o-Xilén

o-Xilén Kémiai tulajdonságok,felhasználás,előállítás

Xilén

A xilén olyan aromás szénhidrogénre utal, amelynek két hidrogénatomját a benzolgyűrűn két metilcsoport helyettesíti. Három izomerje van o-xilol (1, 2-dimetil-benzol), m-xilol és p-xilol. Az ipari termékek a három izomer keverékei, 10% o-10%, 70% m- és 20% p-. A kokszolóiparban ez az egyik nyers benzol finomított termék.
A xilol egyfajta színtelen, gyúlékony folyadék; az o-, m- és p-xilol olvadáspontja 25,2 ℃, -47,9 ℃ és 13,3 ℃; a forráspontok 144 ℃.4 ℃, 139,1 ℃ és 138,3 ℃, míg a relatív sűrűség 0,8802, 0,8642 és 0,8611, illetve; Nem oldódik vízben, de keverhető sokféle szerves oldószerrel keverhetetlen. Katalitikus oxidáció során ftalin-anhidrid, izoftálsav és tereftálsav keletkezik belőlük.
A xilol a szerves vegyi anyagok egyik fontos nyersanyaga, amely a természetben a kőszénkátrányban és néhány kőolajfajtában fordul elő. A kőszénkátrány könnyűolaj részének frakcionálásával vagy a könnyű benzin katalitikus reformálásával nyerhető. Az ipar főként a benzinreformátumok C8 frakciójának felhasználásával végzi a kinyerést. Alternatívaként előállítható toluol disproportionálási reakciójával katalizátor jelenlétében és magas hőmérsékleten, nagy nyomáson. Jelenleg az ipar főként a kriogén kristályosítás, az adszorpció és a komplexek vagy molekulaszűrők képzése módszerét alkalmazza a szétválasztásukra. Az O-xilolnak viszonylag magas a forráspontja, így desztillációval elválasztható. A p-xilolnak szintén magas az olvadáspontja, és frakcionált kristályosítási tisztítással tisztítható. A kevert xilol szétválasztás nélkül közvetlenül használható oldószerként, a benzinhez adva képes javítani a robbanásgátló tulajdonságokat. Ezek a repülőgépbenzin összetevői. Az O-xilolt elsősorban a ftalin-anhidrid előállítására használják, amely fontos alapanyag a különböző színezékek és indikátorok (például fenolftalein) gyártásához. Ezenkívül az o-xilol felhasználható poliésztergyanta, rovarriasztó, lágyítószerek és színezékek előállítására is. Az M-xilolból nitrálással és redukcióval 4,6-dimetil-1,3-feniléndiamin hozható létre, amely a szintetikus színezékek köztes terméke. Az M-xilol szintetikus illatanyagok (pl. xilol pézsma) alapanyagaként is felhasználható. A p-xilént elsősorban a tereftálsav előállítására használják, amely a szintetikus poliészterszálak (poliészter) fontos alapanyaga.

Az 1. ábra a xilol három izomerjének kémiai szerkezete, az orto-xilol, az m-xilol, a p-xilol kémiai szerkezete.
A fenti információkat a Chemicalbook szerkesztette.

