o-Xylen

o-Xylen Kemiske egenskaber, anvendelse, produktion

Xylen

Xylen henviser til det aromatiske kulbrinte med de to hydrogenatomer på benzenringen, der er substitueret med to methylgrupper. Det har tre isomerer: o-xylen (1,2-dimethylbenzen), m-xylen og p-xylen. De industrielle produkter er blandinger af de tre isomerer med 10 % o-10 %, 70 % m- og 20 % p-. I koksindustrien er det et af de råbenzenraffinerede produkter.
Xylen er en slags farveløs, brændbar væske; smeltepunktet for o-, m- og p-xylen er -25,2 ℃, -47,9 ℃ og 13,3 ℃; kogepunkterne er henholdsvis 144.4 ℃, 139,1 ℃ og 138,3 ℃, mens den relative densitet er henholdsvis 0,8802, 0,8642 og 0,8611; det er ikke opløseligt i vand, men er blandbart med mange former for organiske opløsningsmidler, der ikke er blandbare. Ved katalytisk oxidation danner de henholdsvis phthalsyreanhydrid, isophthalsyre og terephthalsyre.
Xylen er en slags vigtige råmaterialer til organiske kemikalier, der naturligt findes i stenkulstjære og nogle former for petroleum. Det kan opnås ved fraktionering af den lette oliedel af stenkulstjære eller ved katalytisk reforming af let benzin. Industrien udvinder hovedsageligt ved hjælp af C8-fraktionen i naphtha-reformaterne. Det kan alternativt fremstilles ved disproportioneringsreaktion af toluen i nærværelse af katalysator og ved høj temperatur og højt tryk. På nuværende tidspunkt anvender industrien hovedsagelig metoden med kryogen krystallisering, adsorption og dannelse af komplekser eller molekylærsiver til at adskille dem. O-xylen har et relativt højt kogepunkt og kan adskilles ved destillation. p-xylen har også et højt smeltepunkt og kan renses ved hjælp af fraktioneret krystallisationsrensning. Blandet xylen kan uden adskillelse anvendes direkte som opløsningsmiddel og kan som supplement til benzinen forbedre de antieksplosive egenskaber. De er komponenter i flybenzin. O-xylen anvendes hovedsagelig til fremstilling af phthalsyreanhydrid, som er et vigtigt råmateriale til fremstilling af en række farvestoffer og indikatorer (f.eks. phenolphthalein). Desuden kan o-xylen også anvendes til fremstilling af polyesterharpiks, insektmiddel, blødgøringsmidler og farvestoffer. M-xylen kan gennem nitrering og reduktion danne 4,6-dimethyl-1,3-fenylendiamin, som er mellemproduktet til syntetiske farvestoffer. M-xylen kan også anvendes som råmateriale til syntetiske duftstoffer (f.eks. xylenmoskus). P-xylen anvendes hovedsageligt til fremstilling af terephthalsyre, som er et vigtigt råmateriale til syntetiske polyesterfibre (polyester).

Figur 1 den kemiske struktur af de tre isomerer af xylen, ortho-xylen, m-xylen, p-xylen kemiske struktur.
Overstående oplysninger er redigeret af Chemicalbook.

