To 2013 οι παγκόσμιες πωλήσεις τουλουολίου είχαν συνολική αξία περίπου 24,5 δισεκατομμυρίωμ δολαρίων ΗΠΑ.[4]
Όπως συνέβη και με άλλους διαλύτες, το τολουόλιο χρησιμοποιήθηκε κάποιες φορές ως ψυχαγωγικό εισπνευστικό.[5] Ωστόσο, οι εισπνεόμενοι ατμοί τολουολίου μπορούν να προκαλέσουν σημαντική ζημιά στο νευρικό σύστημα[6][7]. Το τολουόλιο είναι σημαντικός οργανικός διαλύτης, αλλά είναι επίσης ικανό να να διαλύσει και έναν αξιοσημείωτο αριθμό ανόργανων ουσιών, όπως (μεταξύ άλλων) τα χημικά στοιχείαθείο[8], ιώδιο, βρώμιο, φωσφόρος, καθώς και άλλες μη πολικές ομοιοπολικές ουσίες.
Η ένωση απομονώθηκε (και ταυτοποιήθηκε) για πρώτη φορά το 1837, από τον πολωνόχημικόΦιλίπ Γουόλτερ (Filip Walter), μέσω απόσταξηςφοινικέλαιου. Ονόμασε τη νέα (για τότε) ουσία «ρέτιναφθ(α)» (rétinnaphte), αλλά η ονομασία αυτή δεν διατηρήθηκε[11].
To 1841, ο γάλλος χημικός Χενρί Έτιεν Σαιντ Κλαιρ Ντεβίλλ (Henri Étienne Sainte-Claire Deville) απομόνωσε έναν υδρογονάνθρακα από το «tolu balsam», ένα αρωματικό εκχύλισμα από το τροπικόΚολομβιανόδέντρο με επιστημονική ονομασία «Myroxylon balsamum». Ο Ντεβίλλ αναγνώρισε ότι ο υδρογονανθρακας αυτός είναι παρόμοιος με τη «ρέτιναφθ(α)» του Γουόλτερ, αλλά και με το βενζόλιο, οπότε ονόμασε το νέο (για τότε) υδρογονάνθρακα «βενζοένιο»[12]. Το 1843, ο Τζονς Τζακόμπ Μπερζέλιους (Jöns Jakob Berzelius) επανονόμασε τη (νέα για τότε ένωση) με την ονομασία «τολουΐνιο» (toluin)[13].
Το 1850, ο γάλλος χημικός Αυγκούστ Καχούρς (Auguste Cahours) απομόνωσε «έναν υδρογονάνθρακα (εννοώντας και πάλι το τολουόλιο) από απόσταγμα (μυρό)ξυλου», που αναγνώρισε ως παρόμοιο με το «βενζοένιο του Ντεβίλλ» (Deville's benzoène), και κατ' αναλογία ο Καχούρς ονόμασε την ένωση που ανακάλυψε «τολουένιο» (toluène).[14]
Το τολουόλιο βρίσκεται φυσικά σε χαμηλά επίπεδα στο αργό πετρέλαιο και είναι ένα παραπροϊόν της παραγωγής βενζίνης, κατά την καταλυτική αναμόρφωσηνάφθας ή την πυρόλυσηαιθενίου. Είναι επίσης παραπροϊόν της παραγωγής κoκ (coke) από γαιάνθακα. Η τελική απομόνωση και ο καθαρισμός της ένωσης (όποτε αυτό απαιτείται) γίνεται με απόσταξη και με εκχύλιση, διεργασίες που χρησιμοποιούνται για τις αρωματικές ενώσεις BTX, δηλαδή βενζόλιο (Benzene), τολουόλιο (Toluene) και τα τρία (3) ισομερή ξυλόλια (Xylene isomers).
Το τολουόλιο παράγεται τόσο (σχετικά) οικονομικά από τη βιομηχανία, που σχεδόν πάντα δεν παράγεται στα χημικά εργαστήρια, αλλά χρησιμοποιείται έτοιμο. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετές διαθέσιμες μέθοδοι, που χρησιμοποιούνται για διδακτικούς, συνήθως, λόγους.
Από οποιασδήπτε κρεσόλη, με αποξυγόνωση, παράγεται τολουόλιο[21]::
Από βενζαλδεΰδη
Από βενζαλδεΰδη, με τη μέθοδο Wolff-Kishner, παράγεται τολουόλιο[22]::
Χημική συμπεριφορά και παράγωγα
Το τολουόλιο αντιδρά ως κανονικός αρωματικός υδρογονάνθρακας κατά την αρωματική ηλεκτρονιόφιλη υποκατάσταση. Επειδή η μεθυλομάδα του έχει ισχυρότερες ιδιότητες δότη ηλεκτρονίου σε σύγκριση με ένα απλό άτομο υδρογόνου, το τολουόλιο είναι πιο δραστικό έναντι των ηλεκτρονιόφιλων αντιδραστηρίων σε σύγκριση με το βενζόλιο.
