Benzene

Benzene Proprietà chimiche, usi, produzione

Descrizione

Il benzene è un liquido incolore, volatile e altamente infiammabile che è usato ampiamente nell’industria chimica e ha ricevuto un ampio interesse nei primi giorni della chimica organica.

A causa della sua struttura, il benzene è un composto organico molto stabile. Non subisce facilmente reazioni di addizione. Le reazioni di addizione che coinvolgono il benzene richiedono alta temperatura, pressione e catalizzatori speciali. Le reazioni più comuni che coinvolgono il benzene coinvolgono reazioni di sostituzione. Numerosi atomi e gruppi di atomi possono sostituire un atomo di idrogeno o diversi atomi di idrogeno nel benzene. Tre importanti tipi di reazioni di sostituzione che coinvolgono il benzene sono alchilazione, alogenazione e nitrazione. Nell’alchilazione, uno o più gruppi alchilici sostituiscono uno o più idrogeni.

Proprietà chimiche

Il benzene è un liquido chiaro, volatile, incolore, altamente infiammabile con un odore piacevole e caratteristico. È un idrocarburo aromatico che bolle a 80,1 DC. Il benzene è usato come solvente in molti settori industriali, come la produzione di gomma e scarpe, e nella produzione di altre sostanze importanti, come lo stirene, il fenolo e il cicloesano. È essenziale nella produzione di detergenti, pesticidi, solventi e sverniciatori. È presente nei combustibili come la benzina fino al livello del 5%.

Proprietà fisiche

Liquido acquoso chiaro, da incolore a giallo chiaro, con un odore aromatico, ammuffito, fenolico o simile alla benzina. A 40 °C, una concentrazione di soglia di odore di 190 μg/L nell’aria è stata determinata da Young et al. Una soglia di odore di 4,68 ppmv è stata determinata da Leonardos et al. (1969). Una concentrazione di soglia di detectionodor di 108 mg/m3 (34 ppmv) è stata riportata da Punter (1983). Le concentrazioni di soglia di odore mediamente rilevabili in acqua a 60 °C e in aria a 40 °C erano 0,072 e 0,5 mg/L, rispettivamente (Alexander et al., 1982).

Eccursione

Livelli rilevabili di benzene sono stati trovati in un certo numero di bevande analcoliche che contengono un conservante benzoato di sodio o di potassio e acido ascorbico, e i prodotti di tipo “dietetico” che non contengono zuccheri aggiunti sono riportati come particolarmente suscettibili di contenere benzene a livelli rilevabili. Indagini condotte negli Stati Uniti, nel Regno Unito e in Canada hanno tutte confermato che una piccola parte di questi prodotti può contenere bassi livelli di benzene. Per esempio, in un’indagine su 86 campioni analizzati dalla FDA tra aprile 2006 e marzo 2007, solo cinque prodotti sono risultati contenere benzene a concentrazioni superiori a 5 ug kg-1. I livelli trovati erano in una gamma da circa 10-90 ug kg-1. Un’indagine su 150 bevande analcoliche prodotte nel Regno Unito dalla Food Standards Agency (FSA) pubblicata nel 2006 ha mostrato che quattro prodotti contenevano benzene a livelli superiori a 10 ug kg-1, e il livello più alto registrato era di 28 ug kg-1. Tuttavia, è stato riportato che livelli più alti possono svilupparsi in questi prodotti durante la conservazione prolungata, specialmente se sono esposti alla luce del giorno.

Il benzene può formarsi anche in alcune bevande al mango e al mirtillo rosso in assenza di conservanti aggiunti, perché questi frutti contengono benzoati naturali.

Storia

Il benzene fu scoperto nel 1825 da Michael Faraday (1791-1867), che lo identificò in un residuo liquido di olio di balena riscaldato. Faraday chiamò il composto bicarburo di idrogeno, e il suo nome fu poi cambiato in benzene da Eilhardt Mitscherlich (1794-1863), che isolò il composto dal benzoino (C14H12O2).

Usi

Il benzene è anche convertito in cicloesano, che è usato per produrre nylon e fibre sintetiche.