Precíziós desztilláció az O-xilol és a p-xilol szétválasztására

A xilol a kokszolt nyersbenzolban és a petróleum krakkolt olajban van bemutatva. A nyers benzolból kezdeti desztilláció, kénsavas mosás és desztilláció után a benzol és a toluol elválasztására, majd desztilláció után xilol, más néven kokszolt xilol nyerhető. A kokszolt xilol minősége a desztillációs oszlop elválasztási kapacitásától, az oszlop tetején lévő hőmérséklettől és a visszaáramlási aránytól függ. Kína a kokszolt xilol termékeket három szintbe sorolta. A kokszolt xilol általában 16% o-xilént, 50% m-xilént, 21% p-xilént és 7% etilbenzolt tartalmaz. A kőolajiparban előállított xilolnak alacsony az m-xiloltartalma és magas az etilbenzoltartalma. Az ipari xilol nem csak a gumi és a bevonatipar oldószere és adalékanyaga, hanem a repülőgép és az üzemanyag adalékanyaga is. Az ipari xilolból leválasztott O-xilol, m-xilol és p-xilol a ftalinsav, izoftálsav és tereftálsav nyersanyagai. A ftálsavat és a tereftálsavat lágyítószerek, poliésztergyanták és poliészterszálak előállítására használják. Az M-xilol önmagában is használható oldószerként és üzemanyag-adalékanyagként. Az ipari xilolban található o-xilol több mint 5,2 ℃ különbséggel rendelkezik a többi izomerhez képest. Precíziós desztillációval 95% feletti tisztaságú o-xilént nyerhetünk, majd szulfonálással és desztillációval tisztíthatjuk, így még tisztább o-xilént kaphatunk.
A xilol a Lewis-bázisok közé tartozik, amely a HF-BF3-mal (Lewis-sav) poláros komplexet képezhet. Az M-xilén lúgossága körülbelül 100-szor erősebb, mint a többi C8 aromásé. Amikor a xilol izomer keveréke HF-BF3 oldószerrel érintkezik, az m-xilol komplexet képezhet fluoriddal, és előnyösen kivonódik a fluorid fázisba. Az m-xilént tartalmazó fluoridfázist alacsonyabb nyomáson hevítik a komplex bomlásához, ezáltal elválasztva az m-xilént az elegyből. A HF-BF3 oldószer desztillációval visszanyerhető újrahasznosítás céljából. Ha a nyersanyag orto-xilén, m-xilén és p-xilén keveréke, az m-xilén kivonása után precíziós desztillációval tovább tudjuk választani az o-xilént és a p-xilént.

2. ábra az o-xilol és a p-xilol elválasztására szolgáló precíziós desztillációs módszer.

Kémiai tulajdonságok

Színtelen, átlátszó folyadékként jelenik meg, aromás szaggal. Etanollal, etil-éterrel, acetonnal és benzollal keverhető, de vízben nem oldódik.

Hasznosítások

(1) Elsősorban a ftalin-anhidrid előállítására használják
(2) Az O-xilol a csíraölő fenramin, a tetraklórfenil peptid és a benzulfuron-metil gyomirtó szerek előállításának alapanyaga. Közbenső termékként használják az o-metil-benzoesav előállításához.

(3) Elsősorban kémiai nyersanyagként és oldószerként használják. Felhasználható ftalin-anhidrid, színezékek, peszticidek és gyógyszerek, például vitaminok előállítására. Repülési benzinadalékként is felhasználható.
(4) Kromatográfiás standardként és oldószerként használják
(5) Az anhidrid és más szerves szintézisek szintézisének nyersanyagaként;

Elkészítési módszer

Az ipar szuperdesztillációs módszert alkalmazott az o-xilol elkülönítésére a kevert xilolból. Az o-xilol forráspontja több mint 5 ℃ különbséggel rendelkezik a kevert xilol többi komponenséhez képest. A desztillációhoz a szükséges tálcaszám kb. 150; a visszaáramlási arány 5-8, és viszonylag sok energiát fogyaszt.
O-xilént eredetileg főként kőszénkátrányból állítottak elő. Jelenleg az o-xilén hazai és külföldi előállításának nagy része főként az olajból való kinyerés útján történik, aromás szénhidrogének katalitikus reformálásával és termikus krakkolásával. Annak köszönhetően, hogy a xilolban az o-xilol, a p-xilol és az m-xilol szerkezete nagyon hasonló, fizikai paramétereik is meglehetősen hasonlóak. Az ipari o-xilén szétválasztása főként szuperdesztillációs módszert alkalmaz; először az o-xilént és az etilbenzolt választják ki a kevert xilolból, ami 100~150 tálcás desztillációs torony használatát igényli; ezt követi az o-xilén és az etilbenzol szétválasztása, hogy tiszta o-xilént kapjanak.

