Benceno
Propiedades químicas del benceno,Usos,Producción
Descripción
El benceno es un líquido incoloro, volátil y altamente inflamable que se utiliza ampliamente en la industria química y recibió un amplio interés en los primeros días de la química orgánica.
Debido a su estructura, el benceno es un compuesto orgánico muy estable. No se somete fácilmente a reacciones de adición. Las reacciones de adición en las que interviene el benceno requieren alta temperatura, presión y catalizadores especiales. Las reacciones más comunes en las que interviene el benceno son las de sustitución. Numerosos átomos y grupos de átomos pueden sustituir a un átomo de hidrógeno o a varios átomos de hidrógeno en el benceno. Los tres tipos más importantes de reacciones de sustitución en las que interviene el benceno son la alquilación, la halogenación y la nitración. En la alquilación, un grupo o grupos alquílicos sustituyen a los hidrógenos.
Propiedades químicas
El benceno es un líquido claro, volátil, incoloro y muy inflamable con un olor agradable y característico. Es un hidrocarburo aromático que hierve a 80,1 DC. El benceno se utiliza como disolvente en muchos sectores industriales, como la fabricación de caucho y calzado, y en la producción de otras sustancias importantes, como el estireno, el fenol y el ciclohexano. Es esencial en la fabricación de detergentes, pesticidas, disolventes y quitapinturas. Está presente en combustibles como la gasolina hasta un nivel del 5%.
Propiedades físicas
Líquido acuoso claro, incoloro a amarillo claro, con un olor aromático, mohoso, fenólico o similar al de la gasolina. A 40 °C, Young et al.(1996) determinaron una concentración umbral de olor de 190 μg/L en el aire. Leonardos et al. (1969) determinaron un umbral de olor de 4,68 ppmv. Punter (1983) informó de un umbral de detección de olor de 108 mg/m3 (34 ppmv). Las concentraciones promedio del umbral de olor mínimo detectable en agua a 60 °C y en aire a 40 °C fueron de 0,072 y 0,5 mg/L, respectivamente (Alexander et al., 1982).
Ocurrencia
Se han encontrado niveles detectables de benceno en una serie de refrescos que contienen un conservante de benzoato de sodio o de potasio y ácido ascórbico, y se ha informado de que los productos de tipo «dietético» que no contienen azúcares añadidos son especialmente propensos a contener benceno a niveles detectables. Las encuestas realizadas en los Estados Unidos, el Reino Unido y Canadá han confirmado que una pequeña proporción de estos productos puede contener niveles bajos de benceno. Por ejemplo, en un estudio de 86 muestras analizadas por la FDA entre abril de 2006 y marzo de 2007, sólo se encontró que cinco productos contenían benceno en concentraciones superiores a 5 ug kg-1. Los niveles encontrados estaban en un rango de aproximadamente 10-90 ug kg-1. Un estudio de 150 refrescos producidos en el Reino Unido por la Agencia de Normas Alimentarias (FSA) publicado en 2006 mostró que cuatro productos contenían benceno en niveles superiores a 10 ug kg-1, y el nivel más alto registrado fue de 28 ug kg-1. Sin embargo, se ha informado de que pueden desarrollarse niveles más altos en estos productos durante el almacenamiento prolongado, especialmente si están expuestos a la luz del día.
El benceno también puede formarse en algunas bebidas de mango y arándanos en ausencia de conservantes añadidos, porque estas frutas contienen benzoatos naturales.
Historia
El benceno fue descubierto en 1825 por Michael Faraday (1791-1867), que lo identificó en un residuo líquido del aceite de ballena calentado. Faraday llamó al compuesto bicarbonato de hidrógeno, y su nombre fue cambiado posteriormente a bencina por Eilhardt Mitscherlich (1794-1863), que aisló el compuesto a partir de la benzoína (C14H12O2).
Usos
El benceno también se convierte en ciclohexano, que se utiliza para producir nylon y fibras sintéticas.
