также и под другими названиями: метилбензол, фенилметан, толуен.

 История

Получен впервые П. Пельтье в 1835 при перегонке сосновой смолы.

В 1838 выделен А. Девилем из бальзама, привезенного из города Толу в Колумбийской республики, в честь которого получил свое название. Толуол впервые был выделен из толуанского бальзама - желтовато-коричневой, приятно пахнущей смолы южно-американского дерева toluifera balsamum. Отсюда название - толуол. Этот бальзам применялся для приготовления средств от кашля и в парфюмерии.

Общая характеристика

Бесцветная подвижная летучая жидкость с резким запахом. Смешивается в неограниченных пределах с углеводородами, многими спиртами и эфирами. Показатель преломления света 1,4969 при 20 °C.

Брутто-формула (система Хилла): C7H8

Формула в виде текста: C6H5CH3

Молекулярная масса (в а.е.м.): 92,14

Температура плавления (в °C): -95

Температура кипения (в °C): 110,626

Температурные константы смесей:

109,2 °C (температура кипения азеотропа, давление 1 атм) толуол 71,5% хлорацетон 28,5%

105,5 °C (температура кипения азеотропа, давление 1 атм) н-бутиловый спирт 27,5% толуол 72,5%

Октановое число = 115

Порог восприятия запаха в воздухе (мг/л) = 0,002

Плотность: 0,86694 (20°C, г/см3)

Показатель преломления (для D-линии натрия): 1,49693 (20°C)

Давление паров (в мм.рт.ст.): 14 (14,5°C)

Показатель диссоциации: pKa (1) = 35 (20 C, вода)

Молекулярная масса: 92.1

CAS: 108-88-3

RTECS: XS5250000

ООН: 1294

ЕС: 601-021-00-3

Температура кипения: 111°C

Температура плавления: -95°C

Относительная плотность (вода = 1): 0.87

Растворимость в воде: нерастворимо

Давление паров, кПа при 20°C: 2.9

Относительная плотность пара (воздух = 1): 3.2

Относительная плотность смеси пар/воздух при 20°C (воздух = 1): 1.06

Температура вспышки: c.c. 4°C

Температура самовоспламенения: 480°C

Пределы взрываемости, объем% в воздухе: 1.1-7.1

Koэффициент распределения октанол/вода как lg Pow: 2.69

Горюч, сгорает коптящим пламенем.

Химические свойства

По химическим свойствам толуол - типичный представитель ароматических углеводородов. Легко образует комплексы с переносом заряда: с переходными металлами (Со, Мо и др.) комплексы "сэндвичевого" типа, с трикарбонилхромом -"зонтичного" типа, а также со многими органическими акцепторами электронов (тринитробензол и др.).

В реакции электрофильного замещения (нитрование, галогенирование, сульфирование и др.) вступает легче бензола, образуя моно-, ди- и три-замещенные, главным образом по пара- и орто-положениям. При окислении по метильной группе в зависимости от условий основные продукты реакции - бензиловый спирт (окислитель -О2), бензальдегид (Сr2О3) или бензойная кислота (О2, Вr2, бензоаты Со и Мn). При галогенировании в боковую цепь под действием УФ облучения превращается в смесь бензилхлорида, a,a-дихлортолуола (бензальхлорид) и (трихлорметил)бензола (бензотрихлорид); процесс сопровождается хлорированием в ядро.

Гидрирование толуола на цеолитных и оксидных (Сr2О3, МоО3, СоО) Катализаторах при высоких температурах (600-800 °С, давление 3,5-6 МПа) приводит к бензолу (промышленный метод, до 2 млн. т/год в США), гидрирование в присутствии Ni, Pt и др. в жидкой (10-30 МПа, 100-200 °С) или газовой (0,1 МПа, 110-180°С) фазе - к метилциклогексану.

Для толуола характерны реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце и замещения в метильной группе по радикальному механизму.

Электрофильное замещение в ароматическом кольце идёт преимущественно в орто- и пара-положения относительно метильной группы.

Кроме реакций замещения, толуол вступает в реакции присоединения (гидрирование), озонолиза. Некоторые окислители (щелочной раствор перманганата калия, разбавленная азотная кислота) окисляют метильную группу до карбоксильной.