Kategória

Gyúlékony folyadékok

Toxicitási osztályozás

mérgezés

Akut toxicitás

Orális- patkány LDL0: 5000 mg/kg; hasi injekció-egér LD50: 1364 mg/kg

ROBbanásveszélyes és veszélyes tulajdonságok

levegővel keveredve robbanásveszélyes

Gyúlékonyság és veszélyes tulajdonságok

lángra, hőre, oxidálószerre gyúlékony Gyúlékony égéskor irritáló füstöt kibocsátva

Tárolási és szállítási jellemzők

raktár: szellős, alacsony hőmérsékletű és száraz; óvatosan rakodja be és ki; oxidálószerektől és savaktól elkülönítve tárolja.

Tűzoltószer

ködvíz, hab, homok, szén-dioxid, 1211 oltóanyag

Munkahelyi szabvány

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

Kémiai tulajdonságok

színtelen folyadék

Fizikai tulajdonságok

Tiszta, színtelen folyadék aromás szaggal. Nagata és Takeuchi (1990) 380 ppbv szagküszöbkoncentrációt jelentett.

Hasznosítás

Ftálsav, ftálsav-anhidrid, tereftálsav, izoftálsav előállítása; alkidgyanták, lakkok, zománcok, gumicementek oldószere; színezékek, gyógyszerek és rovarirtók gyártása; motorüzemanyagok.

Meghatározás

ChEBI: Az 1. és 3. pozícióban metilcsoportokkal szubsztituált xilol.

Szintézis Hivatkozás(ok)

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

Általános leírás

Színtelen, édes szagú, vizes folyadék. Kevésbé sűrű, mint a víz. Vízben nem oldódik. Irritáló gőz.

Levegő & Víz Reakciók

Erősen tűzveszélyes. Vízben nem oldódik.

Reaktivitási profil

Az 1,2-dimetilbenzol reakcióba léphet oxidáló anyagokkal. .

Veszély az egészségre

A gőzök fejfájást és szédülést okoznak. A folyadék irritálja a szemet és a bőrt. A tüdőbe jutva súlyos köhögést, szorongást és gyorsan kialakuló tüdőödémát okoz. Lenyelés esetén hányingert, hányást, görcsöket, fejfájást és kómát okoz. Halálos lehet. Vese- és májkárosodás léphet fel.

Tűzveszély

Viselkedés tűzben: A gőz nehezebb a levegőnél, és jelentős távolságot tehet meg a gyújtóforrásig és visszalángolhat.

Kémiai reakcióképesség

Reaktivitás vízzel Nincs reakció; Reaktivitás közönséges anyagokkal: Nincs reakció; Stabilitás szállítás közben: Stabil; Savak és marószerek semlegesítői: Nem releváns; Polimerizáció: Nem releváns; Polimerizációgátló: Nem releváns.

Biztonsági profil

Mérsékelten mérgező bj7intraperitoneális úton. Gyengén mérgező lenyeléssel és belégzéssel. Kísérleti teratogén. Gyakori légszennyező anyag. Hővel vagy lánggal érintkezve tűzveszélyes. Hő vagy láng hatására gőz formájában robbanásveszélyes. Tűzoltáshoz használjon habot, CO2-t, száraz vegyszert.Nem kompatibilis oxidáló anyagokkal.Ha bomlásig hevítik, erős füstöt és irritáló gőzöket bocsát ki. Modern építőanyagokból szabadul fel (CENEAR69,22,91). Lásd még a többi xilol bejegyzést.