Præcisionsdestillation til adskillelse af O-xylen og p-xylen

Xylen er præsenteret i forkoket råbenzen og petroleumskrakket olie. Råbenzen, efter indledende destillation, svovlsyrevaskning og destillation til adskillelse af benzen og toluen, efterfulgt af destillation, kan vi opnå xylen, også kendt som koks-xylen. Kvaliteten af det koksede xylen afhænger af destillationskolonnens separationskapacitet, temperaturen i toppen af kolonnen og refluxforholdet. Kina har klassificeret koksxylenprodukterne i tre niveauer. Koksxylen indeholder generelt 16 % o-xylen, 50 % m-xylen, 21 % p-xylen og 7 % ethylbenzen. Den xylen, der produceres i olieindustrien, har et lavt indhold af m-xylen og et højt indhold af ethylbenzen. Industrielt xylen er ikke kun opløsningsmiddel og tilsætningsstof i gummi- og overfladebehandlingsindustrien, men også tilsætningsstof i flybrændstof og motorbrændstof. O-xylen, m-xylen og p-xylen, der er udskilt fra industrielt xylen, er råmaterialer til henholdsvis phthalsyre, isophthalsyre og terephthalsyre. Phthalsyre og terephthalsyre anvendes til fremstilling af blødgøringsmidler, polyesterharpikser og polyesterfibre. M-xylen kan anvendes alene som opløsningsmiddel og brændstoftilsætningsstoffer. Den o-xylen, der er indeholdt i den industrielle xylen, har en forskel på over 5,2 ℃ i forhold til de andre isomerer. Med præcisionsdestillation kan vi opnå o-xylen med en renhed på over 95 %, hvorefter vi anvender sulfonering og destillation til rensning, så vi kan få yderligere renere o-xylen.
Xylen hører til Lewisbasen, som kan danne et polært kompleks med HF-BF3 (Lewis-syre). M-xylens alkalinitet er ca. 100 gange så stærk som for andre C8-aromatiske stoffer. Når isomerblandingen af xylen kommer i kontakt med opløsningsmidlet HF-BF3, kan m-xylen danne et kompleks med fluorid og ekstraheres fortrinsvis i fluoridfasen. Den fluoridfase, der indeholder m-xylen, opvarmes ved et lavere tryk for at nedbryde komplekset og derved udskille m-xylen fra blandingen. HF-BF3-løsningsmidlet kan genvindes ved destillation med henblik på genanvendelse. Hvis råmaterialet er en blanding af ortho-xylen, m-xylen og p-xylen, kan vi, efter at m-xylen er ekstraheret, anvende præcisionsdestillation til at adskille o-xylen og p-xylen.

Figur 2: Præcisionsdestillationsmetoden til adskillelse af o-xylen og p-xylen.

Kemiske egenskaber

Det fremstår som farveløs transparent væske med aromatisk lugt. Den er blandbar med ethanol, ethylether, acetone og benzen, men er uopløselig i vand.

Anvendelser

(1) Det anvendes hovedsageligt til fremstilling af phthalsyreanhydrid
(2) O-xylen er råmateriale til fremstilling af bakteriedræbende fenramin, tetrachlorphenylpeptid og herbicidet bensulfuron-methyl. Det anvendes som mellemprodukt til fremstilling af o-methylbenzoesyre.
(3) Det anvendes hovedsagelig som kemiske råvarer og opløsningsmidler. Det kan anvendes til fremstilling af phthalsyreanhydrid, farvestoffer, pesticider og lægemidler, f.eks. vitaminer. Det kan også anvendes som tilsætningsstoffer til flybenzin.
(4) Anvendes som kromatografiske standarder og opløsningsmidler
(5) Som råvarer til syntese af anhydrid og anden organisk syntese;

Produktionsmetode

Industrien anvender superdestillationsmetoden til at udskille o-xylen fra den blandede xylen. O-xylen har en forskel på over 5 ℃ i kogepunktet sammenlignet med de andre komponenter i den blandede xylen. Til destillationen er det nødvendige antal bakker ca. 150, refluxforholdet er 5-8, og der bruges relativt meget energi.
O-xylen blev oprindeligt hovedsagelig fremstillet af stenkulstjære. I øjeblikket er det meste af den indenlandske og udenlandske produktion af o-xylen hovedsagelig via udvinding fra olie katalytisk reforming og termisk krakning af aromatisk kulbrinte. På grund af at strukturerne af o-xylen, p-xylen og m-xylen i xylen er meget ens; deres fysiske parametre er også ret ens. Industriel o-xylen-separation anvender hovedsagelig superdestillationsmetoden; først adskilles o-xylen og ethylbenzen fra den blandede xylen, hvilket kræver brug af et destillationstårn med 100-150 bakker; derefter adskilles o-xylen og ethylbenzen for at opnå ren o-xylen.

