o-Xylene

o-Xylene Proprietăți chimice, utilizări, producție

Xylene

Xylene se referă la hidrocarbura aromatică în care cei doi atomi de hidrogen de pe inelul benzenic sunt substituiți cu două grupe metil. Are trei izomeri: o-xilenă (1, 2-dimetilbenzen), m-xilenă și p-xilenă. Produsele industriale sunt amestecuri ale celor trei izomeri cu 10% o-10%, 70% m-, și 20% p-. În industria de cocsificare, este unul dintre produsele rafinate de benzen brut.
Xilena este un fel de lichid inflamabil incolor; punctul de topire al o-, m- și p-xilenei este de 25,2 ℃, -47,9 ℃ și 13,3 ℃; punctele de fierbere sunt de 144, respectiv 144.4 ℃, 139,1 ℃ și 138,3 ℃, în timp ce densitatea relativă este de 0,8802, 0,8642 și, respectiv, 0,8611; Nu este solubilă în apă, dar este miscibilă cu multe tipuri de solvenți organici imiscibili. La oxidarea catalitică, ele generează anhidrida ftalică, acidul izoftalic și, respectiv, acidul tereftalic.
Xilena este un fel de materie primă importantă a produselor chimice organice, existentă în mod natural în gudronul de cărbune și în unele tipuri de petrol. Ea poate fi obținută prin fracționarea părții ușoare de petrol din gudronul de huilă sau prin reformarea catalitică a benzinei ușoare. Industria realizează în principal extracția folosind fracția C8 din nafta reformată. Alternativ, poate fi fabricat prin reacția de disproporționare a toluenului în prezența unui catalizator și la temperaturi și presiuni ridicate. În prezent, industria aplică în principal metoda cristalizării criogenice, a adsorbției și a formării de complexe sau de site moleculare pentru a le separa. O-xilena are un punct de fierbere relativ ridicat, putând fi separată prin distilare. p-xilena are, de asemenea, un punct de topire ridicat și poate fi purificată prin purificare prin cristalizare fracționată. Amestecul de xilenă fără separare poate fi utilizat direct ca solvent, fiind suplimentat la benzină capabil să îmbunătățească proprietățile antiexplozive. Acestea sunt componente ale benzinei de aviație. O-xilena este utilizată în principal pentru prepararea anhidridei ftalice, care este o materie primă importantă pentru fabricarea unei varietăți de coloranți și indicatori (cum ar fi fenolftaleina). În plus, o-xilena poate fi utilizată, de asemenea, pentru prepararea rășinii poliesterice, a repelentului de insecte, a plastifianților și a coloranților. M-xilena, prin nitrare și reducere, poate genera 4, 6-dimetil-1, 3-fenilendiamină, care este intermediarul pentru coloranții sintetici. M-xilena poate fi utilizată, de asemenea, ca materie primă pentru parfumuri sintetice (cum ar fi mosc xilenat). P-xilena este utilizată în principal la fabricarea acidului tereftalic, care este o materie primă importantă pentru fibrele sintetice de poliester (poliester).

Figura 1 structura chimică a celor trei izomeri ai xilenei, orto-xilena, m-xilena, structura chimică a p-xilenei.
Informațiile de mai sus sunt editate de Chemicalbook.

