Naftalen - Naphthalene

Naftalen
Skjelettformel og nummereringssystem for naftalen
Ball-and-stick-modell av naftalen
Romfyllingsmodell av naftalen
Enhetsceller av naftalen
Navn
Foretrukket IUPAC -navn
Naftalen
Systematisk IUPAC -navn
Bicyclo [4.4.0] deca-1,3,5,7,9-pentaene
Andre navn
hvit tjære, kamfer tjære, tjære kamfer, naftalin, naftalin, antimitt, albokarbon, heksalen, møllkuler, møllflak
Identifikatorer
3D -modell ( JSmol )
1421310
ChEBI
CHEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.001.863 Rediger dette på Wikidata
EC -nummer
3347
KEGG
RTECS -nummer
UNII
  • InChI = 1S/C10H8/c1-2-6-10-8-4-3-7-9 (10) 5-1/h1-8H kryss avY
    Nøkkel: UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N kryss avY
  • InChI = 1/C10H8/c1-2-6-10-8-4-3-7-9 (10) 5-1/h1-8H
    Nøkkel: UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYAC
  • c1c2ccccc2ccc1
Egenskaper
C 10 H 8
Molar masse 128,174  g · mol −1
Utseende Hvite faste krystaller/ flak
Lukt Sterk lukt av kulltjære
Tetthet 1,145 g/cm 3 (15,5 ° C)
1,0253 g/cm 3 (20 ° C)
0,9625 g/cm 3 (100 ° C)
Smeltepunkt 78,2 ° C (172,8 ° F; 351,3 K)
80,26 ° C (176,47 ° F; 353,41 K)
ved 760 mmHg
Kokepunkt 217,97 ° C (424,35 ° F; 491,12 K)
ved 760 mmHg
19 mg/L (10 ° C)
31,6 mg/L (25 ° C)
43,9 mg/L (34,5 ° C)
80,9 mg/L (50 ° C)
238,1 mg/L (73,4 ° C)
Løselighet Løselig i alkoholer , flytende ammoniakk , karboksylsyrer , C 6 H 6 , SO 2 , CCl 4 , CS 2 , toluen , anilin
Løselighet i etanol 5 g/100 g (0 ° C)
11,3 g/100 g (25 ° C)
19,5 g/100 g (40 ° C)
179 g/100 g (70 ° C)
Løselighet i eddiksyre 6,8 g/100 g (6,75 ° C)
13,1 g/100 g (21,5 ° C)
31,1 g/100 g (42,5 ° C)
111 g/100 g (60 ° C)
Løselighet i kloroform 19,5 g/100 g (0 ° C)
35,5 g/100 g (25 ° C)
49,5 g/100 g (40 ° C)
87,2 g/100 g (70 ° C)
Løselighet i heksan 5,5 g/100 g (0 ° C)
17,5 g/100 g (25 ° C)
30,8 g/100 g (40 ° C)
78,8 g/100 g (70 ° C)
Løselighet i smørsyre 13,6 g/100 g (6,75 ° C)
22,1 g/100 g (21,5 ° C)
131,6 g/100 g (60 ° C)
logg P 3,34
Damptrykk 8,64 Pa (20 ° C)
23,6 Pa (30 ° C)
0,93 kPa (80 ° C)
2,5 kPa (100 ° C)
0,42438 L · atm/mol
-91,9 · 10 −6 cm 3 /mol
Termisk ledningsevne 98 kPa:
0,1219 W/m · K (372,22 K)
0,1174 W/m · K (400,22 K)
0,1152 W/m · K (418,37 K)
0,1052 W/m · K (479,72 K)
1.5898
Viskositet 0,964 cP (80 ° C)
0,761 cP (100 ° C)
0,217 cP (150 ° C)
Struktur
Monoklinisk
P2 1 /b
C5
2 timer
a  = 8.235 Å, b  = 6.003 Å, c  = 8.658 Å
α = 90 °, β = 122,92 °, γ = 90 °
Termokjemi
165,72 J/mol · K
Std molar
entropi
( S o 298 )
167,39 J/mol · K
Std
formasjonsentalpi
f H 298 )
78,53 kJ/mol
Gibbs fri energi f G ˚)
201,585 kJ/mol
Std
forbrenningsentalpi
c H 298 )
-5156,3 kJ/mol
Farer
viktigste farer Brannfarlig , sensibiliserende , mulig kreftfremkallende . Støv kan danne eksplosive blandinger med luft
GHS -piktogrammer GHS02: BrannfarligGHS07: FarligGHS08: HelsefareGHS09: Miljøfare
GHS Signalord Fare
H228 , H302 , H351 , H410
P210 , P273 , P281 , P501
NFPA 704 (brann diamant)
2
2
0
Flammepunkt 80 ° C (176 ° F; 353 K)
525 ° C (977 ° F; 798 K)
Eksplosive grenser 5,9%
10 ppm (TWA), 15 ppm (STEL)
Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC):
LD 50 ( median dose )
1800 mg/kg (rotte, oral)
490 mg/kg (rotte, oral)
1200 mg/kg (marsvin, oral)
533 mg/kg (mus, oral)
NIOSH (amerikanske helseeksponeringsgrenser):
PEL (tillatt)
TWA 10 ppm (50 mg/m 3 )
REL (anbefalt)
TWA 10 ppm (50 mg/m 3 ) ST 15 ppm (75 mg/m 3 )
IDLH (Umiddelbar fare)
250 spm
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N bekreft  ( hva er   ?) kryss avY☒N
Infobox -referanser