Kategori

Brandfarlige væsker

Toksicitetsklassificering

Forgiftning

Akut toksicitet

Oralt – rotte LDL0: 5000 mg/kg; abdominal injektion – mus LD50: 1364 mg/kg

EXPLOSIVT OG FARLIGE KARAKTERISTIK

er eksplosivt ved blanding med luft

Brandbarhed og farlige egenskaber

er brandfarligt ved flammer, varme, oxidationsmiddel Brandfarligt ved forbrænding, der frigiver irriterende røg

Lager- og transportkarakteristik

lager: ventileret, lav temperatur og tørt; forsigtigt lastning og losning; opbevares adskilt fra oxidationsmidler og syrer.

Brandslukningsmiddel

tågevand, skum, sand, kuldioxid, 1211 slukningsmiddel

Arbejdsmiljøstandard

TLV-TWA 100 PPM (440 mg/m 3); STEL 150; PPM (655 mg/m 3)

Kemiske egenskaber

farveløs væske

Fysiske egenskaber

Klar, farveløs væske med en aromatisk lugt. En lugttærskelkoncentration på 380 ppbv blev rapporteret af Nagata og Takeuchi (1990).

Anvendelser

Fremstilling af phthalsyre, phthalsyreanhydrid, terephthalsyre, isophthalsyre; opløsningsmiddel til alkydharpikser, lakker, emalje, gummicementer; fremstilling af farvestoffer, lægemidler og insektmidler; motorbrændstoffer.

Definition

ChEBI: En xylen, der er substitueret med methylgrupper i position 1 og 3.

Syntesereference(r)

Journal of the American Chemical Society, 97, s. 7262, 1975 DOI: 10.1021/ja00858a011
The Journal of Organic Chemistry, 44, s. 2185, 1979 DOI: 10.1021/jo01327a032

Generel beskrivelse

En farveløs vandig væske med en sødlig lugt. Mindre tæt end vand. Uopløseligt i vand. Irriterende damp.

Luft &Vand Reaktioner

Meget letantændelig. Uopløseligt i vand.

Reaktivitetsprofil

1,2-Dimethylbenzen kan reagere med oxiderende materialer. .

Sundhedsfare

Dampene forårsager hovedpine og svimmelhed. Væske irriterer øjne og hud. Hvis den optages i lungerne, forårsager alvorlig hoste, angst og hurtigt udviklende lungeødem. Hvis det indtages, forårsager kvalme, opkastning, kramper, hovedpine og koma. Kan være dødelig. Der kan opstå nyre- og leverskader.

Brandfare

Adfærd ved brand: Damp er tungere end luft og kan bevæge sig over en betydelig afstand til en antændelseskilde og give et flashback.

Kemisk reaktivitet

Reaktivitet med vand Ingen reaktion; Reaktivitet med almindelige materialer: Ingen reaktion; Stabilitet under transport: Stabil; Neutraliseringsmidler for syrer og ætsende stoffer: Ikke relevant; Polymerisation: Ikke relevant; Inhibitor af polymerisation: Ikke relevant: Ikke relevant: Polymerisationsinhibitor: Ikke relevant.

Sikkerhedsprofil

Moderat giftig bj7intraperitoneal vej. Mldly toksisk ved indtagelse og indånding. Et eksperimentelt alteratogen. Et almindeligt luftforurenende stof. Meget farlig brandfare, når det udsættes for varme eller flammer. Eksplosiv i form af damp, når det udsættes for varme eller ild. Ved brandbekæmpelse skal der anvendes skum, CO2, tørre kemikalier.Uforenelig med oxiderende materialer.Ved opvarmning til nedbrydning afgiver den grimme røg og irriterende dampe. Udledes fra moderne byggematerialer (CENEAR69,22,91). Se også andre xylen-oplysninger. 87 mg/L),dieselolie (1,75 mg/L), militært jetbrændstof JP-4 (1,99 mg/L) (Potter, 1996), ny motorolie (16,2 til 17,5 μg/L) og brugt motorolie (294 til 308 μg/L) (Chen et al.., 1994). Den gennemsnitlige volumenprocent og den anslåede molbrøk i American Petroleum Institute PS-6 benzin er henholdsvis 2,088 og 0,01959 (Poulsen et al., 1992). Schauer et al. (1999) rapporterede om o-xylen i udstødningen fra en dieselmotoriseret lastbil med middelstor kapacitet med en emissionshastighed på 830 μg/km. Dieselbrændstof fra en servicestation i Schlieren, Schweiz, indeholdt o-xylen i en koncentration på 223 mg/L (Schluep etal., 2001).

