Нафталин

Нафталин

Имена
Предпочтительное название IUPAC Нафталин [1]
Систематическое название ИЮПАК Бицикло [4.4.0] дека-1,3,5,7,9-пентаен
Другие имена белый деготь, камфорный деготь, деготь камфора, нафталин, нафталин, антимит, альбокарбон, гексален, нафталиновые шарики, хлопья моли
Идентификаторы
Количество CAS	91-20-3 Y
3D модель ( JSmol )	Интерактивное изображение
Ссылка на Beilstein	1421310
ЧЭБИ	ЧЕБИ: 16482 Y
ЧЭМБЛ	ChEMBL16293 Y
ChemSpider	906 Y
ECHA InfoCard	100,001,863
Номер ЕС	214-552-7
Ссылка на Гмелин	3347
КЕГГ	C00829 Y
PubChem CID	931
Номер RTECS	QJ0525000
UNII	2166IN72UN N
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID8020913
ИнЧИ InChI = 1S / C10H8 / c1-2-6-10-8-4-3-7-9 (10) 5-1 / h1-8H Y Ключ: UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Y InChI = 1 / C10H8 / c1-2-6-10-8-4-3-7-9 (10) 5-1 / h1-8H Ключ: UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYAC
Улыбки c1c2ccccc2ccc1
Характеристики
Химическая формула	С 10 Н 8
Молярная масса	128,174  г · моль -1
Внешность	Белые твердые кристаллы / хлопья
Запах	Сильный запах каменноугольной смолы
Плотность	1,145 г / см 3 (15,5 ° C) [2] 1,0253 г / см 3 (20 ° C) [3] 0,9625 г / см 3 (100 ° C) [2]
Температура плавления	78,2 ° C (172,8 ° F, 351,3 K) 80,26 ° C (176,47 ° F, 353,41 K) при 760 мм рт. Ст. [3]
Точка кипения	217,97 ° C (424,35 ° F, 491,12 K) при 760 мм рт. Ст. [2] [3]
Растворимость в воде	19 мг / л (10 ° C) 31,6 мг / л (25 ° C) 43,9 мг / л (34,5 ° C) 80,9 мг / л (50 ° C) [3] 238,1 мг / л (73,4 ° C) [4 ]
Растворимость	Растворим в спиртах , жидком аммиаке , карбоновых кислотах , C 6 H 6 , SO 2 , [4] CCl 4 , CS 2 , толуоле , анилине [5]
Растворимость в этаноле	5 г / 100 г (0 ° C) 11,3 г / 100 г (25 ° C) 19,5 г / 100 г (40 ° C) 179 г / 100 г (70 ° C) [5]
Растворимость в уксусной кислоте	6,8 г / 100 г (6,75 ° C) 13,1 г / 100 г (21,5 ° C) 31,1 г / 100 г (42,5 ° C) 111 г / 100 г (60 ° C) [5]
Растворимость в хлороформе	19,5 г / 100 г (0 ° C) 35,5 г / 100 г (25 ° C) 49,5 г / 100 г (40 ° C) 87,2 г / 100 г (70 ° C) [5]
Растворимость в гексане	5,5 г / 100 г (0 ° C) 17,5 г / 100 г (25 ° C) 30,8 г / 100 г (40 ° C) 78,8 г / 100 г (70 ° C) [5]
Растворимость в масляной кислоте	13,6 г / 100 г (6,75 ° C) 22,1 г / 100 г (21,5 ° C) 131,6 г / 100 г (60 ° C) [5]
журнал P	3,34 [3]
Давление газа	8,64 Па (20 ° C) 23,6 Па (30 ° C) 0,93 кПа (80 ° C) [4] 2,5 кПа (100 ° C) [6]
Константа закона Генри  ( k H )	0,42438 л · атм / моль [3]
Магнитная восприимчивость (χ)	-91,9 · 10 −6 см 3 / моль
Теплопроводность	98 кПа: 0,1219 Вт / м · K (372,22 K) 0,1174 Вт / м · K (400,22 K) 0,1152 Вт / м · K (418,37 K) 0,1052 Вт / м · K (479,72 K) [7]
Показатель преломления ( n D )	1,5898 [3]
Вязкость	0,964 сП (80 ° C) 0,761 сП (100 ° C) 0,217 сП (150 ° C) [8]
Структура
Кристальная структура	Моноклиника [9]
Космическая группа	P2 1 / b [9]
Группа точек	C5 2ч[9]
Постоянная решетки	a  = 8,235 Å, b  = 6,003 Å, c  = 8,658 Å [9] α = 90 °, β = 122,92 °, γ = 90 °
Термохимия
Теплоемкость ( C )	165,72 Дж / моль · К [3]
Стандартная мольная энтропия ( S o 298 )	167,39 Дж / моль · К [3] [6]
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 )	78,53 кДж / моль [3]
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚)	201,585 кДж / моль [3]
Стандартная энтальпия сгорания (Δ c H ⦵ 298 )	-5156,3 кДж / моль [3]
Опасности
Основные опасности	Воспламеняющийся , сенсибилизирующий , возможный канцероген . Пыль может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.
Пиктограммы GHS	[10]
Сигнальное слово GHS	Опасность
Формулировки опасности GHS	H228 , H302 , H351 , H410 [10]
Меры предосторожности GHS	P210 , P273 , P281 , P501 [10]
NFPA 704 (огненный алмаз)	2 2 0
точка возгорания	80 ° C (176 ° F, 353 K) [10]
самовоспламенения температуру	525 ° С (977 ° F, 798 К) [10]
Пределы взрываемости	5,9% [10]
Пороговое предельное значение (ПДК)	10 частей на миллион [3] (TWA), 15 частей на миллион [3] (STEL)
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )	1800 мг / кг (крыса, перорально) 490 мг / кг (крыса, перорально) 1200 мг / кг (морская свинка, перорально) 533 мг / кг (мышь, перорально) [12]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)	TWA 10 частей на миллион (50 мг / м 3 ) [11]
REL (рекомендуется)	TWA 10 частей на миллион (50 мг / м 3 ) ST 15 частей на миллион (75 мг / м 3 ) [11]
IDLH (Непосредственная опасность)	250 частей на миллион [11]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
N проверить  ( что есть   ?)YN
Ссылки на инфобоксы

