Нафталин

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Нафталин
Naphthalene-from-xtal-3D-vdW.png
Naphthalene numbering.svg
Имена
Други Нафтален
Идентификатори
Номер на CAS 91-20-3
PubChem 931
ChemSpider 906
Номер на ЕК 214-552-7
KEGG C00829
ChEBI 16482
ChEMBL 16293
Номер в RTECS QJ0525000
SMILES
c1ccc2ccccc2c1
StdInChI
1S/C10H8/c1-2-6-10-8-4-3-7-9(10)5-1/h1-8H
StdInChI ключ UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N
InChI 1/C10H8/c1-2-6-10-8-4-3-7-9(10)5-1/h1-8H
InChI ключ UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYAC
Справка в Beilstein 1421310
UNII 2166IN72UN
Справка в Gmelin 3347
Свойства
Формула C10H8
Моларна маса 128,174 g·mol−1
Външен вид бели кристали
Плътност 1,0253 g/cm3
Вискозитет 0,761 cP (100 °C)
Точка на топене 78,2 °C
Точка на кипене 217,97 °C
Парово налягане 8,64 Pa
Разтворимост вода 31 mg/L
Разтворимост етанол 11 g/100 g
Разтворимост хексан 17 g/100 g
Магнитна възприемчивост -91,9·10−6 cm3/mol
Показател на пречупване 1,5898
Структура
Пространствена група P21/b
Молекулна форма C5
2h
Опасности
Основни опасности запалимо
NFPA 704
NFPA 704.svg
2
2
0
Точка на запалване 80 °C
Точка на самозапалване 525 °C
Термохимия
Стандартна моларна ентропия 167,39 J/mol·K
Специфичен топлинен капацитет 165,72 J/mol·K
Данните са при стандартно състояние
на материалите (25°C, 100 kPa)
,
освен където е указано другояче.

Нафталинът (също наричан нафтален) е органично съединение с химична формула C
10
H
8
. Това е най-простият полицикличен ароматен въглеводород. Представлява бяло кристално твърдо вещество със специфична миризма, която може да се усети при концентрации над 0,08 ppm.[1] Бидейки ароматен въглеводород, структурата на нафталина е съставена от съединена двойка бензенови пръстени. Най-известното му приложение е като основна съставка в гранулите против молци.

История[редактиране | редактиране на кода]

В началото на 1820-те години два отделни доклада описват бяло твърдо вещество с остра миризма, което е получено чрез дестилация на каменовъглена смола. През 1821 г. Джон Кид цитира тези два доклада, след което описва много от свойствата на това вещество, както и начини за получаването му. Той предлага името нафталин, тъй като го получава от вид нафта (термин, който по това време обхваща всяка летлива, запалима течна въглеводородна смес).[2] Формулата на нафталина е определена от Майкъл Фарадей през 1826 г. Структурата на два съединени бензенови пръстена е предложена от Емил Ерленмайер през 1866 г.[3] и е потвърдена три години по-късно от Карл Гребе.[4]

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Нафталиновата молекула може да се разглежда като чифт свързани бензенови пръстени. Нафталинът се класифицира като бензеноиден полицикличен ароматен въглеводород. Осемте въглеродни атома, които не свързват двата пръстена, носят по един водороден атом всеки.

Молекулна геометрия[редактиране | редактиране на кода]

Молекулата е планарна като бензена. За разлика от него, обаче, връзките между въглеродите в нафталина не са с еднаква дължина. Връзките C1−C2, C3−C4, C5−C6 и C7−C8 са с дължина около 1,37 Å (137 pm), докато другите връзки въглерод-въглерод са с дължина около 1,42 Å (142 pm). Тази разлика, установена чрез рентгенова кристалография,[5] е в съответствие с теорията на валентните връзки.