Usi

Il benzene si trova nei prodotti di distillazione del carbone e del catrame di carbone e nei prodotti petroliferi come la benzina. Si trova anche nei gas e nei percolati delle discariche per rifiuti industriali, detriti di costruzione e rifiuti paesaggistici (Oak Ridge National Laboratory 1989). Tracce di benzene, toluene, xilene, e altre sostanze organiche volatili sono state trovate nei terreni e nelle acque sotterranee vicino a molte discariche sanitarie (U.S. EPA 1989a, b). Kramer (1989) ha valutato il livello di esposizione al benzene durante la rimozione, la pulizia, il pompaggio e il test di serbatoi sotterranei di benzina. Le esposizioni umane medie erano di 0,43-3,84 ppm (in 1,5-6 ore) e la più alta esposizione a breve termine (15 minuti) era di 9,14 ppm. Il benzene si trova anche nel fumo di tabacco (Hoffmann et al. 1989); quindi il rischio della sua esposizione può aumentare dall’inalazione di tale fumo.
Il benzene è usato come solvente per cere, resine e oli; come sverniciatore; come diluente per lacche; nella produzione di coloranti, prodotti farmaceutici, vernici e linoleum; e come materia prima per produrre un certo numero di composti organici.

Usi

Produzione di etilbenzene (per stirenemonomero), dodecilbenzene (per detergenti), cicloesano (per nylon), fenolo, nitrobenzene (per ani-line), anidride maleica, clorobenzene, difenile, esacloruro di benzene, acido benzene-solfonico, e come solvente.

Usi

Il benzene è anche conosciuto come benzolo, benzolo, nafta di catrame di carbone e fenilidride, il benzene è un liquido chiaro, incolore e infiammabile fatto bypassando il gas di coke attraverso il petrolio, che viene poi distillato per produrrebenzene e toluolo. Il benzene è separato dal toluolo per distillazione frazionata. Il benzene è solubile in alcool, etere, cloroformio e acido acetico glaciale, ma è insolubile in acqua. Nel processo del collodio, il benzene era usato per dissolvere la gomma per entrambi i subcoat e supercoatnegativi. Era anche usato come solvente per il balsamo del Canada nel metodo Cutting per sigillare gli ambrotipi e cementare le lenti. Il benzene era anche usato come solvente per la cera, le gomme, le resine e l’ambra e in particolare per ritoccare le vernici applicate ai negativi in gelatina al bromuro d’argento.

Definizione

ChEBI: Un annulene aromatico a sei carboni in cui ogni atomo di carbonio dona uno dei suoi due elettroni 2p in un sistema pi delocalizzato. Sottoprodotto liquido tossico e infiammabile della distillazione del carbone, è usato come solvente industriale. Il benzene è una sostanza cancerogena che danneggia anche il midollo osseo e il sistema nervoso centrale.

Metodi di produzione

Oggi il benzene, che è un componente naturale del petrolio, è ottenuto dal petrolio con diversi processi. L’idrodealchilazione del toluene consiste nel mescolare toluene (C6H5CH3) e idrogeno in presenza di catalizzatori e temperature di circa 500°C e pressioni di circa 50 atmosfere per produrre benzene e metano: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4. L’idrodealchilazione toglie il gruppo metile dal toluene per produrre benzene. La sproporzione del toluene consiste nel combinare il toluene in modo che i gruppi metilici si leghino ad un anello aromatico, producendo benzene e xilene. Il benzene può anche essere ottenuto dal reforming del petrolio in cui temperatura, pressione e catalizzatori sono usati per convertire i componenti del petrolio in benzene, che può poi essere estratto usando solventi e processi di distillazione. Un’altra fonte di benzene è la benzina da pirolisi o pygas.