Нафталин - это органическое соединение с формулой C
₁₀ЧАС
₈. Это простейший полициклический ароматический углеводород , представляющий собой белое кристаллическое твердое вещество с характерным запахом, который обнаруживается при концентрациях до 0,08  частей на миллион по массе . ^[13] Как ароматический углеводород , нафталин состоит из пары конденсированных бензольных колец. Он наиболее известен как основной ингредиент традиционных нафталиновых шариков .

История [ править ]

В начале 1820 - х годов, два отдельных отчетов описано виде белого твердого вещества с резким запахом , полученного из перегонки из каменноугольной смолы . В 1821 году Джон Кидд процитировал эти два открытия, а затем описал многие свойства этого вещества и способы его производства. Он предложил название нафталин , так как он был производным от разновидности нафты (широкий термин, охватывающий любую летучую, легковоспламеняющуюся жидкую углеводородную смесь, включая каменноугольную смолу). ^[14] Химическая формула нафталина была определена Майклом Фарадеем в 1826 году. Структура двух конденсированных бензольных колец была предложена Эмилем Эрленмейером в 1866 году.^[15] и подтвержден Карлом Гребе три года спустя. ^[16]

Физические свойства [ править ]

Молекулу нафталина можно рассматривать как сплав пары бензольных колец. (В органической химии кольца конденсируются, если они имеют два или более атома.) Таким образом, нафталин классифицируется как бензоидный полициклический ароматический углеводород (ПАУ).

Восемь атомов углерода, которые не являются общими для двух колец, несут по одному атому водорода каждый. Для целей стандартной номенклатуры производных соединений ИЮПАК эти восемь атомов пронумерованы от 1 до 8 последовательно по периметру молекулы, начиная с атома углерода, смежного с общим атомом. Общие атомы углерода обозначены 4a (от 4 до 5) и 8a (от 8 до 1).