Naphthalene resonance structure.svg

Молекулата има двустранна симетрия както по дължина на равнината на споделена въглеродна връзка, така и по дължина на равнината, която разполовява връзките C2-C3 и C6-C7, и по дължина на равнината на въглеродните атоми. Следователно, съществуват два набора от еквивалентни водородни атома: алфа позициите 1, 4, 5 и 8 и бета позициите 2,3,6 и 7. Това предполага наличието на два изомера.[6]

Електропроводимост[редактиране | редактиране на кода]

Чистият кристален нафталин е умерен изолатор при стайна температура, а съпротивлението му е около 1012 Ω·m. Съпротивлението намалява повече от хилядократно при достигане на точката на топене – 4 × 108 Ω·m. Както в течно, така и в твърдо състояние, съпротивлението зависи от температурата чрез връзката ρ = ρ0 exp(E/(k T)), където ρ0 (Ω·m) и E (eV) са константи, k е константата на Болцман (8,617×10−5 eV/K), а T е абсолютната температура (K). Параметърът E е 0,73 в твърдо състояние. Въпреки това, в твърдо състояние се наблюдава полупроводниково поведение при температура под 100 K.[7][8]

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

В електрофилните ароматни реакции на заместване, нафталинът реагира по-лесно от бензена. Така например, хлорирането и бромирането на нафталин се случва без нуждата от катализатор, като така се получават съответно 1-хлоронафталин и 1-бромонафталин. Освен това, нафталинът лесно може да се алкилира чрез взаимодействие с алкени или алкохоли, като се използва сярна или фосфорна киселина за катализатор. Що се касае до региоселективността, електрофилите атакуват алфа позицията. Селективността на алфа позицията пред бета позицията може да се обясни чрез резонанса на структурите на посредника – при алфа заместването посредникът има 7 резонансни структури, от които 4 запазват ароматен пръстен. При бета заместването посредникът има 6 резонансни структури, от които само 2 са ароматни. Сулфонация до 1- и 2-сулфонова киселина може да се осъществи веднага:

H
2
SO
4
+ C
10
H
8
C
10
H
7
−SO
3
H
+ H
2
O

С алкални метали, нефаталинът образува тъмносини или тъмнозелени радикални анионни соли, като натриев нафталенид, Na+C10H
8
. Тези нафталенидни соли са силни редукционни агенти.

Нафталинът може да се хидрогенира под високо налягане в присъствието на метални катализатори, при което се получава 1,2,3,4-тетрахидронафталин (C
10
H
12
), наричан за по-кратко тетралин. По-нататъшното хидрогениране образува декахидронафталин или декалин (C
10
H
18
).

Оксидацията с O
2
в присъствието на ванадиев пентаоксид като катализатор поражда фталов анхидрид:

C10H8 + 4.5 O2 → C6H4(CO)2O + 2 CO2 + 2 H2O

Тази реакция стои в основата на най-широката употреба на нафталина.

Добиване[редактиране | редактиране на кода]

По-голямата част от нафталина се получава от каменовъглена смола. От 1960-те до 1990-те години големи количества нафталин се получават от рафинирането на петрол, но днес така се произвежда само малка част от нафталина по света.

Нафталинът е най-изобилната съставка на каменовъглената смола. Макар съставът ѝ да варира според въглищата, от които се извлича, обикновено около 10% от теглото ѝ е нафталин. Промишленият процес на дестилация на каменовъглената смола извлича масло със съдържание около 50% нафталин плюс 12 други ароматни съединения. Това масло, след като се промие с воден натриев хидроксид за премахване на киселинните съставки (главно феноли) и със сярна киселина за премахване на алкалните съставки, се подлага на фракционна дестилация с цел изолиране на нафталина. Суровият нафталин, получен чрез този процес, представлява 95% от теглото на суровината. Основните примеси са: бензотиофен (< 2%), индан (0,2%), инден (< 2%) и метилнафталин (< 2%). Нафталинът, получен от петрол, обикновено е по-чист от този, получен от каменовъглена смола. При нужда суровият нафталин може допълнително да се пречисти чрез рекристализация от различни разтворители. Годишно се произвеждат около 1,3 милиона тона нафталин.[9]