Usos
El benceno se encuentra en los productos de la destilación del carbón y del alquitrán de hulla y en productos del petróleo como la gasolina. También se encuentra en los gases y lixiviados de los vertederos de residuos industriales, escombros de construcción y residuos de jardinería (Oak Ridge National Laboratory 1989). Se han encontrado trazas de benceno, tolueno, xilenos y otros compuestos orgánicos volátiles en los suelos y aguas subterráneas cerca de muchos vertederos sanitarios (U.S. EPA 1989a,b). Kramer (1989) ha evaluado el nivel de exposición al benceno durante la remoción, limpieza, bombeo y pruebas de tanques de almacenamiento de gasolina subterráneos. La exposición humana media fue de 0,43-3,84 ppm (en 1,5-6 horas) y la exposición más alta a corto plazo (15 minutos) fue de 9,14 ppm. El benceno también está presente en el humo del tabaco (Hoffmann et al. 1989), por lo que el riesgo de su exposición puede aumentar por la inhalación de dicho humo.
El benceno se utiliza como disolvente de ceras, resinas y aceites; como removedor de pintura; como diluyente de lacas; en la fabricación de tintes, productos farmacéuticos, barnices y linóleo; y como materia prima para producir una serie de compuestos orgánicos.
Usos
Fabricación de etilbenceno (para estireno-monómero), dodecilbenceno (para detergentes), ciclohexano (para nylon), fenol, nitrobenceno (para anilinas), anhídrido maleico, clorobenceno, difenil, hexacloruro de benceno, ácido benceno-sulfónico, y como disolvente.
Usos
El benceno también se conoce como benzol, benzol, nafta de alquitrán de hulla y fenilhidruro, el benceno es un líquido claro, incoloro e inflamable que se hace pasando el gas de coque por el petróleo, que luego se destila para producirbenceno y toluol. El benceno se separa del toluol mediante destilación fraccionada. El benceno es soluble en alcohol, éter, cloroformo y ácido acético glacial, pero es insoluble en agua. En el proceso de colodión, el benceno se utilizaba para disolver el caucho para subcubrir y supercubrir los negativos. También se utilizaba como disolvente del bálsamo de Canadá en el método Cutting de sellado de ambrotipos y de cementación de lentes. El benceno también se utilizaba como disolvente para la cera, las gomas, las resinas y el ámbar y, en particular, para los barnices de retoque aplicados a los negativos de gelatina de bromuro de plata.
Definición
ChEBI: Un anuleno aromático de seis carbonos en el que cada átomo de carbono dona uno de sus dos electrones 2p a un sistema pi deslocalizado. Es un subproducto líquido tóxico e inflamable de la destilación del carbón y se utiliza como disolvente industrial. El benceno es un carcinógeno que también daña la médula ósea y el sistema nervioso central.
Métodos de producción
En la actualidad, el benceno, que es un componente natural del petróleo, se obtiene a partir de éste mediante varios procesos. La hidrodealquilación del tolueno consiste en mezclar tolueno (C6H5CH3) e hidrógeno en presencia de catalizadores y a temperaturas de aproximadamente 500°C y presiones de unas 50 atmósferas para producir benceno y metano: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4. La hidrodesalquilación elimina el grupo metilo del tolueno para producir benceno. La desproporción del tolueno consiste en combinar el tolueno para que los grupos metilo se unan a un anillo aromático, produciendo benceno y xileno. El benceno también puede obtenerse a partir del reformado del petróleo, en el que se utilizan temperatura, presión y catalizadores para convertir los componentes del petróleo en benceno, que luego puede extraerse mediante disolventes y procesos de destilación. Otra fuente de benceno es la gasolina de pirólisis o pygas.