Distilare de precizie pentru separarea O-xilenei și a p-xilenei

Xilena este prezentată în benzenul brut cocsificat și în uleiul cracat din petrol. Benzenul brut, după o primă distilare, spălare cu acid sulfuric și distilare pentru separarea benzenului și toluenului, urmată de distilare, se poate obține xilena, cunoscută și sub numele de xilenă de cocsificare. Calitatea xilenei de cocsificare depinde de capacitatea de separare a coloanei de distilare, de temperatura la partea superioară a coloanei și de raportul de reflux. China a clasificat produsele de xilenă de cocsificare în trei niveluri. În general, xilena de cocsificare conține 16% de o-xilenă, 50% de m-xilenă, 21% de p-xilenă și 7% de etilbenzen. Xilena produsă în industria petrolieră are un conținut scăzut de m-xilenă și un conținut ridicat de etilbenzen. Xilena industrială nu este doar solventul și aditivul din industria cauciucului și a acoperirilor, ci și aditivii din aviație și combustibilul energetic. O-xilena, m-xilena și p-xilena separate din xilena industrială sunt materiile prime pentru acidul ftalic, acidul izoftalic și, respectiv, acidul tereftalic. Acidul ftalic și acidul tereftalic sunt utilizate în producția de plastifianți, rășini de poliester și fibre de poliester. M-xilena poate fi utilizată singură ca solvent și ca aditiv pentru combustibili. O-xilena conținută în xilena industrială are o diferență de peste 5,2 ℃ față de ceilalți izomeri. Prin distilare de precizie, putem obține o-xilenă cu o puritate de peste 95%, urmată de utilizarea sulfonării și distilării pentru purificare, astfel încât să putem obține o-xilenă și mai pură.
Xilena aparține bazei Lewis, care poate forma un complex polar cu HF-BF3 (acid Lewis). Alcalinitatea M-xilenei este de aproximativ 100 de ori mai puternică decât cea a altor substanțe aromatice C8. Atunci când amestecul de izomeri de xilenă intră în contact cu solventul HF-BF3, m-xilena poate forma un complex cu fluorura și este extrasă în mod preferențial în faza de fluorură. Faza de fluorură care conține m-xilenă este încălzită la o presiune mai mică pentru a descompune complexul, separând astfel m-xilena din amestec. Solventul HF-BF3 poate fi recuperat prin distilare în vederea reciclării. În cazul în care materia primă este un amestec de orto-xilenă, m-xilenă și p-xilenă, după ce se extrage m-xilena, se poate utiliza în continuare distilarea de precizie pentru a separa o-xilena și p-xilena.

Figura 2 metoda de distilare de precizie pentru separarea o-xilenului și a p-xilenului.

Proprietăți chimice

Se prezintă ca un lichid transparent incolor cu miros aromatic. Este miscibil cu etanolul, eterul etilic, acetona și benzenul, dar insolubil în apă.

Utilizări

(1) Se utilizează în principal la producerea de anhidridă ftalică
(2) O-xilena este materia primă pentru producerea germicidului fenramina, a peptidei tetraclorofenil și a erbicidului bensulfuron-metil. Este utilizat ca intermediar pentru fabricarea acidului o-metil benzoic.
(3) Este utilizat în principal ca materie primă chimică și solvenți. Poate fi utilizat pentru a produce anhidridă ftalică, coloranți, pesticide și medicamente, cum ar fi vitaminele. Poate fi folosit, de asemenea, ca aditivi pentru benzină de aviație.
(4) Folosit ca standarde cromatografice și solvenți
(5) Ca materii prime de sinteză a anhidridei și alte sinteze organice;

Metoda de obținere

Industria a aplicat metoda super-distilării pentru a separa o-xilena din xilena amestecată. O-xilena are o diferență de peste 5 ℃ în ceea ce privește punctul de fierbere în comparație cu alte componente din xilena amestecată. Pentru distilare, numărul de tăvi necesare este de aproximativ 150; raportul de reflux fiind de 5-8 și consumă relativ multă energie.
O-xilena a fost inițial produsă în principal din gudron de cărbune. În prezent, cea mai mare parte a producției interne și externe de o-xilenă se realizează în principal prin extracție din reformarea catalitică a petrolului și cracarea termică a hidrocarburilor aromatice. Datorită faptului că structurile de o-xilenă, p-xilenă și m-xilenă din xilenă sunt foarte asemănătoare; parametrii lor fizici sunt, de asemenea, destul de asemănători. Separarea industrială a o-xilenei adoptă în principal metoda de supradestilare; mai întâi se separă o-xilena și etilbenzenul din xilena amestecată, ceea ce necesită utilizarea unui turn de distilare cu 100~150 de tăvi; apoi se separă o-xilena și etilbenzenul pentru a obține o-xilena pură.