Други източници[редактиране | редактиране на кода]

Освен в каменовъглена смола, малки количества нафталин се срещат и в магнолиите и някои видове елени, както и у термитите Coptotermes formosanus, които вероятно го произвеждат като начин за отблъскване на мравки и червеи.[10] Някои щамове на ендофитната гъба Muscodor albus произвеждат нафталин като част от широка гама летливи органични съединения, докато Muscodor vitigenus произвежда почти единствено нафталин.[11]

В междузвездната среда[редактиране | редактиране на кода]

Нафталин понякога е колебливо засичан в междузвездната среда по посока на звездата Cernis 52 в съзвездието Персей.[12][13] Над 20% от въглерода във вселената може да е свързан с полиароматни въглеводороди включително и нафталин.[14]

Протонираните катиони на нафталин (C
10
H+
9
) са източник на част от спектъра на неидентифицираните инфрачервени емисии. Протонираният нафталин се различава от неутралния нафталин по това, че има допълнителен водороден атом.[15]

Употреба[редактиране | редактиране на кода]

Нафталинът се използва главно като прекурсор на други химикали. Най-голямата му употреба е при производството на фталов анхидрид, макар повече фталов анхидрид да се добива от о-ксилен. От нафталин се произвеждат и инсектициди.

Много нафталинсулфонови киселини и сулфонати също са полезни като повърхностно активни вещества. Други стоят в основата на приготвянето на много изкуствени багрилни вещества. Хидрогенираните нафталини тетрахидронафталин (тетралин) и декахидронафталин (декалин) се използват като слабо летливи разтворители.

Нафталинсулфоновите киселини се използват за производството на полимерни пластификатори, които служат за произвеждане на бетон и гипсокартон. Използват се като дисперсанти в изкуствени и естествени гуми, в оловно-киселинните батерии и като агенти за щавене.

В лабораторни условия, разтопеният нафталин представлява отлична разтваряща среда за слабо разтворими ароматни съединения.

В бита, нафталинът се използва като дезинфекционно средство. В миналото се използва като активно вещество за борба срещу молците, но тази му употреба като цяло днес е заменена от алтернативни средства. В затворен съд с нафталинови гранули се натрупват нафталинови пари, които достигат нива, отровни както за ларвите, така и за възрастните индивиди на повечето молци, хранещи се с текстили. Използва се като общ пестицид в почвата, тавански помещения и музейни шкафове.

Освен насекоми, той може да отблъсква и опосуми.[16][17]

В пиротехниката, нафталинът се използва за специални ефекти, като например за създаване на черен дим и симулирани взривове.[18] Използва се за създаване на изкуствени пори при производството на шлифовъчни колела с висока порьозност. В миналото се прилага перорално при добитъка за убиване на паразитни червеи.

Въздействие върху здравето[редактиране | редактиране на кода]

Излагането на големи дози нафталин може да нанесе щети по или да разруши червени кръвни клетки, най-вече при хора с вродена глюкозо-6-фосфатдехидрогеназна недостатъчност, от която страдат над 400 милиона души по света.[19] При хората, в частност при децата, се развива състоянието хемолитична анемия след поглъщане на нафталинови гранули. При това се наблюдава отпадналост, загуба на апетит, неспокойство и пребледняване. Излагането на голямо количество нафталин може да доведе до световъртеж, гадене, повръщане, диария, кръв в урината и жълтеница.[20]