Reazioni

Il benzene reagisce (1) con il cloro, per formare (a) prodotti di sostituzione (metà del cloro forma cloruro di idrogeno) come clorobenzene, C6H5Cl; diclorobenzene, C6H4Cl2(1,4) e (1,2); triclorobenzene, C6H3Cl3(1,2,4); tetraclorobenzene (1,2,3,5); e (b) prodotti di addizione, come il dicloruro di benzene C6H6Cl2; tetracloruro di benzene, C6H6Cl4; ed esacloruro di benzene, C6H6Cl6. La formazione di prodotti di sostituzione del nucleo del benzene, sia nel benzene che nei suoi omologhi, è favorita dalla presenza di un catalizzatore, ad es, iodio, fosforo, ferro; (2) con HNO3 concentrato, per formare nitrobenzene, C6H5NO2; 1,3- dinitrobenzene, C6H4(NO2)2 (1,3), 1,3,5-trinitrobenzene, C6H3(NO2)3 (1,3,5); (3) con H2SO4 concentrato, per formare acido solfonico del benzene, C6H5SO3H, acido disolfonico del benzene, C6H4(SO3H)2(1,3), acido trisolfonico del benzene, C6H3(SO3H)3 (1,3-5); (4) con cloruro di metile più cloruro di alluminio anidro (reazione di Friedel-Crafts) per formare toluene, monometil benzene, C6H5CH3; dimetil benzene C6H4(CH3)2; trimetil benzene, C6H3(CH3)3; (5) con cloruro di acetile più cloruro di alluminio anidro (reazione di Friedel-Crafts) per formare acetofenone (metilfenilchetone), C6H5COCH3.

Descrizione generale

Un liquido incolore chiaro con un odore simile al petrolio. Punto di infiammabilità inferiore a 0°F. Meno denso dell’acqua e leggermente solubile in acqua. Quindi galleggia sull’acqua. I vapori sono più pesanti dell’aria.

Aria &Reazioni con l’acqua

Altamente infiammabile. Leggermente solubile in acqua.

Profilo di reattività

Il benzene reagisce vigorosamente con cloruro di allile o altri alogenuri alchilici anche a meno 70°C in presenza di dicloruro di alluminio etilico o sesquicloruro di alluminio etilico. Sono state segnalate esplosioni. Si incendia a contatto con l’anidride cromica in polvere. Incompatibile con agenti ossidanti come l’acido nitrico. Le miscele con trifluoruro di bromo, pentafluoruro di bromo, pentafluoruro di iodio, eptafluoruro di iodio e altri interalogeni possono infiammarsi al riscaldamento. Il benzene e gli alogenuri cianogeni producono HCl come sottoprodotto (Hagedorn, F. H. Gelbke, e Repubblica Federale di Germania. 2002. Nitrili. In Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA). La reazione di benzene e tricloroacetonitrile sviluppa gas tossici cloroformio e HCl. (Hagedorn, F., H.-P. Gelbke, e Repubblica Federale di Germania. 2002. Nitrili. In Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.).

Pericolo

La tossicità acuta del benzene è bassa. L’inalazione di benzene può causare vertigini, euforia, vertigini, mal di testa, nausea, sonnolenza e debolezza. Il benzene può causare moderata irritazione alla pelle e grave irritazione agli occhi e alle membrane mucose. Il benzene penetra facilmente nella pelle per causare gli stessi effetti tossici dell’inalazione o dell’ingestione. La tossicità cronica del benzene è significativa. L’esposizione al benzene colpisce il sangue e gli organi che formano il sangue, come il midollo osseo, causando danni irreversibili; ne possono derivare disturbi del sangue tra cui anemia e leucemia. I sintomi dell’esposizione cronica al benzene possono includere affaticamento, nervosismo, irritabilità, visione offuscata e respiro affannoso. Il benzene è regolato dall’OSHA come cancerogeno (Standard 1910.1028) ed è elencato nel gruppo IARC 1 (“cancerogeno per l’uomo”). Questa sostanza è classificata come “cancerogeno selezionato” secondo i criteri dello standard OSHA Laboratory.

Pericolo per la salute

Il benzene è un tossico acuto e cronico. Gli effetti tossici acuti da inalazione, ingestione e contatto con la pelle sono bassi o moderati. I sintomi negli esseri umani sono allucinazione, percezione distorta, euforia, sonnolenza, nausea, vomito e mal di testa. Gli effetti narcotizzanti negli esseri umani possono verificarsi dall’inalazione di benzene nell’aria ad una concentrazione di 200 ppm. Alte concentrazioni possono causare convulsioni. Un’esposizione da 5 a 10 minuti al 2% di benzene in aria può essere fatale. La morte può derivare dall’insufficienza respiratoria.