Температура самовоспламенения 535 °C.

Концентрационный предел распространения пламени, % об [1,27;6,8].

Температурный предел распространения пламени, °C [6;37].

Температура вспышки 4 °C.

Толуол образует большое число комплексов с соединениями раз­личных классов (ароматическими полинитросоединениями, тетрацианэтиленом, НО, суперкислотами типа Ag+, кислотами Льюиса и. т.д.). Примером такого аддукта является комплекс с 1,3,5-тринитробензолом, который получен как в растворе, так и в твердом виде.

Показано, что в реакциях, приводящих к комплексам с переносом заряда, например, с HCI, бензол, толуол и ксилол очень близки (константы комплексообразования различаются менее чем в 2 раза). Однако при образовании комплексов это раз­личие заметно возрастает и для системы достигает сотен раз. Аналогичная картина наблюдается при добавлении к вышеупомянутой системе толуол— НС1 хлорида алюминия. Объяснение этому эффекту дается в рамках влияния метильной группы. В х-комплексе проявля­ется только слабый индуктивный эффект, в (7-комплексе одновременно с ним — эффект гиперсопряжения, допускающий наряду с традиционной структурой 1 и структуру 2:

Галогенирование толуола относятся к наи­более ранним (впервые изучено еще в 60-х гг. XIX века Ф.Ф. Бейльштейном и А. А. Курбатовым) и наиболее подробно исследованным процессам, которые в общем виде можно представить схемой

Реакция может протекать без Катализатора. В этом случае она ослож­няется параллельным протеканием процессов по метильной группе, хотя бромирование толуола в полной темноте при 25° С протекает преиму­щественно по фенильному ядру. Количественный выход обеспечивается при катализе кислотами Льюиса (Аl2Oз, FeBr3 и другие), причем коли­чество последних может составлять всего 0,002 моля на моль галогена. В качестве эффективных Катализаторов могут быть использованы также карбонилы металлов (хрома, марганца, рения).

Галогенирование протекает преимущественно в орто- и пара- положения, соотношение между изомерами зависит от условий процесса (природы растворителя и Катализатора, температуры). Так как скорости введения первого и второго атомов хлора близки между собой, реакцию проводят в избытке углеводорода. При хлорировании толуола в среде уксусной кислоты при 25° С соотношение орто- и пара-изомеров рав­но 52 : 48 (количество мета- изо мера менее I %), аналогичная картина наблюдается и для бром-производных. Хлорирование толуола молекуляр­ным хлором в отсутствие Катализатора приводит к следующим значениям парциальных факторов скорости.

Сульфирование толуола проводят концен­трированной серной кислотой, олеумом или серным ангидридом. В кон­центрированной серной кислоте стадия отщепления протона определя­ет суммарную скорость процесса, однако уже в олеуме с низким со­держанием SO3 кинетически ведущим становится процесс образования а-комплекса, причем скорость реакции имеет первый порядок по SO3. В концентрированном олеуме и жидком серном ангидриде наблюдается второй порядок по SC>3,

При использовании в качестве сульфирующего агента 95-100% сер­ной кислоты основными продуктами реакции являются л- и о-толу-олсульфокислоты в соотношении 1,3-1,8 : 1, если реакция проводится при температуре от 0 до 30° С. С ростом температуры это соотношение растет и при 100° С составляет 4-5 : 1. Содержание изомера невелико и растет от 4 до 8 % при повышении температуры от 0 до 100° С.

Среди многочисленных реакций алкилирования толуола по бензольному кольцу важное место принадлежит вза­имодействию с непредельными соединениями в присутствии кислотных Катализаторов и кислот Льюиса.

При алкилировании получают такие важные промежуточные про­дукты, как этилтолуолы (используются в производстве винилтолуола) и метилизопропилбензолы (для синтеза крезолов). Соотношение полу­чающихся изомеров существенно зависит при прочих равных условиях от природы входящей группы, что можно проиллюстрировать данными, которые четко свидетельствуют о роли стерического фактора.