Reacciones
El benceno reacciona (1) con el cloro, para formar (a) productos de sustitución (la mitad del cloro forma cloruro de hidrógeno) como el clorobenceno, C6H5Cl; el diclorobenceno, C6H4Cl2(1,4) y (1,2); triclorobenceno, C6H3Cl3(1,2,4); tetraclorobenceno (1,2,3,5); y b) productos de adición, como dicloruro de benceno C6H6Cl2; tetracloruro de benceno, C6H6Cl4; y hexacloruro de benceno, C6H6Cl6. La formación de productos de sustitución del núcleo del benceno, ya sea en el benceno o en sus homólogos, se ve favorecida por la presencia de un catalizador, por ejemplo yodo, fósforo, hierro; (2) con HNO3 concentrado, para formar nitrobenceno, C6H5NO2; 1,3- dinitrobenceno, C6H4(NO2)2 (1,3), 1,3,5-trinitrobenceno, C6H3(NO2)3 (1,3,5); (3) con H2SO4 concentrado, para formar ácido benceno sulfónico, C6H5SO3H, ácido benceno disulfónico, C6H4(SO3H)2(1,3), ácido benceno trisulfónico, C6H3(SO3H)3 (1,3-5) (4) con cloruro de metilo más cloruro de aluminio anhidro (reacción de Friedel-Crafts) para formar tolueno, monometilbenceno, C6H5CH3; dimetilbenceno C6H4(CH3)2; trimetilbenceno, C6H3(CH3)3; (5) con cloruro de acetilo más cloruro de aluminio anhidro (reacción de Friedel-Crafts) para formar acetofenona (metilfenilcetona), C6H5COCH3.
Descripción general
Líquido incoloro claro con olor a petróleo. Punto de inflamación inferior a 0°F. Menos denso que el agua y ligeramente soluble en agua. Por lo tanto, flota en el agua. Los vapores son más pesados que el aire.
Aire &Reacciones con el agua
Altamente inflamable. Ligeramente soluble en agua.
Perfil de reactividad
El benceno reacciona vigorosamente con el cloruro de alilo u otros haluros de alquilo incluso a menos 70°C en presencia de dicloruro de etil aluminio o sesquicloruro de etil aluminio. Se ha informado de explosiones . Se inflama en contacto con anhídrido crómico en polvo . Incompatible con agentes oxidantes como el ácido nítrico. Las mezclas con trifluoruro de bromo, pentafluoruro de bromo, pentafluoruro de yodo, heptafluoruro de yodo y otros interhalógenos pueden inflamarse al calentarse . El benceno y los haluros de cianógeno producen HCl como subproducto (Hagedorn, F. H. Gelbke y República Federal de Alemania. 2002. Nitrilos. En Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.). La reacción de benceno y tricloroacetonitrilo produce gases tóxicos de cloroformo y HCl. (Hagedorn, F., H.-P. Gelbke, y República Federal de Alemania. 2002. Nitrilos. En Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.).
Peligro
La toxicidad aguda del benceno es baja. La inhalación de benceno puede causar mareos, euforia, vértigo, dolor de cabeza, náuseas, somnolencia y debilidad. El benceno puede causar una irritación moderada de la piel y una irritación grave de los ojos y las mucosas. El benceno penetra fácilmente en la piel para causar los mismos efectos tóxicos que la inhalación o la ingestión. La toxicidad crónica del benceno es significativa. La exposición al benceno afecta a la sangre y a los órganos hematopoyéticos, como la médula ósea, causando lesiones irreversibles; pueden producirse trastornos sanguíneos, como anemia y leucemia. Los síntomas de la exposición crónica al benceno pueden incluir fatiga, nerviosismo, irritabilidad, visión borrosa y respiración dificultosa. El benceno está regulado por la OSHA como carcinógeno (Norma 1910.1028) y está incluido en el Grupo 1 de la IARC («carcinógeno para los humanos»). Esta sustancia está clasificada como «carcinógeno selecto» según los criterios de la norma de laboratorio de la OSHA.