Forrás

Kimutatott 87 oktánszámú benzin (3,83 mg/L), 94 oktánszámú benzin (11,4 mg/L), Gasohol (8,49 mg/L), 2. számú fűtőolaj (1,73 mg/L), A sugárhajtómű üzemanyag (0,73 mg/L) desztillált vízben oldódó frakcióiban.87 mg/L), dízelüzemanyag (1,75 mg/L), katonai sugárhajtómű üzemanyag JP-4 (1,99 mg/L) (Potter, 1996), új motorolaj (16,2-17,5 μg/L) és használt motorolaj (294-308 μg/L) (Chen et al., 1994). Az American Petroleum Institute PS-6 benzinben az átlagos térfogatszázalék és a becsült mólhányad 2,088 és 0,01959 (Poulsen et al., 1992). Schauer és munkatársai (1999) 830 μg/km kibocsátási arányú o-xilént jelentettek egy dízelüzemű középkategóriás tehergépkocsi kipufogógázában. A svájci Schlierenben található szervizállomásról származó dízelüzemanyag 223 mg/l koncentrációban tartalmazott o-xilént (Schluep etal., 2001).
A kaliforniai II. fázisú reformulált benzin 19,7 g/kg koncentrációban tartalmazott o-xilént.A benzinüzemű személygépkocsik gázfázisú kipufogógáz-kibocsátása katalitikus átalakítóval és anélkül 5,41, illetve 562 mg/km volt (Schauer et al., 2001),

Thomas és Delfino (1991) a floridai Gainesville-ből gyűjtött szennyezésmentes talajvizet három egyedi kőolajtermék egyedi frakcióival 24-25 °C-on 24 órán keresztül egyensúlyba hozták. A vizes fázist a szerves vegyületek tekintetében az EPA által jóváhagyott U.S. EPA602 vizsgálati módszerrel elemezték. Az ólmozatlan benzin, a kerozin és a dízelüzemanyag vízben oldódó frakcióiban jelentett átlagos m+p-xilol koncentráció 8,611, 0,658 és 0,228 mg/l volt. Amikor a szerzők a vizes fázist az EPA által jóváhagyott 610-es vizsgálati módszerrel elemezték, az ólmozatlan benzin, a kerozin és a dízelüzemanyag vízben oldódó frakcióinak átlagos m+p-xilén-koncentrációja alacsonyabb volt, azaz 6,068, 0,360 és 0,222 mg/l. 7 kőszénkátrányminta laboratóriumi elemzése alapján az o-xilén koncentrációja 2 és 2000 ppm között mozgott (EPRI, 1990). Egy magas hőmérsékletű kőszénkátrány 0,04 tömegszázalékos átlagkoncentrációban tartalmazott o-xilént (McNeil, 1983).
Schauer és munkatársai (2001) fenyő, tölgy és eukaliptusz lakossági (kandalló) égetéséből származó illékony szerves vegyületek, gázfázisú félig illékony szerves vegyületek és részecskefázisú szerves vegyületek kibocsátási arányát mérték. Az o-xilol gázfázisú kibocsátási aránya 18,1 mg/kg volt az elégetett fenyőfa esetében. Tölgy és eukaliptusz égetésekor nem mértek o-xilén kibocsátási arányokat.
Ihatóvíz szabvány (végleges): Az összes xilol esetében az MCLG és az MCL egyaránt 10 mg/L. Ezen felül 70 mg/L DWEL értéket javasoltak (U.S. EPA, 2000).

Környezeti sors

Biológiai. A xilolt tartalmazó kereskedelmi termék jelentett biodegradációs termékei közé tartozik az α-hidroxi-p-toluolsav, p-metil-benzilalkohol, benzil-alkohol, 4-metil-katechol, mandp-toluolsavak (Fishbein, 1985). o-Xilolt is kometabolizáltak, ami ao-toluolsav képződését eredményezte (Pitter és Chudoba, 1990). A Bemidji (MI) közelében lévő anoxikus talajvízben az o-xilén aerob módon biodegradálódott az o-toluolsav intermedierré (Cozzarelli és mtsai., 1990). Benzinnel szennyezett talajvízben a xilol anaerob lebomlása során a metilbenzilszukcininsavat azonosították első intermedierként (Reusser és Field, 2002).
Fotolitikus. Cox és munkatársai (1980) 1,33 x 10-11 cm3/molekula?sec sebességi állandóról számoltak be a gáznemű o-xilol OH-gyökökkel való reakciójára, amely az etilén OH-gyökökkel való reakciójának 8 x 10-12 cm3/molekula?sec értékén alapul.
Felszíni víz. Az o-xilén párolgási felezési ideje felszíni vízben (1 m mélységben) 25 °C-on becslések szerint 5,18 óra (Mackay és Leinonen, 1975).