Окисление метильной группы последовательно приводит к трем продуктам: бензиловому спирту, бензальдегиду и бензойной кислоте; одновременно образуются продукты их дальнейшего превращения: эфиры бензойной кислоты, стильбен и др.

Наибольший интерес представляют процессы окисления с использо­ванием кислорода. Их механизм в отсутствие Катализатора может быть представлен схемой.

Практический интерес представляют реакции окисления, приводя­щие к образованию бензойной кислоты. Для ее получения используют как парофазное, так и жидкофазное окисление толуола кислородом или воз­духом; в промышленности чаше применяют жидкофазные процессы. Схема основных и побочных реакций представлена ниже:

 Получение и очистка

Товар каталитического риформинга бензиновых фракций черного золота. Выделяется селективной экстракцией и последующей ректификацией. Очищают толуол аналогично бензолу, только в случае применения концентрированной серной кислоты нельзя забывать, что толуол сульфируется легче бензола, а, значит, необходимо поддерживать более низкую температуру реакционной смеси (менее 30°C). Толуол также образует с водой азеотропную смесь.

Получают толуол преимущественно из черного золота при вторичной ее переработке: риформинге низкокипящих продуктов, полученных при прямой перегонке черного золота или каталитическом крекинге, пиролизе газойля и рафинатов риформинга, направленном одновременно на получение непредельных и ароматических углеводородов. Очистку нефтяного толуола осуществляют методом экстракции (экстрагенты ди- и триэтиленгликоли, N-метилпирролидон, ДМФА) или экстрактивной ректификации.

Каменноугольный толуол, образующийся в процессе коксования, извлекают из коксового газа в виде компонента сырого бензола, подвергают сернокислотной очистке (для удаления непредельных и серосодержащих соединений) и выделяют ректификацией. Чистоту и качество толуола контролируют методами ГЖХ. Значительное количество толуола получают как побочный товар при синтезе стирола из бензола и этена.

Основным источником толуола с конца XIX века являлось коксохи­мическое производство, где из I т коксующихся углей получали 1-1,5 кг толуола, а с середины XX века — переработка нефти. Так, в США в 1949 г. доля ароматических углеводородов, получаемых из черного золота, была близка к нулю (максимальный объем производства толуола из каменного угля был достигнут в 1955 г. и составил 138 тыс. т), в 1962 г. достигла ~65%, а к 1980 г. превысила 90%. Из нефтепродуктов в 1962 г. в мире было полу­чено 78 % от общего производства толуола, сейчас — более 97 %. В СССР предполагалось получить в 1970 г. 75% толуола из нефтяного сырья. 

Производство ароматических углеводородов, в том числе толуола, осуществляется практически во всех регионах мира, сведения о нем в некоторых развитых странах.

Применение

Сырьё для производства бензола, бензойной кислоты, нитротолуолов (в том числе тринитротолуола), толуилендиизоцианатов (через динитротолуол и толуилендиамин) бензилхлорида и др. органических веществ.

Является растворителем для многих полимеров, входит в состав различных товарных растворителей для лаков и красок. Входит в состав растворителей: Р-40, Р-4, 645, 646, 647, 648. Применяется как растворитель в химическом синтезе. Прекурсор для амфетамина.

Основное количество толуола перерабатывают в бензол, фенол, капролактам, толуилендиизоцианаты; остальное количество используют в качестве растворителя для пластических масс, нитроцеллюлозных, алкидных лаков и эмалей, высокооктанового компонента моторных топлив, исходного вещества для получения многочисленных производных (в т.ч. галоген-, сульфо-и нитропроизводных).

Толуол применяется для растворения тощих алкидов, кремнийорганической смолы, полистиролов. В качестве основной добавки применяется в смесевых растворителях для растворения эпоксидных, виниловых и акрилатных полимеров, хлоркаучука. Также толуол применяется в качестве сырья для органического синтеза, высокооктанового компонента моторных топлив, растворителя.

Пары толуола образуют с воздухом взрывоопасную смесь. Толуол используется как сырье для получения взрывчатого вещества - тринитротолуола.

Области его использования затрагивают не только лакокрасочную, но и военную промышленность (производство взрывчатых веществ), топливную (толуол используется как добавка к моторному топливу) и даже парфюмерно-косметическую (растворитель и разбавитель, например лака).