Il benzene è un irritante per gli occhi, il naso e le vie respiratorie. L’avvelenamento cronico da benzene è molto più grave della sua tossicità acuta. Gli organi bersaglio dell’avvelenamento acuto e cronico sono il sangue, il midollo osseo, il sistema nervoso centrale, il sistema respiratorio, gli occhi e la pelle. Pesanti occupationalexposures al benzene possono causare marrowdepression ossea e anemia, e in rari casi, leucemia. La leucemia può svilupparsi diversi anni dopo la cessazione dell’esposizione. Sono stati documentati decessi per leucemia, attribuiti all’esposizione professionale al benzene sul posto di lavoro, che può essere dell’ordine di 200 ppm di concentrazione (ACGIH 1986). Il benzene è elencato come sospetto cancerogeno umano. Oltre a leucemia, linfoma maligno e mieloma, è stato riportato il cancro ai polmoni in soggetti esposti al benzene (Aksoy 1989).
L’assorbimento di benzene liquido attraverso la pelle può essere dannoso. La principale via di eliminazione per il benzene assorbito per inalazione o contatto con la pelle è il metabolismo. i radicali idrossilici giocano un ruolo importante nel processo di metabolismo. Khan e colleghi (1990) hanno riportato la formazione di formaldeide e la degradazione del desossiribosio, suggerendo la generazione di radicali idrossilici durante la tossicità del benzene per la frazione S-9 del midollo osseo. I radicali idrossilici reagiscono con il benzene per formare fenoli e diidrossifenoli, che vengono escreti rapidamente in urina. Circa un terzo del benzene trattenuto viene escreto come fenoli nelle urine. I restanti due terzi possono essere ulteriormente degradati e attaccati al tessuto o ossidati ed espirati come CO2.
Kalf e soci (1989) hanno studiato l’azione della prostaglandina H sintasi nella tossicità del benzene e la prevenzione della mielo- e genotossicità indotta dal benzene mediante farmaci antinfiammatori non steroidei (FANS). L’indometacina, un inibitore della prostaglandina Hsynthase ha impedito la depressione midollare dose-dipendente e l’aumento del livello di prostaglandina E nel midollo nei topi dosati per via endovenosa con benzene. Indometacina, aspirina o meclofenamato hanno impedito la diminuzione della cellularità e l’aumento degli eritrociti policromatici micronucleati nel sangue periferico, causati dall’iniezione endovenosa di benzene (100-1000 mg/kg) nei topi.

Infiammabilità ed esplosività

Il benzene è un liquido altamente infiammabile (NFPA rating = 3), e i suoi vapori possono viaggiare a distanza considerevole verso una fonte di accensione e “flash back”. Le miscele vapore-aria sono esplosive al di sopra del punto di infiammabilità. Gli estintori ad anidride carbonica e chimica secca dovrebbero essere usati per combattere gli incendi di benzene.

Reattività chimica

Reattività con l’acqua Nessuna reazione; Reattività con materiali comuni: Nessuna reazione; Stabilità durante il trasporto: Stabile; Agenti neutralizzanti per acidi e caustici: Non pertinente; Polimerizzazione: Non pertinente; Inibitore della polimerizzazione: Non pertinente.

Usi industriali

Il benzene (C6H6, CAS No. 71-43-2) è un composto idrocarburico aromatico utilizzato ampiamente nell’industria chimica come intermedio nella produzione di polimeri e altri prodotti. È anche un comune contaminante atmosferico ed è presente nelle emissioni di scarico dei veicoli a motore e nel fumo di sigaretta.
Nel 1990, è stato scoperto dall’industria delle bibite USA che il benzene poteva essere prodotto a bassi livelli in certe bibite contenenti un conservante benzoato e acido ascorbico. Poiché il benzene è un noto cancerogeno umano, la sua presenza nel cibo e nelle bevande è chiaramente indesiderabile.