Международната агенция за изучаване на рака[21] класифицира нафталина като възможно канцерогенен за хората и животните. Установено е, че излагането на големи дози нафталин може да доведе до катаракта при хората, мишките и зайците.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Odor as an aid to chemical safety: Odor thresholds compared with threshold limit values and volatiles for 214 industrial chemicals in air and water dilution. // J Appl Toxicology 3 (6). 1983. DOI:10.1002/jat.2550030603. с. 272 – 290.
  2. John Kidd. Observations on Naphthalene, a peculiar substance resembling a concrete essential oil, which is produced during the decomposition of coal tar, by exposure to a red heat. // Philosophical Transactions 111. 1821. DOI:10.1098/rstl.1821.0017. с. 209 – 221.
  3. Emil Erlenmeyer. Studien über die s. g. aromatischen Säuren. // Annalen der Chemie und Pharmacie 137 (3). 1866. DOI:10.1002/jlac.18661370309. с. 327 – 359.
  4. C. Graebe (1869) "Ueber die Constitution des Naphthalins" (On the structure of naphthalene), Annalen der Chemie und Pharmacie, 149 : 20 – 28.
  5. Cruickshank, D. W. J. и др. Experimental and Theoretical Determinations of Bond Lengths in Naphthalene, Anthracene and Other Hydrocarbons. // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 258 (1293). 18 October 1960. DOI:10.1098/rspa.1960.0187. с. 270 – 285.
  6. Theoretical determination of molecular structure and conformation. 14. Is bicyclo[6.2.0]decapentaene aromatic or antiaromatic?. // J. Org. Chem. 50 (15). 1985. DOI:10.1021/jo00215a018. с. 2684 – 2688.
  7. John A. Bornmann (1962): „Semiconductivity of Naphthalene“. Journal of Chemical Physics, volume 36, pages 1691– doi:10.1063/1.1732805
  8. L. B. Schein, C. B. Duke, and A. R. McGhie (1978): „Observation of the Band-Hopping Transition for Electrons in Naphthalene“. Physical Review Letters, volume 40, pages 197– . doi:10.1103/PhysRevLett.40.197
  9. Naphthalene and Hydronaphthalenes. // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. 2003..
  10. Termite 'mothball' keep insects at bay. // Sci/Tech. BBC News, 8 април 1998.
  11. Naphthalene, an insect repellent, is produced by Muscodor vitigenus, a novel endophytic fungus. // Microbiology 148 (Pt 11). ноември 2002. DOI:10.1099/00221287-148-11-3737. с. 3737 – 41.
  12. Interstellar Space Molecules That Help Form Basic Life Structures Identified. // Science Daily. септември 2008.
  13. Iglesias-Groth, S., Manchado, A., García-Hernández, D. A.. Evidence for the Naphthalene Cation in a Region of the Interstellar Medium with Anomalous Microwave Emission. Т. 685. 20 септември 2008. DOI:10.1086/592349. с. L55–L58.
  14. Hoover, Rachel. Need to Track Organic Nano-Particles Across the Universe? NASA's Got an App for That. // NASA. 21 февруари 2014. Посетен на 22 февруари 2014.
  15. Mothballs in Space. // Astrobiology Magazine. Посетен на 25 декември 2008.
  16. Summary of Possum Repellent Study. // Архив на оригинала от 28 септември 2013.
  17. "Removing a possums from your roof", NSW Department of the Environment and Heritage
  18. Lu, Pei и др. Research on soot of black smoke from ceramic furnace flue gas: Characterization of soot. // Journal of Hazardous Materials 199 – 200. 2012-01-15. DOI:10.1016/j.jhazmat.2011.11.004. с. 272 – 281.
  19. Association of naphthalene with acute hemolytic anemia. // Acad Emerg Med 7 (1). Jan 2000. DOI:10.1111/j.1553-2712.2000.tb01889.x. с. 42 – 7.
  20. Naphthalene poisoning: MedlinePlus Medical Encyclopedia
  21. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. // Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Some Traditional Herbal Medicines, Some Mycotoxins, Naphthalene and Styrene, Vol. 82 (2002) (p. 367). Посетен на 25 декември 2008.