Молекулярная геометрия [ править ]

Молекула плоская, как у бензола. В отличие от бензола связи углерод – углерод в нафталине имеют разную длину. Связи C1-C2, C3-C4, C5-C6 и C7-C8 имеют длину около 1,37 Å (137 мкм), тогда как другие связи углерод-углерод имеют длину около 1,42 Å (142 мкм). Эта разница, установленный дифракции рентгеновских лучей , ^[17] согласуется с валентной связи модели в нафталина и , в частности, с теоремой поперечного сопряжения . Эта теорема описывает нафталин как ароматическое бензольное звено, связанное с диеном, но не сильно сопряженное с ним (по крайней мере, в основном состоянии ), что согласуется с двумя из трех егорезонансные структуры.

Из-за этого резонанса молекула имеет двустороннюю симметрию в плоскости общей углеродной пары, а также в плоскости, разделяющей связи C2-C3 и C6-C7 пополам, и в плоскости атомов углерода. Таким образом, существует два набора эквивалентных атомов водорода: альфа- положения, пронумерованные 1, 4, 5 и 8, и бета- положения, 2, 3, 6 и 7. Тогда для монозамещенных нафталинов возможны два изомера , соответствующие на замену в альфа- или бета-положении. Бицикло [6.2.0] декапентаен представляет собой структурный изомер с конденсированной системой 4-8 колец ^[18], а азулен - другой с конденсированной системой колец 5-7.

Точечная групповая симметрия нафталина D _2h .

Электропроводность [ править ]

Чистый кристаллический нафталин является умеренным изолятором при комнатной температуре с удельным сопротивлением около 10 ¹² Ом · м . При плавлении удельное сопротивление падает более чем в тысячу раз, примерно до 4 · 10 ⁸ Ом · м. Как в жидкости, так и в твердом теле сопротивление зависит от температуры как ρ = ρ ₀ exp ( E / ( k T )), где ρ ₀ (Ω m) и E (эВ) - постоянные параметры, k - постоянная Больцмана ( 8,617 × 10 ^-5 эВ / К ), а Т - абсолютная температура (К). ПараметрE составляет 0,73 в твердом теле. Однако твердое тело показывает полупроводниковый характер ниже 100 К. ^{[19] [20]}

Химические свойства [ править ]

Реакции с электрофилами [ править ]

В реакциях электрофильного ароматического замещения нафталин реагирует быстрее, чем бензол. Например, хлорирование и бромирование нафталина протекает без катализатора с образованием 1-хлорнафталина и 1-бромнафталина соответственно. Аналогичным образом, в то время как и бензол, и нафталин могут быть алкилированы с использованием реакций Фриделя – Крафтса , нафталин также может быть легко алкилирован реакцией с алкенами или спиртами с использованием катализаторов серной или фосфорной кислоты .

С точки зрения региохимии , электрофилы атакуют в альфа-положении. Селективность альфа-замещения по сравнению с бета-замещением может быть объяснена с точки зрения резонансных структур промежуточного продукта: для альфа-замещающего промежуточного продукта можно выделить семь резонансных структур, из которых четыре сохраняют ароматическое кольцо. Для бета-замещения промежуточный продукт имеет только шесть резонансных структур, и только две из них являются ароматическими. Сульфонирование дает "альфа" продукт нафталин-1-сульфоновую кислоту в качестве кинетического продукта, но нафталин-2-сульфоновую кислоту в качестве термодинамического продукта. 1-изомер образуется преимущественно при 25 ° C, а 2-изомер при 160 ° C. Сульфирование с образованием 1- и 2-сульфоновой кислоты легко:

ЧАС
₂ТАК
₄+ C
₁₀ЧАС
₈→ С
₁₀ЧАС
₇−SO
₃H + H
₂О

Дальнейшее сульфирование дает ди-, три- и тетрасульфоновые кислоты.