Naftalen er en organisk forbindelse med formel C
10
H
8
. Det er det enkleste polysykliske aromatiske hydrokarbonet , og er et hvitt krystallinsk fast stoff med en karakteristisk lukt som kan påvises ved konsentrasjoner så lave som 0,08  ppm i masse . Som et aromatisk hydrokarbon består naftalens struktur av et sammensmeltet par benzenringer . Det er best kjent som hovedingrediensen i tradisjonelle møllboller .

Historie

På begynnelsen av 1820 -tallet beskrev to separate rapporter et hvitt fast stoff med en skarp lukt avledet fra destillasjon av kulltjære . I 1821 siterte John Kidd disse to avsløringene og beskrev deretter mange av stoffets egenskaper og produksjonsmidler. Han foreslo navnet naftalin , ettersom det var avledet fra en slags nafta (et bredt begrep som omfatter enhver flyktig, brannfarlig flytende hydrokarbonblanding, inkludert kulltjære). Naphthalenes kjemiske formel ble bestemt av Michael Faraday i 1826. Strukturen til to smeltede benzenringer ble foreslått av Emil Erlenmeyer i 1866, og bekreftet av Carl Gräbe tre år senere.

Fysiske egenskaper

Naftalen

Et naftalenmolekyl kan sees på som sammensmeltningen av et par benzenringer . (I organisk kjemi , blir ringer kondensert om de deler to eller flere atomer.) Som sådan er naftalen klassifisert som en benzenoid aromatisk hydrokarbon (PAH).

De åtte karbonatomer som ikke deles av de to ringene bærer ett hydrogenatom hver. Med tanke på standard IUPAC -nomenklaturen for avledede forbindelser, er de åtte atomer nummerert 1 til 8 i rekkefølge rundt omkretsen av molekylet, og starter med et karbon ved siden av et delt. De delte karbonatomer er merket 4a (mellom 4 og 5) og 8a (mellom 8 og 1).

Molekylær geometri

Molekylet er plant, som benzen. I motsetning til benzen, er karbon -karbon -bindingene i naftalen ikke av samme lengde. Bindingene C1 − C2, C3 − C4, C5 − C6 og C7 − C8 er omtrent 1,37 Å (137 pm) lange, mens de andre karbon -karbon -bindingene er omtrent 1,42 Å (142 pm) lange. Denne forskjellen, fastslått ved røntgendiffraksjon , er i samsvar med valensbindingsmodellen i naftalen og spesielt med teoremet om krysskonjugering . Denne teoremet vil beskrive naftalen som en aromatisk benzenenhet bundet til et dien, men ikke omfattende konjugert til det (i det minste i grunntilstanden ), som er i samsvar med to av dets tre resonansstrukturer .