Földi víz. Nielsen és munkatársai (1996) tanulmányozták az o-xilol lebomlását egy sekély, glaciofluviális, nem korlátozott homokos víztartó rétegben Jütlandban, Dániában. Az in situ mikrokozmosz vizsgálat részeként egy alul nyitott, felül szitázott hengert helyeztek el egy kb. 5 m mélységben lévő palackozott fúráson keresztül. Öt liter vizet légköri levegővel levegőztettek, hogy biztosítsák az aerob körülmények fenntartását. A talajvizet körülbelül 3 hónapon keresztül hetente elemezték, hogy meghatározzák az o-xilén koncentrációját az idő múlásával. A kísérletileg meghatározott elsőrendű biológiai lebomlási sebességi állandó és a megfelelő felezési idő 7 napos késleltetési fázist követően 0,1/d és 6,93 d volt.
Fotolitikus. Amikor gáznemű salétromsavat és o-xilént tartalmazó szintetikus levegőt mesterséges napfénynek (λ = 300-450 nm) tettek ki, biacetil, peroxi-acetál-nitrát és metil-nitrát képződött (Cox és mtsai., 1980). Az o-xilolt tartalmazó, hideg vízre (10 °C) vékony filmként (4 mm) felvitt n-hexánoldatot higanyos középnyomású lámpával besugározták. Az o-xilol 13,6%-a 3 óra alatt fotooxidálódott o-metil-benzaldehiddé, o-benzilalkohollá, o-benzoesavvá és ometilacetofenonná (Moza és Feicht, 1989). Az o-xilol besugárzása ≈ 2537 ? 35 °C-on és 6 mmHg nyomáson m-xilénné izomerizálódik (Calvert és Pitts, 1966). Glioxál, metilglioxál és biacetil keletkezett az o-xilol OH-gyökökkel történő fotooxidációjából levegőn 25 °C-on (Tuazon et al.,1986a).
Kémiai/fizikai. Légköri körülmények között az o-xilol gázfázisú reakciója OH-gyökökkel és nitrogén-oxidokkal o-tolualdehid, o-metil-benzil-nitrát, nitro-o-xilolok, 2,3- és 3,4-dimetilfenol képződését eredményezte (Atkinson, 1990). Kanno és munkatársai (1982) tanulmányozták az o-xilol és más aromás szénhidrogének (benzol, toluol, m- és p-xilol, valamint naftalin) vizes reakcióját hipoklóros savval ammóniumion jelenlétében. Arról számoltak be, hogy az aromás gyűrű nem klórozódott a várt módon, hanem a klóramin hasította cianogén-kloridot képezve. A képződött cianogén-klorid mennyisége alacsonyabb pH-nál nőtt (Kanno és mtsai., 1982). A gázfázisban az o-xilol nitrátgyökökkel reagált tisztított levegőben, a következő termékeket képezve: 5-nitro-2-metil-toluol és 6-nitro-2-metil-toluol, o-metil-benzaldehid és egy aril-nitrát (Chiodini et al., 1993).

Tisztítási módszerek

Az o-Xilol (4,4Kg) szulfonálása 4 órán át tartó keveréssel történik 2,5L conc H2SO4 95o -on. Lehűtés és a nem szulfonált anyag leválasztása után a terméket 3 l vízzel hígítjuk és 40% NaOH-val semlegesítjük. Lehűtés után a nátrium-oxilén-szulfonát elválik, és tömegének feléből vízből átkristályosítjuk. A sót minimális mennyiségű hideg vízben feloldjuk, majd ugyanannyi hideg vízzel és ugyanannyi mennyiségű conc H2SO4-gyel összekeverjük, és 110o -ra melegítjük. o-Xilént regenerálunk és gőzzel desztillálunk. A desztillátumot NaCl-lal telítjük, a szerves réteget elválasztjuk, szárítjuk és újból desztilláljuk.