Введение

Толуол ( /ˈtɒljuːɪn/), также известный как толуол ( /ˈtɒljuːɒl, ɔːl, oʊl/), является замещенным ароматическим углеводородом и может вызывать серьезный неврологический вред.

История

Соединение было впервые выделено в 1837 году путем дистилляции соснового масла Пьером Джозефом Пеллетье и Филипом Нериушем Вальтером, которые назвали его ретининнафтой. В 1841 году Анри Этьен Сент-Клер Девилль выделил углеводород из бальзама Толу (ароматический экстракт из тропического колумбийского дерева Myroxylon balsamum), который Девилль счел сходным с ретининнафтой Вальтера и с бензолом; в связи с этим он назвал новый углеводород бензоэном. В 1843 году Йёнс Якоб Берцелиус рекомендовал название толуин. В 1850 году французский химик Огюст Каур выделил из дистиллята древесины углеводород, который он счел сходным с бензоэном Девилля и который Каур назвал толуэном.

Химические свойства

Расстояние между атомами углерода в кольце толуола составляет 0,1399 нм. Длина связи C–CH3 больше и равна 0,1524 нм, а средняя длина связи C–H составляет 0,111 нм.

Кольцевые реакции

Толуол реагирует как типичный ароматический углеводород в реакциях электрофильного ароматического замещения. Поскольку метильная группа обладает большей способностью отдавать электроны, чем атом водорода в той же позиции, толуол более реакционноспособен, чем бензол, по отношению к электрофилам. Он вступает в реакцию сульфонирования с образованием п-толуолсульфоновой кислоты и хлорируется Cl2 в присутствии FeCl3, образуя орто- и пара-изомеры хлоротолуола. Нитрация толуола дает моно-, ди- и тринитротолуол, все из которых широко используются. Динитротолуол является предшественником толуолдиизоцианата, который, в свою очередь, является предшественником полиуретановой пены. Тринитротолуол (ТНТ) – взрывчатое вещество. Полная гидрогенизация толуола приводит к образованию метилциклогексана. Для этой реакции требуются высокое давление водорода и катализатор.

Смешимость

Толуол смешивается (растворим во всех соотношениях) с этанолом, бензолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, хлороформом, ледяной уксусной кислотой и сероуглеродом, но не смешивается с водой.

Производство

Толуол содержится в сырой нефти в небольших количествах и образуется как побочный продукт при производстве бензина с помощью каталитического риформинга или крекинга этилена. Он также является побочным продуктом при производстве кокса из угля. Окончательное разделение и очистка толуола осуществляется любым из процессов дистилляции или экстракции растворителем, применяемых для BTX-ароматических углеводородов (изомеров бензола, толуола и ксилола).

Растворитель

Он широко используется в лакокрасочной, красильной, резиновой, химической, клеевой, полиграфической и фармацевтической промышленности в качестве растворителя. Толуол может содержаться в лаке для ногтей, средствах для чистки кистей и удаления пятен. Его также используют при производстве взрывчатых веществ (ТНТ). Толуол содержится в сигаретном дыме и выхлопных газах автомобилей. При отсутствии контакта с воздухом толуол может длительное время оставаться неизменным в почве или воде. Толуол – распространенный растворитель, например, для красок, разбавителей, силиконовых герметиков, многих химических реагентов, резины, печатных красок, клеев, лаков, дубильных веществ для кожи и дезинфицирующих средств. В Австралии в 2003 году было выявлено незаконное смешивание толуола с бензином на автозаправочных станциях для продажи в качестве стандартного автомобильного топлива. Толуол не облагается акцизом на топливо, в то время как другие виды топлива облагаются налогом свыше 40%, что обеспечивает поставщикам топлива более высокую прибыль. Масштаб замещения бензина толуолом не установлен.

Нишевые приложения

В лаборатории толуол используется как растворитель для углеродных наноматериалов, включая нанотрубки и фуллерены, а также может применяться в качестве индикатора фуллеренов. Цвет толуольного раствора C60 – ярко-фиолетовый. Толуол используется в качестве клея для сборки моделей из тонкого полистирола (путем растворения и последующего сплавления поверхностей), так как его можно очень точно наносить кистью и он не оставляет значительного количества клеевого вещества. Толуол может применяться для разрушения красных кровяных клеток с целью извлечения гемоглобина в биохимических экспериментах. Толуол также использовался в качестве теплоносителя благодаря его хорошей теплопроводности в натриевых холодных ловушках, применяемых в контурах систем ядерных реакторов. Толуол также применялся в процессе извлечения кокаина из листьев коки при производстве сиропа Coca-Cola.

Токсикология и метаболизм

Экологические и токсикологические эффекты толуола были тщательно изучены. Толуол раздражает глаза, кожу и дыхательные пути. Он медленно всасывается через кожу и может вызывать системную токсичность при вдыхании или проглатывании. Вдыхание – наиболее распространенный путь воздействия. Симптомы отравления толуолом включают эффекты на центральную нервную систему (головную боль, головокружение, сонливость, атаксию, эйфорию, тремор, галлюцинации, судороги и кому), химический пневмонит, угнетение дыхания, желудочковые аритмии, тошноту, рвоту и нарушение электролитного баланса. Вдыхание толуола в низких и умеренных концентрациях может вызывать усталость, спутанность сознания, слабость, нарушение координации движений, потерю памяти, тошноту, потерю аппетита, потерю слуха и нарушение цветового зрения. Некоторые из этих симптомов обычно исчезают при прекращении воздействия. Кратковременное вдыхание высоких концентраций толуола может вызвать головокружение, тошноту или сонливость, потерю сознания и даже смерть. Однако толуол значительно менее токсичен, чем бензол, и поэтому во многом заменил его в качестве ароматического растворителя в химических препаратах. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) заявляет, что оценить канцерогенный потенциал толуола невозможно из-за недостатка информации. В 2013 году мировые продажи толуола составили около 24,5 миллиардов долларов США. Толуол может присутствовать в качестве загрязнителя воздуха в помещениях в ряде процессов, включая электрохирургию, и может быть удален из воздуха с помощью фильтра с активированным углем. Подобно многим другим растворителям, таким как 1,1,1-трихлорэтан и некоторые алкилбензолы, толуол проявляет свойства неконкурентного антагониста NMDA-рецепторов и положительного аллостерического модулятора GABAA-рецепторов. Кроме того, было показано, что толуол обладает антидепрессантоподобным эффектом у грызунов в тесте принудительного плавания (FST) и тесте подвешивания за хвост (TST).

Рекреационное использование

Толуол используется как интоксикант при вдыхании, не по прямому назначению производителей. Люди вдыхают продукты, содержащие толуол (например, растворитель краски, контактный клей, корректоры, клей для моделей и т.д.) ради его опьяняющего эффекта. Владение и использование толуола и продуктов, содержащих его, регулируется законодательством во многих странах, якобы с целью предотвращения приобретения этих продуктов несовершеннолетними для употребления в качестве наркотиков. По состоянию на 2007 год, в 24 штатах США существовали законы, предусматривающие наказание за употребление, хранение с целью употребления и/или распространение подобных ингалянтов. В 2005 году Европейский Союз запретил свободную продажу продуктов, содержащих более 0,5% толуола.

Биоремедиация

Несколько видов грибов, включая Cladophialophora, Exophiala, Leptodontidium (syn. Leptodontium), Pseudeurotium zonatum и Cladosporium sphaerospermum, а также определенные виды бактерий способны разлагать толуол, используя его как источник углерода и энергии.