Categoria

Lichide inflamabile

Clasificarea toxicității

otrăvire

Toxicitate acută

Oral-șobolan LDL0: 5000 mg/kg; injecție abdominală-șoarece LD50: 1364 mg/kg

EXPLOZIVI și CARACTERISTICI PERICULOASE

fiind exploziv când se amestecă cu aerul

Inflamabilitate și caracteristici periculoase

fiind inflamabil la flacără, căldură, oxidant Inflamabil cu ardere eliberând fum iritant

Caracteristici de depozitare și transport

depozit: ventilat, la temperatură scăzută și uscat; încărcați și descărcați cu grijă; depozitați-l separat de oxidanți și acizi.

Agent de stingere a incendiilor

apă în ceață, spumă, nisip, dioxid de carbon, 1211 agent de stingere

Standard ocupațional

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

Proprietăți chimice

lichid incolor

Proprietăți fizice

Lichid limpede, incolor, cu un miros aromatic. O concentrație de prag al mirosului de 380 ppbv a fost raportată de Nagata și Takeuchi (1990).

Utilizări

Prepararea acidului ftalic, a anhidridei ftalice, a acidului tereftalic, a acidului izoftalic; solvent pentru rășini alchidice, lacuri, emailuri, cimenturi de cauciuc; fabricarea de coloranți, produse farmaceutice și insecticide; combustibili pentru motoare.

Definiție

ChEBI: O xilenă substituită cu grupe metil în pozițiile 1 și 3.

Referință(e) de sinteză

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

Descriere generală

Lichid apos incolor cu miros dulce. Mai puțin dens decât apa. Insolubil în apă. Vapori iritanți.

Aer & Apă Reacții

Foarte inflamabil. Insolubil în apă.

Profil de reactivitate

1,2-Dimetilbenzenul poate reacționa cu materiale oxidante. .

Pericol pentru sănătate

Vaporii provoacă dureri de cap și amețeli. Lichidul irită ochii și pielea. Dacă este absorbit în plămâni, provoacă tuse severă, suferință și edem pulmonar cu dezvoltare rapidă. Dacă este ingerat, provoacă greață, vărsături, crampe, dureri de cap și comă. Poate fi fatal. Pot apărea leziuni renale și hepatice.

Pericol de incendiu

Comportament în caz de incendiu: Vaporii sunt mai grei decât aerul și se pot deplasa pe o distanță considerabilă până la o sursă de aprindere și se pot reaprinde.

Reactivitate chimică

Reactivitate cu apa Nici o reacție; Reactivitate cu materiale comune: Nici o reacție; Stabilitate în timpul transportului: Stabilă; Agenți de neutralizare pentru acizi și caustici: Nu este relevant; Polimerizare: Nu este relevant; Inhibitor de polimerizare: Nu este relevant.

Profil de siguranță

Toxicitate moderată pe cale bj7intraperitoneală. Mldly toxic priningestie și inhalare. Unteratogen experimental. Un contaminant comun al aerului. Un pericol de incendiu foarte periculos atunci când este expus laîncălzire sau flacără. Exploziv sub formă de vapori atunci când este expus la căldură sau flacără. Pentru a combate incendiul, folosiți spumă, CO2, substanțe chimice uscate.Incompatibil cu materialele oxidante.Când este încălzit până la descompunere, emite fum aspru și vapori iritanți. Emis de materialele de construcție moderne (CENEAR69,22,91). A se vedea și alte intrări referitoare la xilenă.