Profilo di sicurezza

Carcinogeno umano confermato che produce leucemia mieloide, malattia di Hodgkin e linfomi per inalazione. Dati sperimentali cancerogeni, neoplastigenici e tumorali. Un veleno umano per inalazione. Un veleno sperimentale per contatto con la pelle, intraperitoneale, intravenosa e possibilmente per altre vie. Moderatamente tossico per ingestione e via sottocutanea. Grave irritante per gli occhi e moderato per la pelle. Effetti sistemici umani per inalazione e ingestione: alterazioni del sangue, aumento della temperatura corporea. Effetti sperimentali teratogeni e riproduttivi. Dati di mutazione umana riportati. Un narcotico. Nell’industria, l’inalazione è la via principale di avvelenamento cronico da benzene. L’avvelenamento per contatto con la pelle è stato riportato. Una ricerca recente (1 987) indica che gli effetti sono visti a meno di 1 ppm. Le esposizioni dovevano essere ridotte a 0,1 ppm prima che non si osservassero effetti tossici. L’eliminazione avviene principalmente attraverso i polmoni.

Esposizione potenziale

Il benzene è usato come componente nei carburanti per motori; come solvente per grassi; inchiostri, oli, vernici, plastica e gomma, nell’estrazione di oli da semi e noci; nella stampa fotocalcografica. È anche usato come intermedio chimico. Per alchilazione, clorazione, nitrazione, andsulfonation, prodotti chimici, come stirene, fenoli, andmalefic anidride sono prodotti. Il benzene è anche usato nella fabbricazione di detergenti, esplosivi, prodotti farmaceutici, nella fabbricazione di cicloesano ed etilbenzene e nei coloranti. Una maggiore preoccupazione per il benzene come un inquinante ambientale significativo deriva dall’esposizione pubblica alla presenza di benzene nella benzina e l’aumento del contenuto nella benzina a causa dei requisiti per i carburanti senza piombo per le automobili dotate di convertitori di scarico catalitico.

Carcinogenicità

Il benzene è noto per essere un cancerogeno umano basato su sufficienti prove di cancerogenicità da studi sugli esseri umani.

Destino ambientale

Il benzene è rilasciato nell’aria principalmente dalla vaporizzazione e dalle emissioni di combustione associate al suo uso nella benzina. Altre fonti sono i vapori della sua produzione e l’uso nella produzione di altri prodotti chimici. Inoltre, il benzene può essere presente negli effluenti industriali scaricati in acqua e nei rilasci accidentali dalle industrie di produzione, raffinazione e distribuzione di gas e petrolio. Il benzene rilasciato nel suolo evapora molto rapidamente o si disperde nell’acqua freatica. Può essere biodegradato dai microbi del suolo e dell’acqua freatica. Il benzene rilasciato nell’acqua superficiale dovrebbe per lo più evaporare entro poche ore o pochi giorni, a seconda della quantità, della temperatura, della turbolenza dell’acqua, ecc. Anche se il benzene non si degrada per idrolisi, può essere biodegradato dai microbi.Spedizione UN1114 Benzene, Classe di pericolo: 3; Etichette: 3-Liquido infiammabile