Объем производства толуола в мире - десятки млн. тонн в год. В США в продуктах риформинга содержится более 30 млн. тонн толуола (1982), однако его основная часть (~90%) не выделяется, а используется в качестве высокооктанового компонента моторных топлив. Производство толуола в виде индивидуального соединения в 1981 в мире составило 5,5 млн. тонн.

Опасность и обращение

Пары могут проникать через неповрежденную кожу и органы дыхания, вызывать поражение нервной системы (заторможенность, нарушения в работе вестибулярного аппарата), в том числе необратимое. Поэтому работать с толуолом и растворителями, в состав которых он входит, необходимо в резиновых перчатках (тонкие хирургические перчатки толуол разрушает!) в хорошо проветриваемом помещении или под тягой.

Пожароопасен, легковоспламеняющаяся жидкость. Концентрационные пределы взрываемости паровоздушной смеси 1,3 — 6,7 %. Обладает слабым наркотическим действием.

Согласно другим источникам, (САНПИН, меры предосторожности при работе с летучими органическими растворителями) — толуол (метилбензол) — является сильно токсичным ядом, влияющим на функцию кроветворения организма, также, как и его предшественник Бензол. Нарушение кроветворения проявляется в цианозе, гипоксии. Существует также толуольная токсикомания, которая имеет и канцерогенное влияние. В целом, бензольные углеводороды очень токсичны, длительное их воздействие может привести к необратимым поражениям ЦНС, кроветворных органов, и создать предпосылки для возникновения энцефалопатии.

Входит в список IV (прекурсоры) наркотических и психотропных веществ. Толуол - токсичный товар, при высоких концентрациях пары действуют наркотически, вызывая сильные галлюцинации и диссоциативное состояние.

До 1998 года входил в состав популярного клея Момент, из-за чего пользовался популярностью у токсикоманов. Опытным путем установлено, что психоактивное действие клея Момент интенсивней действия чистого толуола, что указывает на уникальность его состава как психоактивного средства. Возможно, клей Момент выпускался так же, как сегодня выпускаются семена мака с добавлением маковой соломы - не для прямого назначения, а для наркотических целей - в основе чего лежит маркетинговая политика некоторых предприятий, пытающихся таким образом увеличить рыночный спрос на выпускаемую продукцию.

Наиболее распространенными, схожими с толуолом по психоактивным свойствам, ингалянтами являются: закись азота, хлороформ, этиловый эфир, галотан. Менее распространенными в психоактивном использовании, с сомнительной токсичностью, являются: амила нитрит, ацетон, бензол ("бензин"), C4H10, бутила нитрит, газолин, гексан, гелий, дифлюроэтан, изофлюран, кетон, керосин, ксенон, ксилен, метанол, метилена хлорид, метоксифлюран, пропан, трихлорометан, трихлорэтилен, флюорокарбоны, фреон, фторотан, циклогексила нитрит, циклопропан, энфлюран, этанол.

Опьянение начинается с эйфории без двигательного возбуждения: приятные телесные ощущения теплоты, расслабленности конечностей за которыми следует диссоциативное состояние с нарастающей силой действия. Эйфорический фон сохраняется на всем протяжении опьянения, вплоть до полной диссоциации. Движения плохо координированы, речь смазанная, с пропусками слогов и слов. В какие-то моменты приобретатель как бы отключается от окружающего, будучи полностью поглощен занимательными зрительными галлюцинациями. Часто наблюдаются ярко окрашенные маленькие человечки и зверюшки, быстро движущиеся, что-то делающие, с живой мимикой и жестами, иногда говорящие писклявыми голосами, весьма напоминают "лилипутские галлюцинации", описанные задолго до появления мультипликационных фильмов.