Peligro para la salud
El benceno es un tóxico agudo y crónico. Los efectos tóxicos agudos por inhalación, ingestión y contacto con la piel son bajos o moderados. Los síntomas en humanos son alucinaciones, percepción distorsionada, euforia, somnolencia, náuseas, vómitos y dolor de cabeza. Los efectos narcóticos en los seres humanos pueden producirse por la inhalación de benceno en el aire a una concentración de 200 ppm. Las concentraciones elevadas pueden provocar convulsiones. Una exposición de 5 a 10 minutos al 2% de benceno en el aire puede ser fatal. El benceno es un irritante para los ojos, la nariz y las vías respiratorias. La intoxicación crónica por benceno es mucho más grave que su toxicidad aguda. Los órganos diana de la intoxicación aguda y crónica son la sangre, la médula ósea, el sistema nervioso central, el sistema respiratorio, los ojos y la piel. Las fuertes exposiciones ocupacionales al benceno pueden causar depresión de la médula ósea y anemia, y en casos raros, leucemia. La leucemia puede desarrollarse varios años después del cese de la exposición. Se han documentado muertes por leucemia, atribuidas a la exposición profesional al benceno en el lugar de trabajo, que puede ser del orden de 200 ppm de concentración (ACGIH 1986). El benceno está incluido en la lista de presuntos carcinógenos humanos. Además de la leucemia, el linfoma maligno y el mieloma, se ha informado de la existencia de cáncer de pulmón en sujetos expuestos al benceno (Aksoy 1989).
La absorción de benceno líquido a través de la piel puede ser perjudicial. La principal vía de eliminación del benceno absorbido por inhalación o contacto con la piel es el metabolismo, en el que los radicales hidroxilos desempeñan un papel importante. Khan y colaboradores (1990) han informado de la formación de formaldehído y de la degradación de la desoxirribosa, lo que sugiere la generación de radicales hidroxilos durante la toxicidad del benceno en la fracción S-9 de la médula ósea. Los radicales hidroxilos reaccionan con el benceno para formar fenoles y dihidroxifenoles, que se excretan rápidamente en la orina. Aproximadamente un tercio del benceno retenido se excreta como fenoles en la orina. Los dos tercios restantes pueden degradarse y adherirse a los tejidos u oxidarse y exhalarse en forma de CO2.
Kalf y asociados (1989) han investigado la acción de la prostaglandina H sintasa en la toxicidad del benceno y la prevención de la mielo y la genotoxicidad inducida por el benceno mediante fármacos antiinflamatorios no esteroideos (AINE). La indometacina, un inhibidor de la prostaglandina H sintasa, evitó la depresión de la médula ósea dependiente de la dosis y el aumento del nivel de prostaglandina E en la médula de los ratones a los que se les administró benceno por vía intravenosa. La indometacina, la aspirina o el meclofenamato evitaron la disminución de la celularidad y el aumento de los eritrocitos policromáticos micronucleados en la sangre periférica, causados por la inyección intravenosa de benceno (100-1000 mg/kg) en ratones.
Inflamabilidad y explosividad
El benceno es un líquido altamente inflamable (clasificación de la NFPA = 3), y sus vapores pueden recorrer una distancia considerable hasta una fuente de ignición y «retroceder». Las mezclas de vapor y aire son explosivas por encima del punto de inflamación. Deben utilizarse extintores de dióxido de carbono y de productos químicos secos para combatir los incendios de benceno.
Reactividad química
Reactividad con el agua Ninguna reacción; Reactividad con materiales comunes: No hay reacciones; Estabilidad durante el transporte: Estable; Agentes neutralizadores de ácidos y cáusticos: No pertinente; Polimerización: No pertinente; Inhibidor de la polimerización: No pertinente.
Usos industriales
El benceno (C6H6, número CAS 71-43-2) es un compuesto de hidrocarburo aromático muy utilizado en la industria química como intermedio en la fabricación de polímeros y otros productos. También es un contaminante atmosférico común y está presente en las emisiones de los tubos de escape de los vehículos de motor y en el humo de los cigarrillos.