Αν χρησιμοποιηθεί φωτοχημική αλογόνωση παράγεται και PhCH2X:
Αλκυλίωση
Με αλκυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγονται γενικά ορθοαλκυλομεθυλοβενζόλιο και παρααλκυλομεθυλοβενζόλιο, αλλά αν το αλκύλιο (R) είναι ογκώδες, μπορεί η ορθοαλκυλίωση να παρεμποδίζεται στερεοχημικά, οποτε στην περίπτωση αυτή παράγεται μόνο το παρααλκυλομεθυλοβενζόλιο[25].
Ακυλίωση
Με ακυλίωση κατά Friedel-Crafts ορθοακυλομεθυλοβενζόλιο και παραακυλομεθυλοβενζόλιο[25]:
Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και γι' αυτό τελικά επικρατεί (περίπου) κινητικά η αναλογία που προκύπτει από την αναλογία των ατόμων υδρογόνου και των διπλών δεσμών: 8 συνολικά άτομα: 3 στο Me και 5 στο βενζολικό δακτύλιο. Με παρεμβολή στους 6 αρωματικούς δεσμούς σχηματίζονται 3 ισομερή μεθυλοκυκλοεπτατριένια (C7H7Me).
Εφαρμογές
Το τολουόλιο είναι ένας συνηθισμένος διαλύτης, ικανός να διαλύσει μπογιές, διαλυτικά χρωμάτων, σιλικόνη στεγανωτικών[29], πολλά χημικά αντιδραστήρια, καοτσούκ, μελάνια, κόλλες, λάκες, υλικά βυρσοδεψίας δέρματος, και απολυμαντικά. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης φουλλερενίων και ως πρώτη ύλη για διισοκυανοτολουόλιο (που χρησιμοποιείται στην παραγωγή αφρού πολυουρεθάνης) καθώς και για TNT. Επίσης, χρησιμοποιείται ως διαλύτης για την παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα. Επίσης χρησιμοποιήθηκε ως βάση για κατασκευές πολυστερίνης (διαλύοντας και συγκολλώντας επιφάνειες) δεδομένου ότι μπορεί να εφαρμοστεί με μεγάλη ακρίβεια με πινέλο και δεν περιέχεται σε αυτοκόλλητο.
Οι βιομηχανικές χρήσεις του τολουολίου περιλαμβάνουν την απομεθυλίωσή του προς βενζόλιο, τη μετατροπή του σε μίγμα βενζολίου - ξυλενίων και τη διεργασια BTX. Όταν οξειδώνεται, δίνει βενζαλδεΰδη ή βενζοϊκό οξύ, δυο σημαντικές ενδιάμεσες ύλες για την οργανική χημεία. Χρησιμοποιήθηκε ακόμη ως πηγή άνθρακα για την παραγωγή πολυτοιχικών νανοσωλήνων άνθρακα. Το τολουόλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανοίξει τα ερυθρά αιμοσφαίρια, προκειμένου να εξαχθεί αιμοσφαιρίνη για βιοχημικά πειράματα.
Το τολουόλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση του βαθμού οκτανίων σε βενζίνη για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Το τολουόλιο αποτελούσε το 86% κατ' όγκο των καυσίμων για τις ομάδες της Φόρμουλας 1 κατά τη δεκαετία του 1980, με πρωτοπόρα στον τομέα αυτό την ομάδα της Honda. Το τολουόλιο μπορεί να αποτελέσει ως και 100% το καύσιμο για δίχρονους και τετράχρονους κινητήρες, αλλά εξαιτίας της πυκνότητας του καυσίμου και εξαιτίας άλλων παραγόντων, το καύσιμο δεν εξατμίζεται εύκολα, εκτός αν προθερμανθεί στους 70 °C. Ωστόσο, το τολουόλιο ως καύσιμο προκαλεί παρόμοια προβλήματα με τα καύσιμα με αλκοόλες, καθώς «τρώει» τους συνήθως λαστιχένιους σωλήνες καυσίμου και το μέταλλο των κινητήρων, στους οποίους δημιουργεί σταδιακά ρήγματα.
Στην Αυστραλία, έχει βρεθεί ότι χρησιμοποιήθηκε παράνομα βενζίνη νοθευμένη με τολουόλιο σε απομακρισμένα πρατήρια καυσίμου για πώληση σε κοινά αυτοκίνητα. Αυτό συνέβηκε γιατί το τολουόλιο είναι αφορολόγητο, ενώ άλλα καύσιμα φορολογούνται πάνω από 40%, με αποτέλεσμα οικονομικό όφελος για τους πωλητές. Το αποτέλεσμα της χρήσης είναι πιθανό να έχει επιπτώσεις στους κινητήρες με επιπλέον φθορά. Η έκταση της υποκατάστασης βενζίνης από τολούλιο δεν έχει καθοριστεί[30][31].