Литиация [ править ]

Аналогичным синтезу фениллития является превращение 1-бромнафталина в 1-литионафталин, литий-галогеновый обмен:

C ₁₀ H ₇ Br + BuLi → C ₁₀ H ₇ Li + BuBr

Полученный литионафталин подвергается второму литированию, в отличие от поведения фениллития. Эти производные 1,8-дилитиосоль являются предшественниками множества пери-нафталина производных. ^[21]

Восстановление и окисление [ править ]

Со щелочными металлами нафталин образует темно-сине-зеленые анион-радикальные соли, такие как нафталинид натрия , Na ⁺ C ₁₀ H^-
₈. Соли нафталинов являются сильными восстановителями.

Нафталин можно гидрогенизировать под высоким давлением в присутствии металлических катализаторов с получением 1,2,3,4-тетрагидронафталина ( C
₁₀ЧАС
₁₂), также известный как тетралин . Дальнейшее гидрирование дает декагидронафталин или декалин ( C
₁₀ЧАС
₁₈).

Окисление O
₂в присутствии пятиокиси ванадия в качестве катализатора дает фталевый ангидрид :

С ₁₀ Н ₈ + 4.5 О ₂ → С ₆ Н ₄ (СО) ₂ О + 2 СО ₂ + 2 Н ₂ О

Эта реакция лежит в основе основного использования нафталина. Окисление также можно проводить с использованием обычных стехиометрических хроматных или перманганатных реагентов.

Производство [ править ]

Большинство нафталина получают из каменноугольной смолы . С 1960-х по 1990-е годы значительные количества нафталина также производились из тяжелых нефтяных фракций при переработке нефти , но сегодня нафталин, полученный из нефти , представляет собой лишь незначительный компонент производства нафталина.

Нафталин является наиболее распространенным компонентом каменноугольной смолы. Хотя состав каменноугольной смолы варьируется в зависимости от угля, из которого она производится, типичная каменноугольная смола составляет около 10% нафталина по весу. В промышленной практике перегонка каменноугольной смолы дает масло, содержащее около 50% нафталина, а также двенадцать других ароматических соединений . Это масло после промывки водным гидроксидом натрия для удаления кислотных компонентов (в основном различных фенолов ) и серной кислотой для удаления основных компонентов подвергается фракционной перегонке.для выделения нафталина. Неочищенный нафталин, полученный в результате этого процесса, составляет около 95% по весу нафталина. Основными примесями являются серосодержащее ароматическое соединение бензотиофен (<2%), индан (0,2%), инден (<2%) и метилнафталин (<2%). Нафталин, полученный из нефти, обычно чище, чем полученный из каменноугольной смолы. При необходимости сырой нафталин может быть дополнительно очищен перекристаллизацией из любого из множества растворителей, что дает 99% нафталина по весу, что обозначается как 80 ° C (температура плавления). Ежегодно производится около 1,3 млн тонн. ^[22]

В Северной Америке производителями каменноугольной смолы являются Koppers Inc., Ruetgers Canada Inc. и Recochem Inc., а основным производителем нефти является Monument Chemical Inc. В Западной Европе широко известными производителями являются Koppers, Ruetgers и Deza. В Восточной Европе нафталин производят различные металлургические комбинаты (Северсталь, Евраз, Мечел, ММК) в России , специализированные производители нафталина и фенола ИНКОР, Енакиевский металлургический завод на Украине и АрселорМиттал Темиртау в Казахстане .

Другие источники и случаи [ править ]

Помимо каменноугольной смолы, следовые количества нафталина производятся магнолиями и некоторыми видами оленей , а также подземными термитами Formosan , которые, возможно, производятся термитами в качестве репеллента против «муравьев, ядовитых грибов и нематодных червей». ^[23] Некоторые штаммы эндофитного гриба Muscodor albus выделяют нафталин среди ряда летучих органических соединений, тогда как Muscodor vitigenus производит почти исключительно нафталин. ^[24]

Нафталин в межзвездной среде [ править ]

Нафталин был предварительно обнаружен в межзвездной среде в направлении звезды Cernis 52 в созвездии Персея . ^{[25] [26]} Более 20% углерода во Вселенной может быть связано с полиароматическими углеводородами, включая нафталин. ^[27]