En 1990, la industria de los refrescos de EE.UU. descubrió que el benceno podía producirse a bajos niveles en ciertos refrescos que contenían un conservante de benzoato y ácido ascórbico. Dado que el benceno es un conocido carcinógeno humano, su presencia en alimentos y bebidas es claramente indeseable.
Perfil de seguridad
Carcinógeno humano confirmado que produce leucemia mieloide, enfermedad de Hodgkin y linfomas por inhalación. Datos experimentales de carcinogénesis, neoplasticidad y tumorigénesis. Veneno humano por inhalación. Veneno experimental por contacto con la piel, por vía intraperitoneal, intravenosa y posiblemente por otras vías. Moderadamente tóxico por ingestión y por vía subcutánea. Es un irritante severo para los ojos y moderado para la piel. Efectos sistémicos en humanos por inhalación e ingestión: cambios en la sangre, aumento de la temperatura corporal. Efectos teratogénicos y reproductivos experimentales. Se han notificado datos sobre mutaciones en humanos. Un narcótico. En la industria, la inhalación es la principal vía de intoxicación crónica por benceno. Se ha informado de envenenamiento por contacto con la piel. Investigaciones recientes (1 987) indican que los efectos se observan a menos de 1 ppm. Era necesario reducir las exposiciones a 0,1 ppm para no observar efectos tóxicos. La eliminación es principalmente a través de los pulmones.
Exposición potencial
El benceno se utiliza como componente de los combustibles de automoción; como disolvente de grasas; tintas, aceites, pinturas, plásticos y caucho; en la extracción de aceites de semillas y nueces; en la impresión por fotograbado. También se utiliza como intermediario químico. Mediante la alquilación, la cloración, la nitración y la sulfonación, se producen productos químicos como el estireno, los fenoles y el anhídrido maleico. El benceno también se utiliza en la fabricación de detergentes, explosivos y productos farmacéuticos; en la fabricación de ciclohexano y etilbenceno; y en los tintes. El aumento de la preocupación por el benceno como contaminante medioambiental significativo se debe a la exposición del público a la presencia de benceno en la gasolina y al aumento del contenido en la gasolina debido a los requisitos de los combustibles sin plomo para los automóviles equipados con convertidores de escape catalíticos.
Carcinogenicidad
Se sabe que el benceno es un carcinógeno humano en base a las pruebas suficientes de carcinogenicidad de los estudios en humanos.
Destino en el medio ambiente
El benceno se libera al aire principalmente por vaporización y emisiones de combustión asociadas a su uso en la gasolina. Otras fuentes son los vapores procedentes de su producción y uso en la fabricación de otros productos químicos. Además, el benceno puede estar presente en los efluentes industriales que se vierten al agua y en los vertidos accidentales de las industrias de producción, refinado y distribución de gas y petróleo. El benceno liberado en el suelo se evapora muy rápidamente o se filtra a las aguas subterráneas. Puede ser biodegradado por los microbios del suelo y de las aguas subterráneas. El benceno liberado en las aguas superficiales debería evaporarse en su mayor parte en unas horas o unos días, dependiendo de la cantidad, la temperatura, la turbulencia del agua, etc. Aunque el benceno no se degrada por hidrólisis, puede ser biodegradado por los microbios.