Resonansstrukturer av naftalen

På grunn av denne resonansen har molekylet bilateral symmetri over planet til det delte karbonparet, så vel som over planet som halverer bindinger C2-C3 og C6-C7, og over planet til karbonatomene. Således er det to sett med tilsvarende hydrogenatomer: alfaposisjonene , nummerert 1, 4, 5 og 8, og betaposisjonene , 2, 3, 6 og 7. To isomerer er da mulige for monosubstituerte naftalener, tilsvarende til substitusjon i en alfa- eller beta -posisjon. Bicyklo [6.2.0] dekapentaen er en strukturell isomer med et sammensmelt 4-8 ringsystem og azulen er et annet, med et smeltet 5-7 ringsystem.

Bicyklo [6.2.0] dekapentaen

Punktgruppens symmetri av naftalen er D 2h .

Elektrisk Strømføringsevne

Ren krystallinsk naftalen er en moderat isolator ved romtemperatur, med resistivitet på ca. 10 12 Ω m . Resistiviteten synker mer enn tusen ganger ved smelting, til omtrent 4 × 10 8 Ω m. Både i væsken og i det faste stoffet avhenger resistiviteten av temperaturen som ρ = ρ 0 exp ( E /( k T )), hvor ρ 0 (Ω m) og E (eV) er konstante parametere, k er Boltzmanns konstant ( 8,617 × 10 −5 eV/ K ), og T er absolutt temperatur (K). Parameteren E er 0,73 i det faste stoffet. Det faste stoffet viser imidlertid halvledende karakter under 100 K.

Kjemiske egenskaper

Reaksjoner med elektrofiler

I elektrofile aromatiske substitusjonsreaksjoner reagerer naftalen lettere enn benzen. For eksempel, klorering og bromering av naftalen utbytte uten en katalysator for å gi 1-klornaftalen og 1-bromnaftalen , respektivt. Selv om både benzen og naftalen kan alkyleres ved hjelp av Friedel -Crafts -reaksjoner , kan naftalen også lett alkyleres ved reaksjon med alkener eller alkoholer , ved bruk av svovel- eller fosforsyre -katalysatorer.

Når det gjelder regionkjemi , angriper elektrofiler på alfaposisjonen. Selektiviteten for alfa fremfor betasubstitusjon kan rasjonaliseres når det gjelder mellomproduktets resonansstrukturer: for alfasubstitusjonsproduktet kan det tegnes syv resonansstrukturer, hvorav fire bevarer en aromatisk ring. For beta -substitusjon har mellomproduktet bare seks resonansstrukturer, og bare to av disse er aromatiske. Sulfonering gir "alfa" -produktet naftalen-1-sulfonsyre som det kinetiske produktet, men naftalen-2-sulfonsyre som det termodynamiske produktet. 1-isomeren dannes hovedsakelig ved 25 ° C, og 2-isomeren ved 160 ° C. Sulfonering for å gi 1- og 2-sulfonsyren skjer lett:

H
2

4
+ C
10
H
8
C
10
H
7
−SO
3
H
+ H
2
O

Videre sulfonering gir di-, tri- og tetrasulfonsyrer.

Litiering

Analog med syntesen av fenyllitium er omdannelsen av 1-bromonaftalen til 1-litionaftalen, ved litium-halogenutveksling :

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

Det resulterende litionaftalen gjennomgår en ny litiering, i motsetning til oppførselen til fenyllitium. Disse 1,8-dilithio-derivatene er forløpere til en rekke peri-naftalenerivater .

Reduksjon og oksidasjon

Med alkalimetaller danner naftalen de mørkeblågrønne radikale anionsaltene som natriumnaftalen , Na + C 10 H-
8
. Naftalenanionene er sterke reduserende midler.

Naftalen kan hydrogeneres under høyt trykk i nærvær av metallkatalysatorer for å gi 1,2,3,4-tetrahydronaftalen ( C-
10
H
12
), også kjent som tetralin . Ytterligere hydrogenering gir dekahydronaftalen eller dekalin ( C
10
H
18
).