California Phase II reformuleret benzin indeholdt o-xylen i en koncentration på 19,7 g/kg.
Gasfaseudstødningsemissioner fra benzindrevne biler med og uden katalysator var henholdsvis 5,41 og 562 mg/km (Schauer et al., 2001).
Der var en emission fra benzindrevne biler med og uden katalysator på henholdsvis 5,41 og 562 mg/km (Schauer et al., 2001),
Thomas og Delfino (1991) ækvilibrerede forureningsfrit grundvand opsamlet fra Gainesville, FL, med individuelle fraktioner af tre individuelle olieprodukter ved 24-25 °C i 24 timer. Den vandige fase blev analyseret for organiske forbindelser ved hjælp af den af U.S. EPA godkendte testmetode602. De gennemsnitlige m+p-xylenkoncentrationer i vandopløselige fraktioner af blyfri benzin, petroleum og dieselolie var henholdsvis 8,611, 0,658 og 0,228 mg/L. Da forfatterne analyserede den vandige fase ved hjælp af den af U.S. EPA godkendte testmetode 610, var de gennemsnitlige m+p-xylenkoncentrationer i vandopløselige fraktioner af blyfri benzin, petroleum og dieselolie lavere, nemlig henholdsvis 6,068, 0,360 og 0,222 mg/L. Baseret på laboratorieanalyser af 7 stenkulstjæreprøver varierede o-xylenkoncentrationerne fra 2 til 2.000 ppm (EPRI, 1990). En højtemperaturtjære indeholdt o-xylen i en gennemsnitlig koncentration på 0,04 vægtprocent (McNeil, 1983).
Schauer et al. (2001) målte emissionsrater af organiske forbindelser for flygtige organiske forbindelser, halvflygtige organiske forbindelser i gasfasen og organiske forbindelser i partikelfasen fra forbrænding af fyrretræ, eg og eukalyptus i boliger (pejse). Emissionen af o-xylen i gasfasen var 18,1 mg/kg af brændt fyrretræ. Der blev ikke målt emissioner af o-xylen ved forbrænding af egetræ og eukalyptus.
Drikkevandsstandard (endelig): For alle xylener er MCLG og MCL begge 10 mg/L. Desuden blev der anbefalet en DWEL på 70 mg/L (U.S. EPA, 2000).

Miljøets skæbne

Biologisk. Rapporterede bionedbrydningsprodukter af det kommercielle produkt, der indeholder xylen, omfatter α-hydroxy-p-toluinsyre, p-methylbenzylalkohol, benzylalkohol, 4-methylcatechol, mandp-toluinsyre (Fishbein, 1985). o-Xylen blev også cometaboliseret, hvilket resulterede i dannelsen afo-toluinsyre (Pitter og Chudoba, 1990). I anoxisk grundvand nær Bemidji, MI, blev o-xylen anaerobt bionedbrydes til mellemproduktet o-toluinsyre (Cozzarelli et al., 1990). I benzinforurenet grundvand blev methylbenzylsuccinsyre identificeret som det første mellemprodukt under den anaerobe nedbrydning af xylener (Reusser og Field, 2002).