Métodos de purificación
Para la mayoría de los fines, el *benceno puede purificarse suficientemente agitando con H2SO4 conc hasta que esté libre de tiofeno, luego con H2O, NaOH diluido y agua, seguido de secado (con P2O5, sodio, LiAlH4, CaH2, tamiz molecular Linde 4X, o CaSO4, o pasando por una columna de gel de sílice, y para un secado preliminar, CaCl2 es adecuado), y destilación. Otro paso de purificación para eliminar el tiofeno, el ácido acético y el ácido propiónico es la cristalización por congelación parcial. Los contaminantes habituales en el *benceno seco sin tiofeno son los hidrocarburos no bencénicos, como el ciclohexano, el metilciclohexano y los heptanos, junto con los hidrocarburos nafténicos y las trazas de tolueno. Las impurezas que contienen carbonilo pueden eliminarse por percolación a través de una columna de Celite impregnada con 2,4-dinitrofenilhidrazina, ácido fosfórico y H2O. (Se prepara disolviendo 0,5g de DNPH en 6mL de H3PO4 al 85% por trituración, añadiendo luego y mezclando 4mL de H2O destilado y 10g de Celite). *El benceno se libera del tiofeno por reflujo con 10% (p/v) de níquel Raney durante 15 minutos, tras lo cual se elimina el níquel por filtración o centrifugación. El *benceno seco se obtiene destilando doblemente *benceno de gran pureza a partir de una solución que contiene el acetilo azul formado por la reacción de la aleación de sodio y potasio con una pequeña cantidad de benzofenona. El tiofeno se ha eliminado del *benceno (ausencia de coloración verde-azulada cuando se agitan 3mL de *benceno con una solución de 10mg de isatina en 10mL de H2SO4 conc) refluyendo el *benceno (1,25L) durante varias horas con 40g de HgO (recién precipitado) disuelto en 40mL de ácido acético glacial y 300mL de agua. Se filtra el precipitado, se elimina la fase acuosa y el *benceno se lava dos veces con H2O, se seca y se destila. Alternativamente, el *benceno secado con CaCl2 se ha agitado vigorosamente durante 0,5 horas con AlCl3 anhidro (12g/L) a 25-35o, luego se decanta, se lava con NaOH al 10% y agua, se seca y se destila. El proceso se repite, dando *benceno libre de tiofeno. Después de agitar sucesivamente durante una hora con H2SO4 conc, agua destilada (dos veces), NaOH 6M y agua destilada (dos veces), el *benceno se destila a través de una columna de vidrio de 3 pies para eliminar la mayor parte del agua. Se añade EtOH absoluto y se destila el azeótropo benceno-alcohol. (Esta destilación de bajo punto de ebullición deja atrás cualquier impureza no formadora de azeótropos). La fracción intermedia se agita con agua destilada para eliminar el EtOH y se vuelve a destilar. La destilación fraccionada final, lenta y muy cuidadosa, de sodio y luego de LiAlH4 bajo N2, elimina los restos de agua y peróxidos. *El líquido y el vapor de benceno son muy TÓXICOS y ALTAMENTE INFLAMABLES, por lo que todas las operaciones deben realizarse en una vitrina de gases eficaz y en ausencia de llamas desnudas en las proximidades. Purificación rápida: Para secar el benceno, se puede utilizar alúmina, CaH2 o tamices moleculares 4A (3% p/v) (seco durante 6 horas). Luego se destila el benceno, desechando el primer 5% del destilado, y se almacena sobre tamices moleculares (3A, 4A) o alambre de Na.
Incompatibilidades
Incompatible con oxidantes (cloratos, nitratos, peróxidos, permanganatos, percloratos, cloro, bromo, flúor, etc.); el contacto puede provocar incendios o explosiones.
Eliminación de residuos
Disolver o mezclar el material con un disolvente combustible y quemarlo en un incinerador químico equipado con postcombustión y depurador. Deben cumplirse todas las normas medioambientales federales, estatales y locales. Se recomienda diluir con alcohol o acetona para minimizar el humo. También es posible la degradación bacteriana.
Normas
La legislación actual de EE.UU. y de la UE no establece límites máximos para el benceno en los refrescos. Sin embargo, la FDA ha adoptado el nivel máximo de contaminantes (MCL) de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) para el agua potable de 5 ppb como norma de calidad para el agua embotellada. Este MCL se ha utilizado para evaluar la importancia de la contaminación por benceno en los refrescos analizados en las encuestas. La FSA ha utilizado el nivel orientativo de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para el benceno en el agua, de 10 mg kg-1, como punto de referencia para los resultados de sus propias encuestas.
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