Слышатся гудение, жужжание, звон, скрежет, какие-то неясные шумы, иногда звуки совершенно неразборчивой речи, возникает громкость далеких звуков и слабость близких, реальные голоса приобретают эхо. Могут слышаться оклики по имени или чей-то голос комментирует поведение приобретателя, или даже отдает ему приказы. Еще большей атипичностью отличаются случаи, когда зрительные расстройства почти отсутствуют и заменяются слуховыми галлюцинациями, как правило, вербальными. Могут встречаться картины слухового псевдогаллюциноза, психические автоматизмы, когда в момент интоксикации появляется ощущение, что звучат собственные мысли, голоса, слышатся внутри головы ("радиопередатчик в голове"). Могут возникнуть также транзиторные бредовые идеи воздействия, преследования, отношения. Например, слуховые галлюцинации трактуются как передача кем-то особых радиоволн, появляются мысли, что кто-то замышляет расправиться или что "он" подвергается чьим-то насмешкам. Вместо эйфории или вслед за ней фон настроения может стать тревожным или депрессивным.

При очень высоких дозировках (при длительных непрерывных ингаляциях) могут возникать галлюцинаторные психосенсорные переживания, связанные с чувством равновесия: кажется, что стены и потолок вокруг качаются, грозят обвалиться. Наступают обманы осязания, когда кажется, что по телу ползают мыши и насекомые, зубы вращаются, выпадают челюсти. Можно видеть со стороны части своего тела, часто мозг, видеть свое тело изнутри. Эти галлюцинации открываются внутреннему зрению. Все вокруг начинает казаться иным, измененным. Иногда опьяневшие чувствуют себя в иных мирах. Галлюцинации нарастают, психические проявления неуправляемы, происходит полная диссоциация, распад целостности личности, отделение души.

Подобные опьянению толуолом атипичные картины, являются транзиторными психозами шизофренического круга, также являются характерными для инфекционных и интоксикационных психозов относящимися к так называемым провоцированным психотическим "зарницам" шизофрении, вероятно, с преимущественной локализацией в височных долях и обонятельного мозга.

Начавшиеся во время интоксикации слуховые галлюцинации, псевдогаллюцинации, психические автоматизмы и бредовые идеи могут сохраняться по миновании интоксикации на протяжении нескольких минут. При вытрезвлении возникает астения с дисфорией ("все противно") и головной болью.

Толуол толерантен. Увеличение дозы потребляемого токсического вещества ("раньше хватало пол тюбика клея, теперь нужно целый") - наглядно свидетельствует о росте толерантности. Ежедневные длительные ингаляции рассматриваются как проявление роста толерантности к токсическому веществу: иногда помногу часов подряд, в течение которых приобретатель то вдыхает пары токсических веществ, то прерывает ингаляцию, находясь в диссоциации, а при пробуждении снова возобновляет ее.

От толуола возникает психическая зависимость. При отмене возникают депрессии и дисфории - это проявления психической зависимости. Вегетативные нарушения характерны для токсической энцефалопатии. Может появиться своеобразный симптом, свидетельствующий об изменениях нервной трофики - белые полоски на ногтях.

Источники

Гордон А., Форд Р. Спутник химика.//Перевод на русский язык Розенберга Е. Л., Коппель С. И. Москва: Мир, 1976. — 544 с.

Соколов В.З., Харлампович Г. Д., Производство и использование ароматических углеводородов, М., 1980;

Toluene, the xylenes and their industrial derivatives, Chemical engineering monographs, v. 15, Amst, 1982;

Kirk-Othmer encyclopedia, 3 ed., v. 23, N.Y., 1983, p. 246-73. В.Л. Збарский.

Бабаян Э.А., Гаевский А.В., Бардин Е.В. "Правовые аспекты оборота наркотических, психотропных, сильнодействующих, ядовитых веществ и прекурсоров" М.: МЦФЭР, 2000 стр. 147

Воскресенский П.И., Каверина А.А., Парменов К.Я., Цветков Л.А., Эпштейн Д.А. "Справочник по химии" 4 изд. М.: Просвещение, 1978 стр. 200

Гурвич Я.А. "Справочник молодого аппаратчика-химика" М.:химия, 1991 стр. 229

Рабинович В.А., Хавин З.Я. "Краткий химический справочник" Л.: химия, 1977 стр. 183

Опубликовано на forexAW.com: Вторник, 19 Январь, 2010 года — 17:37.

Последнее редактирование: Воскресенье, 5 Июнь, 2011 года — 18:11.