Metodi di purificazione

Per la maggior parte degli scopi, *il benzene può essere sufficientemente purificato agitando con H2SO4 conc fino a liberarsi dal tiofene, poi con H2O, NaOH diluito e acqua, seguito da essiccazione (con P2O5, sodio, LiAlH4, CaH2, setaccio molecolare Linde 4X, o CaSO4, o con passaggio attraverso una colonna di gel di silice, e per un’essiccazione preliminare, CaCl2 è adatto), e distillazione. Un’ulteriore fase di purificazione per rimuovere il tiofene, l’acido acetico e l’acido propionico, è la cristallizzazione mediante congelamento parziale. I contaminanti abituali nel *benzene secco senza tiofene sono idrocarburi non benzenici come cicloesano, metilcicloesano ed eptani, insieme a idrocarburi naftenici e tracce di toluene. Le impurità contenenti carbonile possono essere rimosse per percolazione attraverso una colonna di Celite impregnata di 2,4-dinitrofenilidrazina, acido fosforico e H2O. (Preparato sciogliendo 0.5g DNPH in 6mL di 85% H3PO4 macinando insieme, poi aggiungendo e mescolando 4mL di H2O distillata e 10g Celite). Il *benzene è stato liberato dal tiofene mediante riflusso con il 10% (w/v) di nichel Raney per 15 minuti, dopo di che il nichel viene rimosso per filtrazione o centrifugazione. Il *benzene secco si ottiene per doppia distillazione di *benzene ad alta purezza da una soluzione contenente il ketyl blu formato dalla reazione della lega sodio-potassio con una piccola quantità di benzofenone. Il tiofene è stato rimosso dal *benzene (assenza di colorazione verde-bluastra quando 3mL di *benzene vengono agitati con una soluzione di 10mg di isatina in 10mL di H2SO4 conc) facendo rifluire il *benzene (1.25L) per diverse ore con 40g HgO (appena precipitato) sciolto in 40mL di acido acetico glaciale e 300mL di acqua. Il precipitato viene filtrato, la fase acquosa viene rimossa e il *benzene viene lavato due volte con H2O, asciugato e distillato. In alternativa, il *benzene essiccato con CaCl2 è stato agitato vigorosamente per 0,5 ore con AlCl3 anidro (12g/L) a 25-35o, poi decantato, lavato con NaOH al 10% e acqua, essiccato e distillato. Il processo viene ripetuto, dando *benzene senza tiofene. Dopo aver agitato successivamente per circa un’ora con H2SO4 conc, acqua distillata (due volte), NaOH 6M e acqua distillata (due volte), il *benzene viene distillato attraverso una colonna di vetro di 3 piedi per rimuovere la maggior parte dell’acqua. Si aggiunge EtOH assoluto e si distilla l’azeotropo *benzene-alcool. (Questa distillazione a bassa ebollizione lascia dietro di sé tutte le impurità che non formano l’azeotropo). La frazione centrale viene agitata con acqua distillata per rimuovere l’EtOH, e nuovamente ridistillata. La distillazione frazionata finale lenta e molto attenta da sodio, poi LiAlH4 sotto N2, ha rimosso tracce di acqua e perossidi. *Il liquido e il vapore del benzene sono molto tossici e altamente infiammabili, e tutte le operazioni devono essere effettuate in una cappa efficiente e in assenza di fiamme libere nelle vicinanze. Purificazione rapida: Per essiccare il benzene, si possono usare allumina, CaH2 o setacci molecolari 4A (3% w/v) (a secco per 6 ore). Poi il benzene viene distillato, scartando il primo 5% di distillato, e conservato su setacci molecolari (3A, 4A) o su filo di Na.

Incompatibilità

Incompatibile con gli ossidanti (clorati, nitrati, perossidi, permanganati, perclorati, cloro, bromo, fluoro, ecc.); il contatto può causare incendi o esplosioni.Tenere lontano da materiali alcalini, basi forti, acidi forti, ossiacidi, epossidi, molti fluoruri e perclorati, acido nitrico.

Smaltimento dei rifiuti

Sciogliere o mescolare il materiale con un solvente combustibile e bruciare in un inceneritore chimico dotato di postbruciatore e scrubber. Devono essere rispettate tutte le normative ambientali federali, statali e locali. Si raccomanda la diluizione con alcool o acetone per minimizzare il fumo. La degradazione batterica è anche possibile.

Regolamenti

L’attuale legislazione USA e UE non stabilisce limiti massimi per il benzene nelle bevande analcoliche. Tuttavia, la FDA ha adottato il livello massimo di contaminazione (MCL) dell’Environmental Protection Agency (EPA) per l’acqua potabile di 5 ppb come standard di qualità per l’acqua in bottiglia. Questo MCL è stato usato per valutare l’importanza della contaminazione da benzene nelle bibite testate nelle indagini. La FSA ha usato il livello guida dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) per il benzene nell’acqua di 10 mg kg-1 come punto di riferimento per i risultati delle sue indagini.