Протонированные катионы нафталина ( C
₁₀ЧАС⁺
₉) являются источником части спектра неопознанных инфракрасных излучений (UIR). Протонированный нафталин отличается от нейтрального нафталина (например, используемого в нафталина ) тем, что он имеет дополнительный атом водорода. UIR от « катиона нафталина » ( C
₁₀ЧАС⁺
₉) наблюдались астрономами . Это исследование было названо «нафталином в космосе». ^[28]

Использует [ редактировать ]

Нафталин используется в основном как прекурсор других химических веществ. Самым большим применением нафталина является промышленное производство фталевого ангидрида , хотя больше фталевого ангидрида получают из о- ксилола . Многие азокрасители производятся из нафталина, как и инсектицид 1-нафтил- N- метилкарбамат ( карбарил ) . Другие полезные агрохимикаты включают нафтоксиуксусные кислоты.

Гидрирование нафталина дает тетралин , который используется в качестве растворителя-донора водорода. ^[22]

Нафталинсульфоновые кислоты и сульфонаты [ править ]

Полезны многие нафталинсульфоновые кислоты и сульфонаты. Алкилнафталинсульфонат представляют собой поверхностно-активные вещества . Аминонафталинсульфоновые кислоты , нафталины, замещенные простыми эфирами и сульфоновыми кислотами , являются промежуточными продуктами при получении многих синтетических красителей . Гидрированные нафталины, тетрагидронафталин ( тетралин ) и декагидронафталин ( декалин ) используются как малолетучие растворители . Нафталинсульфоновые кислоты также используются в синтезе 1-нафтола и 2-нафтола., прекурсоры для различных красителей, пигментов, химикатов для обработки резины и других химикатов и фармацевтических препаратов. ^[22]

Нафталинсульфоновые кислоты используются при производстве полимерных пластификаторов ( диспергаторов ) нафталинсульфоната , которые используются для производства бетона и гипсокартона ( стеновых плит или гипсокартона ). Они также используются в качестве диспергаторов в синтетических и натуральных каучуках и в качестве дубильных агентов ( синтанов ) в кожевенной промышленности, в сельскохозяйственных составах (диспергаторы для пестицидов ), красителях и в качестве диспергаторов в пластинах свинцово-кислотных аккумуляторов .

Полимеры нафталинсульфоната получают обработкой нафталинсульфоновой кислоты формальдегидом с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия или гидроксидом кальция . Эти продукты коммерчески продаются как суперпластификаторы для производства высокопрочного бетона .

Лаборатория использует [ править ]

Расплавленный нафталин является прекрасной солюбилизирующей средой для плохо растворимых ароматических соединений. Во многих случаях он более эффективен, чем другие высококипящие растворители, такие как дихлорбензол , бензонитрил , нитробензол и дурен . Взаимодействие C 60 с антраценом удобно проводить в кипящем нафталине с получением аддукта Дильса-Альдера 1: 1 . ^[29] Ароматизация гидропорфиринов была достигнута с использованием раствора DDQ в нафталине. ^[30]

Смачиватель и поверхностно-активное вещество [ править ]

Алкилнафталинсульфонаты (АНС) используются во многих отраслях промышленности в качестве неочищающих смачивающих агентов, которые эффективно диспергируют коллоидные системы в водных средах. Основные коммерческие применения находятся в сельскохозяйственной химической промышленности, где ANS используется для смачиваемых порошков и смачиваемых гранулированных (сухих) составов, а также в текстильной и тканевой промышленности, где используются смачивающие и пеногасильные свойства ANS для операций отбеливания и крашения.

Как фумигант [ править ]

Нафталин использовался в качестве домашнего фумиганта . Когда-то он был основным ингредиентом нафталиновых шариков , хотя его использование в значительной степени было заменено такими альтернативами, как 1,4-дихлорбензол . В герметичном контейнере, содержащем гранулы нафталина, пары нафталина накапливаются до уровней, токсичных как для взрослых, так и для личиночных форм многих бабочек , поражающих ткани. Другие виды использования нафталина в фумигантах включают использование в почве в качестве фумиганта- пестицида , на чердаках для отпугивания животных и насекомых , а также в музейных ящиках и шкафах для защиты содержимого от нападения насекомых-вредителей.