Sursa

Detectat în fracțiuni solubile în apă distilată din benzină cu cifră octanică 87 (3,83 mg/L), benzină cu cifră octanică 94 (11,4 mg/L), Gasohol (8,49 mg/L), păcură nr. 2 (1,73 mg/L), combustibil pentru avioane A (0,73 mg/L).87 mg/L),motorină (1,75 mg/L), combustibil pentru avioane militare JP-4 (1,99 mg/L) (Potter, 1996), ulei de motor nou (16,2 până la 17,5 μg/L) și ulei de motor uzat (294 până la 308 μg/L) (Chen et al., 1994). Procentul mediu al volumului și fracția molară estimată în benzina PS-6 a Institutului American Petroleum sunt de 2,088 și, respectiv, 0,01959 (Poulsen et al., 1992). Schauer și colab. (1999) au raportat prezența o-xilenei în gazele de eșapament ale unui camion diesel de capacitate medie la o rată de emisie de 830 μg/km. Combustibilul diesel obținut de la o stație de service din Schlieren, Elveția, conținea o-xilenă la o concentrație de 223 mg/L (Schluep și colab., 2001).
Benzina reformulată faza II din California conținea o-xilenă la o concentrație de 19,7 g/kg.Ratele de emisie în fază gazoasă de la eșapamentul de evacuare al automobilelor alimentate cu benzină cu și fără convertoare catalitice au fost de 5,41 și, respectiv, 562 mg/km (Schauer și colab, 2002).
Thomas și Delfino (1991) au echilibrat apele subterane fără contaminanți colectate din Gainesville, Florida, cu fracțiuni individuale din trei produse petroliere individuale la 24-25 °C timp de 24 h. Faza apoasă a fost analizată pentru compuși organici prin metoda de testare aprobată de U.S. EPA602. Concentrațiile medii de m+p-xilenă raportate în fracțiunile solubile în apă ale benzinei fără plumb, kerosenului și combustibilului diesel au fost de 8,611, 0,658 și, respectiv, 0,228 mg/L. Atunci când autorii au analizat faza apoasă prin metoda de testare 610 aprobată de U.S. EPA, concentrațiile medii de m+p-xilen în fracțiunile solubile în apă ale benzinei fără plumb, kerosenului și motorinei au fost mai mici, respectiv 6,068, 0,360 și, respectiv, 0,222 mg/L. Pe baza analizei de laborator a 7 probe de gudron de huilă, concentrațiile de o-xilen au variat de la 2 la 2.000 ppm (EPRI, 1990). Un gudron de cărbune de înaltă temperatură conținea o-xilenă la o concentrație medie de 0,04 % în greutate (McNeil, 1983).
Schauer et al. (2001) au măsurat ratele de emisie a compușilor organici pentru compușii organici volatili, compușii organici semivolatili în fază gazoasă și compușii organici în fază de particule de la arderea rezidențială (șemineu) a pinului, stejarului și eucaliptului. Rata de emisie de o-xilenă în fază gazoasă a fost de 18,1 mg/kg de pin ars. Ratele de emisie de o-xilenă nu au fost măsurate în timpul arderii stejarului și a eucaliptului.

Standard pentru apa potabilă (final): Pentru toți xilenii, MCLG și MCL sunt ambele de 10 mg/L. În plus, a fost recomandat un DWEL de 70 mg/L (U.S. EPA, 2000).