Oksidasjon med O
2
i nærvær av vanadiumpentoksid som katalysator gir ftalinsyreanhydrid :

C 10 H 8 + 4,5 O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 2 CO 2 + 2 H 2 O

Denne reaksjonen er grunnlaget for hovedbruken av naftalen. Oksidasjon kan også utføres ved bruk av konvensjonelle støkiometriske kromat- eller permanganatreagenser .

Produksjon

Det meste naftalen er avledet fra kulltjære . Fra 1960-tallet til 1990-tallet ble det også produsert betydelige mengder naftalen fra tunge petroleumsfraksjoner under petroleumsraffinering , men i dag representerer petroleumsavledet naftalen bare en mindre komponent i naftalenproduksjonen.

Naftalen er den vanligste enkeltkomponenten i kulltjære. Selv om sammensetningen av kulltjære varierer med kullet det blir produsert fra, er typisk kulltjære omtrent 10 vekt% naftalen. I industriell praksis gir destillasjon av kulltjære en olje som inneholder omtrent 50% naftalen, sammen med tolv andre aromatiske forbindelser . Denne oljen, etter å ha blitt vasket med vandig natriumhydroksid for å fjerne sure komponenter (hovedsakelig forskjellige fenoler ), og med svovelsyre for å fjerne basiske komponenter, gjennomgår fraksjonert destillasjon for å isolere naftalen. Det rå naftalen som er resultatet av denne prosessen er omtrent 95 vekt% naftalen. De viktigste urenhetene er den svovelholdige aromatiske forbindelsen benzotiofen (<2%), indan (0,2%), inden (<2%) og metylnaftalen (<2%). Petroleum-avledet naftalen er vanligvis renere enn det som stammer fra kulltjære. Når det er nødvendig, kan rå naftalen renses ytterligere ved omkrystallisering fra en rekke forskjellige løsningsmidler, noe som resulterer i 99 vekt% naftalen, referert til som 80 ° C (smeltepunkt). Omtrent 1,3 millioner tonn produseres årlig.

I Nord-Amerika er kulltjæreprodusentene Koppers Inc., Ruetgers Canada Inc. og Recochem Inc., og den primære petroleumsprodusenten er Monument Chemical Inc. I Vest-Europa er de kjente produsentene Koppers, Ruetgers og Deza. I Øst -Europa produseres naftalen av en rekke integrerte metallurgikomplekser (Severstal, Evraz, Mechel, MMK) i Russland , dedikerte naftalen- og fenolprodusenter INKOR, Yenakievsky Metallurgy -anlegg i Ukraina og ArcelorMittal Temirtau i Kasakhstan .

Andre kilder og hendelser

Bortsett fra kulltære, produseres spormengder av naftalen av magnolier og noen arter av hjort , samt Formosans underjordiske termitt , muligens produsert av termitten som et avstøtende middel mot "maur, giftige sopp og nematodeormer ." Noen stammer av endophytic sopp Muscodor albus produsere naftalen blant et utvalg av flyktige organiske forbindelser, mens Muscodor vitigenus produserer naftalen nesten utelukkende.

Naftalen i det interstellare mediet

Naftalen er foreløpig blitt oppdaget i det interstellare mediet i retning av stjernen Cernis 52 i stjernebildet Perseus . Mer enn 20% av karbonet i universet kan være assosiert med polyaromatiske hydrokarboner, inkludert naftalen.

Protonerte kationer av naftalen ( C
10
H+
9
) er kilden til en del av spekteret av uidentifiserte infrarøde utslipp (UIR). Protonert naftalen skiller seg fra nøytralt naftalen (f.eks. Det som brukes i møllkuler ) ved at det har et ekstra hydrogenatom. UIRene fra " naftalenkation " ( C
10
H+
9
) har blitt observert av astronomer . Denne forskningen har blitt publisert som "møllboller i verdensrommet".

Bruker

Naftalen brukes hovedsakelig som en forløper til andre kjemikalier. Den største bruken av naftalen er industriell produksjon av ftalinsyreanhydrid , selv om mer ftalinsyreanhydrid er laget av o -xylen . Mange azofargestoffer produseres av naftalen, og det samme er insektmiddelet 1-naftyl- N- metylkarbamat ( karbaryl ) . Andre nyttige agrikjemikalier inkluderer naftoksyeddiksyre.