Нафталин является репеллентом для опоссумов . ^{[31] [32]}

Другое использование [ править ]

Он используется в пиротехнических спецэффектах, таких как создание черного дыма и имитация взрывов. ^[33] Он используется для создания искусственных пор при производстве высокопористых шлифовальных кругов. В прошлом нафталин вводили перорально для уничтожения паразитических червей у домашнего скота. Нафталин и его алкильные гомологи являются основными составляющими креозота . Нафталин используется в технике для изучения теплопередачи с помощью сублимации массы .

Воздействие на здоровье [ править ]

Воздействие большого количества нафталина может повредить или разрушить эритроциты , чаще всего у людей с наследственным заболеванием, известным как дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD) , ^[34] которым страдают более 400 миллионов человек. Люди, особенно дети, заболевают гемолитической анемией после приема нафталина шариков от нафталина или дезодорантов, содержащих нафталин. Симптомы включают усталость , отсутствие аппетита, беспокойство и бледность кожи. Воздействие больших количеств нафталина может вызвать спутанность сознания , тошноту , рвоту , диарею , кровь вмоча и желтуха (пожелтение кожи из-за нарушения функции печени ). ^[35]

США Национальной токсикологической программы (NTP) провели эксперимент , в котором мужские и женские крыс и мышей подвергали воздействию паров нафталина в рабочие дни в течение двух лет. ^[36] Как самцы, так и самки крыс продемонстрировали признаки канцерогенеза с увеличением случаев аденомы и нейробластомы носа. Самки мышей выставлены некоторые свидетельства канцерогенеза на основе увеличение случаев альвеол и бронхиолярных аденом в легких , в то время как самцы мышей не обнаруживали никаких признаков канцерогенеза.

Международное агентство по исследованию рака (IARC) ^[37] классифицирует нафталин , как , возможно , канцерогенным для человека и животных ( группа 2В ). IARC также указывает, что острое воздействие вызывает катаракту у людей, крыс , кроликов и мышей ; и что гемолитическая анемия (описанная выше) может возникать у детей и младенцев после перорального или ингаляционного воздействия или после воздействия на мать во время беременности. Согласно Постановлению 65 Калифорнии , нафталин указан как «известный в штате как вызывающий рак». ^[38]Выявлен вероятный механизм канцерогенного действия нафталина и некоторых типов освежителей воздуха, содержащих нафталин. ^{[39] [40]}

Регламент [ править ]

Правительственные агентства США установили пределы воздействия нафталина на рабочем месте. Управление по безопасности и гигиене труда установило допустимый предел воздействия на уровне 10 частей на миллион (50 мг / м ³ ) в течение восьми часов, взвешенных по времени. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья установил рекомендуемый предел экспозиции при 10 частей на миллион (50 мг / м ³ ) в течение времени средневзвешенной, а также восьмичасового краткосрочного предела воздействия при 15 частей на миллион (75 мг / м ³ ). ^[41] Минимальный порог запаха нафталина составляет 0,084 промилле для человека. ^[42]

Нафталин и другие продукты, содержащие нафталин, запрещены в ЕС с 2008 года. ^{[43] [44]}

В Китае использование нафталина в нафталиновых шариках запрещено. ^[45] Причинами запрета являются опасность для здоровья человека и обычное использование натуральной камфоры .

Производные нафталина [ править ]

Неполный перечень производных нафталина включает следующие соединения:

См. Также [ править ]

• Камфора
• Диалин , Тетралин , Декалин
• Список межзвездных и околозвездных молекул
• Нафталиновые шарики
• 1-нафтол , 2-нафтол
• Нафталинид натрия
• Реакция Вагнера-Яурегга (классический синтез нафталина)

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме нафталина .

• Нафталин - Национальный информационный центр по пестицидам
• Нафталин —Веб-сайт EPA по токсичным веществам в воздухе
• Нафталин (PIM 363) - в основном из-за токсичности нафталина.
• Нафталин —CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности
• Нафталин в базе данных о свойствах пестицидов (PPDB)