Destinația în mediul înconjurător

Biologic. Produsele de biodegradare raportate ale produsului comercial care conține xilen includ acidul α-hidroxi-p-toluic, alcoolul p-metilbenzilic, alcoolul benzilic, 4-metilcatecolul, acizii mandp-toluici (Fishbein, 1985). o-Xilenul a fost, de asemenea, cometabolizat rezultând în formarea acidului o-toluic (Pitter și Chudoba, 1990). În apele subterane anoxice din apropierea orașului Bemidji, MI, o-xilena s-a biodegradat în mod erobic până la acidul o-toluic intermediar (Cozzarelli et al., 1990). În apele subterane contaminate cu benzină, acidul metilbenzilsuccinic a fost identificat ca fiind primul intermediar în timpul degradării anaerobe a xilenilor (Reusser și Field, 2002).
Fotolitic. Cox și colab. (1980) au raportat o constantă de viteză de 1,33 x 10-11 cm3/moleculă?sec pentru reacția o-xilenului gazos cu radicalii OH, pe baza unei valori de 8 x 10-12 cm3/moleculă?sec pentru reacția etilenei cu radicalii OH.
Apă de suprafață. Timpul de înjumătățire prin evaporare a o-xilenei în apa de suprafață (1 m adâncime) la 25 °C este estimat la 5,18 ore (Mackay și Leinonen, 1975).
Apă subterană. Nielsen și colab. (1996) au studiat degradarea o-xilenei într-un acvifer nisipos neconfinat, glaciofluvial, de mică adâncime, din Jutland, Danemarca. Ca parte a studiului microcosmosului in situ, un cilindru deschis în partea inferioară și ecranat în partea superioară a fost instalat printr-o gaură tubulară la aproximativ 5 m sub nivelul solului. Cinci litri de apă au fost aerisiți cu aer atmosferic pentru a se asigura menținerea condițiilor aerobe. Apa subterană a fost analizată săptămânal timp de aproximativ 3 luni pentru a determina concentrațiile de o-xilenă în timp. Constanta de viteză de biodegradare de ordinul întâi determinată experimental și timpul de înjumătățire corespunzător după o fază de decalaj de 7 zile au fost de 0,1/d și, respectiv, 6,93 d.
Fotolitic. Atunci când aerul sintetic care conținea acid azotic gazos și o-xilenă a fost expus la lumina artificială a soarelui (λ = 300-450 nm) biacetyl, nitrat de peroxiacetat și nitrat de metil s-au format ca produse (Cox și colab., 1980). O soluție de n-hexan care conține o-xilenă și care a fost întinsă sub formă de peliculă subțire (4 mm) pe apă rece (10 °C) a fost iradiată cu o lampă de mercur cu presiune medie. În 3 ore, 13,6% din o-xilenă s-a fotooxidat în o-metilbenzaldehidă, alcool o-benzilic, acid o-benzoic și o-metilacetofenonă (Moza și Feicht, 1989). Iradierea o-xilenei la ≈ 2537 ? la 35 °C și 6mmHg se izomerizează în m-xilenă (Calvert și Pitts, 1966). Glioxalul, metilglioxalul și biacetilul au fost produse prin fotooxidarea o-xilenei de către radicalii OH în aer la 25 °C (Tuazon et al.,1986a).
Chimic/fizic. În condiții atmosferice, reacția în fază gazoasă a o-xilenei cu radicalii OH și oxizi de azot a dus la formarea de o-tolualdehidă, nitrat de o-metilbenzil, nitro-o-xilene, 2,3 și 3,4-dimetilfenol (Atkinson, 1990). Kanno et al. (1982) au studiat reacția apoasă a o-xilenei și a altor hidrocarburi aromatice (benzen, toluen, m- și p-xilenă și naftalină) cu acid hipocloros în prezența ionului de amoniu. Aceștia au raportat că inelul aromatic nu a fost clorurat, așa cum era de așteptat, ci a fost scindat de cloramină, formând clorură de cianogen. Cantitatea de clorură de cianogen formată a crescut la pH-uri mai mici (Kanno et al., 1982). În faza gazoasă, o-xilena a reacționat cu radicali nitrați în aer purificat, formând următorii produse: 5-nitro-2-metiltoluen și 6-nitro-2-metiltoluen, o-metilbenzaldehidă și un nitrat de aril (Chiodini et al., 1993).

Metode de purificare

o-Xilena (4,4Kg) este sulfonată prin agitare timp de 4 ore cu 2,5L de H2SO4 conc. la 95o. După răcire și separarea materialului nesulfonat, produsul se diluează cu 3L de apă și se neutralizează cu NaOH 40%. La răcire, sulfonatul de sodiu de o-xilenă se separă și se recristalizează din jumătate din greutatea sa de apă. Sarea se dizolvă în cantitatea minimă de apă rece, apoi se amestecă cu aceeași cantitate de apă rece și cu același volum de H2SO4 conc. și se încălzește la 110o. O-xilena se regenerează și se distilează cu abur. Distilatul se saturează cu NaCl, se separă stratul organic, se usucă și se redistilează.