Hydrogenering av naftalen gir tetralin , som brukes som et hydrogen-donor løsningsmiddel.

Alkylering av naftalen med propylen gir en blanding av diisopropylnaftalener , som er nyttige som ikke -flyktige væsker som brukes i blekk.

Naftalensulfonsyrer og sulfonater

Mange naftalensulfonsyrer og sulfonater er nyttige. Alkylnaftalensulfonat er overflateaktive stoffer . Aminonaftalenesulfonsyrene , naftalener substituert med etere og sulfonsyrer , er mellomprodukter i fremstillingen av mange syntetiske fargestoffer . De hydrogenerte naftalenene tetrahydronaftalen ( tetralin ) og dekahydronaftalen ( dekalin ) brukes som løsningsmidler med lav flyktighet . Naftalensulfonsyrer brukes også i syntesen av 1-naftol og 2-naftol , forløpere for forskjellige fargestoffer, pigmenter, gummiprosesseringskjemikalier og andre kjemikalier og legemidler.

Naftalensulfonsyrer brukes til fremstilling av naftalensulfonatpolymer myknere ( dispergeringsmidler ), som brukes til å produsere betong og gipsplater ( veggplater eller gips ). De blir også benyttet som dispergeringsmidler i syntetiske og naturlige gummier, og som tanning midler ( syntaner ) i skinnindustrien, landbruks formuleringer (dispergeringsmidler for pesticider ), fargestoffer og som et dispergeringsmiddel i bly-syre-batteriplatene.

Naftalensulfonat polymerer fremstilles ved behandling av naftalensulfonsyre med formaldehyd , etterfulgt av nøytralisering med natriumhydroksyd eller kalsiumhydroksyd . Disse produktene selges kommersielt som superplastisatorer for produksjon av høyfast betong .

Laboratoriebruk

Smeltet naftalen gir et utmerket solubiliseringsmedium for dårlig oppløselige aromatiske forbindelser. I mange tilfeller er det mer effektivt enn andre høytkokende løsningsmidler, for eksempel diklorbenzen , benzonitril , nitrobenzen og durene . Reaksjonen av C 60 med antracen utføres hensiktsmessig i tilbakeløp av naftalen for å gi 1: 1 Diels – Alder -adduktet. Aromatiseringen av hydroporfyriner er oppnådd ved bruk av en løsning av DDQ i naftalen.

Fuktingsmiddel og overflateaktivt middel

Alkylnaftalensulfonater (ANS) brukes i mange industrielle applikasjoner som ikke -avledende fuktemiddel som effektivt sprer kolloidale systemer i vandige medier. De viktigste kommersielle applikasjonene er i landbruks kjemisk industri, som bruker ANS for fuktbare pulver og fuktbare granulære (tørrflytbare) formuleringer, og tekstil- og tekstilindustrien, som benytter ANS fuktings- og skummingsegenskaper for bleking og farging.

Som røyking

Naftalen har blitt brukt som en husholdning fumigant . Det var en gang hovedingrediensen i møllboller , selv om bruken i stor grad er blitt erstattet til fordel for alternativer som 1,4-diklorbenzen . I en forseglet beholder som inneholder naftalenpellets, bygger naftalen damp opp til nivåer som er giftige for både voksne og larveformer av mange møll som angriper tekstiler. Andre fumigante bruksområder av naftalen inkluderer bruk i jord som et røykende plantevernmiddel , i loftsrom for å avvise dyr og insekter , og i museets oppbevaringsskuffer og skap for å beskytte innholdet mot angrep fra skadedyr.

Naftalen er avstøtende mot opossums .

Andre bruksområder

Den brukes i pyrotekniske spesialeffekter som generering av svart røyk og simulerte eksplosjoner. Det brukes til å lage kunstige porer ved fremstilling av slipeskiver med høy porøsitet. Tidligere ble naftalen administrert oralt for å drepe parasittormer i husdyr. Naftalen og dets alkylhomologer er hovedbestanddelene i kreosot . Naftalen brukes i ingeniørfag for å studere varmeoverføring ved hjelp av massesublimering .