Photolytisk. Cox et al. (1980) rapporterede en hastighedskonstant på 1,33 x 10-11 cm3/molekyle?sek. for reaktionen af gasformigt o-xylen med OH-radikaler baseret på en værdi på 8 x 10-12 cm3/molekyle?sek. for reaktionen af ethylen med OH-radikaler.
Overfladevand. Fordampningshalveringstiden for o-xylen i overfladevand (1 m dybde) ved 25 °C skønnes at være 5,18 timer (Mackay og Leinonen, 1975).
Grundvand. Nielsen et al. (1996) undersøgte nedbrydningen af o-xylen i et lavvandet, glaciofluvialt, ubegrænset sandigt grundvandsmagasin i Jylland, Danmark. Som en del af in situ-mikrokosmosundersøgelsen blev en cylinder, der var åben i bunden og skærmet i toppen, installeret gennem et foringsboret hul ca. 5 m under terræn. Fem liter vand blev beluftet med atmosfærisk luft for at sikre, at aerobe forhold blev opretholdt. Grundvandet blev analyseret ugentligt i ca. 3 måneder for at bestemme o-xylenkoncentrationerne over tid. Den eksperimentelt bestemte første ordens bionedbrydningshastighedskonstant og den tilsvarende halveringstid efter en 7-dags forsinkelsesfase var henholdsvis 0,1/d og 6,93 d.
Photolytisk. Når syntetisk luft, der indeholder gasformig salpetersyre og o-xylen, blev udsat for kunstigt sollys (λ = 300-450 nm), dannede biacetyl, peroxyacetelnitrat og methylnitrat et produkt (Cox et al., 1980). En n-hexanopløsning indeholdende o-xylen og spredt som en tynd film (4 mm) på koldt vand (10 °C) blev bestrålet med en kviksølvsolfangerlampe. I løbet af 3 timer fotooxideredes 13,6 % af o-xylenet til o-methylbenzaldehyd, o-benzylalkohol, o-benzoesyre og omethylacetophenon (Moza og Feicht, 1989). Bestråling af o-xylen ved ≈ 2537 ? ved 35 °C og 6 mmHg isomeriseres til m-xylen (Calvert og Pitts, 1966). Glyoxal, methylglyoxal og biacetyl blev dannet ved fotooxidation af o-xylen med OH-radikaler i luft ved 25 °C (Tuazon et al., 1986a).
Kemisk/fysisk. Under atmosfæriske forhold resulterede gasfasereaktionen af o-xylen med OH-radikaler og nitrogenoxider i dannelsen af o-tolualdehyd, o-methylbenzylnitrat, nitro-o-xylener, 2,3- og 3,4-dimethylphenol (Atkinson, 1990). Kanno et al. (1982) undersøgte den vandige reaktion af o-xylen og andre aromatiske kulbrinter (benzen, toluen, m- og p-xylen og naftalen) med hypochlorsyre i nærværelse af ammoniumion. De rapporterede, at den aromatiske ring ikke blev kloreret som forventet, men blev spaltet af chloramin og dannede cyanogenchlorid. Mængden af cyanogenchlorid, der blev dannet, steg ved lavere pH-værdier (Kanno et al., 1982). I gasfasen reagerede o-xylen med nitratradikaler i renset luft og dannede følgende produkter: 5-nitro-2-methyltoluen og 6-nitro-2-methyltoluen, o-methylbenzaldehyd og et arylnitrat (Chiodini et al., 1993).

Rensningsmetoder

o-Xylen (4,4 kg) sulfoneres ved omrøring i 4 timer med 2,5 l H2SO4-konc. ved 95o. Efter afkøling og adskillelse af det usulfonerede materiale fortyndes produktet med 3 l vand og neutraliseres med 40% NaOH. Ved afkøling udskilles natrium-o-xylensulfonat, som omkrystalliseres fra halvdelen af sin vægt i vand. Saltet opløses i den mindste mængde koldt vand, blandes derefter med den samme mængde koldt vand og med samme mængde H2SO4 og opvarmes til 110o. o-Xylen regenereres og dampdestilleres. Destillatet mættes med NaCl, det organiske lag adskilles, tørres og destilleres igen.