Det er blitt foreslått som et alternativt drivmiddel for kaldgass -satellittpropeller.

Helseeffekter

Eksponering for store mengder naftalen kan skade eller ødelegge røde blodlegemer , oftest hos mennesker med den arvelige tilstanden kjent som glukose-6-fosfat dehydrogenase (G6PD) -mangel , som over 400 millioner mennesker lider av. Mennesker, spesielt barn, har utviklet tilstanden kjent som hemolytisk anemi , etter å ha fått i seg møllboller eller deodorantblokker som inneholder naftalen. Symptomer inkluderer tretthet , mangel på matlyst, rastløshet og blek hud. Eksponering for store mengder naftalen kan forårsake forvirring , kvalme , oppkast , diaré , blod i urinen og gulsott (gul hudfarge på grunn av leverfunksjon ).

US National Toxicology Program (NTP) holdt et eksperiment der hann- og hunnrotter og mus ble utsatt for naftalen damp på hverdager i to år. Både hann- og hunnrotter viste tegn på karsinogenese med økt forekomst av adenom og nevroblastom i nesen. Hunnmus viste noen tegn på karsinogenese basert på økt forekomst av alveolære og bronkiole adenomer i lungen , mens hannmus ikke viste tegn på karsinogenese.

The International Agency for Research on Cancer (IARC) klassifiserer naftalen som mulig karsinogen for mennesker og dyr ( gruppe 2B ). IARC påpeker også at akutt eksponering forårsaker grå stær hos mennesker, rotter , kaniner og mus ; og at hemolytisk anemi (beskrevet ovenfor) kan forekomme hos barn og spedbarn etter oral eller inhalasjonseksponering eller etter mors eksponering under graviditet. Under California's Proposition 65 er naftalen oppført som "kjent for staten å forårsake kreft". En sannsynlig mekanisme for kreftfremkallende effekter av møllkuler og noen typer luftfriskere som inneholder naftalen er identifisert.

Regulering

Amerikanske myndigheter har fastsatt grenseverdier for eksponering for naftalen. Den Occupational Safety and Health Administration har satt en tillatte eksponerings grense på 10 ppm (50 mg / m 3 ) over en åtte timers tid-veid gjennomsnitt. The National Institute for Occupational Safety and Health har satt en anbefalt fastsatt grenseverdi på 10 ppm (50 mg / m 3 ) over en åtte timers tidsvektede gjennomsnitt, samt en kortvarig eksponering grense på 15 ppm (75 mg / m 3 ). Naphthalenes minste luktterskel er 0,084 ppm for mennesker.

Mølballer og andre produkter som inneholder naftalen har vært forbudt i EU siden 2008.

I Kina er bruk av naftalen i møllboller forbudt. Fare for menneskers helse og vanlig bruk av naturlig kamfer er nevnt som årsaker til forbudet.

Naftalen -derivater

Den delvise listen over naftalenerivater inkluderer følgende forbindelser:

Navn Kjemisk formel Molar masse [g/mol] Smeltepunkt [° C] Kokepunkt [° C] Tetthet [g/cm 3 ] Brytningsindeks
1-naftonsyre C 11 H 8 O 2 172,18 157 300 -
1-naftoylklorid C 11 H 7 ClO 190,63 16–19 190 (35 Torr ) 1.265 1.6552
1-Naphthol C 10 H 8 O 144,17 94–96 278 1.224 -
1-naftaldehyd C 11 H 8 O 156,18 1–2 160 (15 Torr)
1-nitronaftalen C 10 H 7 NO 2 173,17 53–57 340 1.22 -
1-Fluoronaftalen C 10 H 7 F 146,16 −19 215 1.323 1.593
1-kloronaftalen C 10 H 7 Cl 162,62 −6 259 1.194 1.632
2-kloronaftalen C 10 H 7 Cl 162,62 59,5 256 1.138 1.643
1-Bromonaftalen C 10 H 7 Br 207.07 −2 279 1.489 1.670

Se også

Referanser

Eksterne linker