Το τολουόλιο ανήκει στην ομάδα των καυσίμων που χρησιμοποιούνται τελευταία ως συστατικά της κηροζίνης για κινητήρες αεριωθούμενων[32].
Το τολουόλιο χρησιμοποιήθηκε επίσης ως ψυκτικό υγρό για τις καλές ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας σε παγίδες θερμότητας νατρίου, που χρησιμοποιούνται σε μονάδες ψύξης πυρηνικών αντιδραστήρων.
Τέλος, το τολουόλιο χρησιμοποιήθηκε για την εκχύλιση της κοκαΐνης από φύλλα κόκας κατά την παραγωγή του σιροπιού για την Coca - Cola[33].
Τοξικολογία και μεταβολισμός
Η εισπνοή ατμών τολουολίου σε μικρά επίπεδα συγκέντρωσης μπορεί να προκαλέσει κόπωση, σύγχυση, αδυναμία, ενέργειες τύπου μέθης, απώλεια μνήμης, ναυτία, ανορεξία, απώλεια ακοής και αχρωματοψία. Αυτά τα συμπτώματα συνήθως εξαφανίζονται όταν παύσει η έκθεση στους ατμούς τολουολίου. Η εισπνοή υψηλών συγκεντρώσεων ατμών τολουολίου για σύντομο χρονικό διάστημα μπορεί να προκαλέσει ελαφρύ πονοκέφαλο, ναυτία, υπνηλία, αναισθησία, ή ακόμη και θάνατο.[34][35]
Ωστόσο, το τολουόλιο είναι πολύ λιγότερο τοξικό από το βενζόλιο, και ως επακόλουθο έχει αντικαταστήσει σε μεγάλο βαθμό το βενζόλιο ως αρωματικός διαλύτης στις χημικές συνθέσεις. Το γραφείο περιβαντολλογικής προστασίας των ΗΠΑ (US Environmental Protection Agency, EPA) δηλώνει ότι το δυναμικό καρκινογένεσης του τολουολίου δεν μπορεί να εκτιμηθεί εξαιτίας ανεπαρκής πληροφόρησης[36].
Το τολουόλιο χρησιμοποιήθηκε μερικές φορές ως ψυχαγωγικό εισπνευστικό, πιθανώς λόγω των ιδιοτήτων του για πρόκληση ευφορίας και αντικατάθλιψης.[38]
Βιοαποδόμηση
Πολλοί τύποι φυκιών, που περιλαμβάνουν τα είδη Cladophialophora, Exophiala, Leptodontium, Pseudeurotium zonatum και Cladosporium sphaerospermum, καθώς και κάποια είδη βακτηρίων μπορούν να αποδομήσουν τολουόλιο, χρησιμοποιώντας το ως πηγή άνθρακα και ενέργειας (δηλαδή ως τροφή).[39]
Πηγές
Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
↑Δείτε τις εναλλακτικές ονομασίες στον παρακείμενο πίνακα πληροφοριών χημικής ένωσης.
↑Hogan, C. Michael (2011), «Sulfur», στο: Jorgensen, A.; Cleveland, C. J., επιμ., Encyclopedia of Earth, Washington DC: National Council for Science and the Environment, http://www.eoearth.org/article/Sulfur?topic=49557, ανακτήθηκε στις 26 October 2012
↑Streicher, H. Z.; Gabow, P. A.; Moss, A.H.; Kono, D.; Kaehny, W. D. (1981). "Syndromes of toluene sniffing in adults". Annals of Internal Medicine 94 (6): 758–62. PMID 7235417.
↑Devathasan, G.; Low, D.; Teoh, P. C.; Wan, S. H.; Wong, P. K. (1984). "Complications of chronic glue (toluene) abuse in adolescents". Aust N Z J Med 14 (1): 39–43. doi:10.1111/j.1445-5994.1984.tb03583.x. PMID 6087782.
↑Hogan, C. Michael (2011), "Sulfur", in Jorgensen, A.; Cleveland, C. J., Encyclopedia of Earth, Washington DC: National Council for Science and the Environment, retrieved 26 October 2012 (σε μετάφραση): «Το θείο είναι αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό στο διθειάνθρακα, κάπως διαλυτό σε άλλους μη πολικούς οργανικούς διαλύτες όπως οι αρωματικοί (υδρογονάνθρακες) βενζόλιο και τολουόλιο.»
↑Devathasan G, Low D, Teoh PC, Wan SH, Wong PK (1984). «Complications of chronic glue (toluene) abuse in adolescents». Aust N Z J Med14 (1): 39–43. PMID6087782.
H. Deville (1841) "Recherches chimiques sur les résines; Premier mémoire" (Chemical investigations of resins; first memoir), Annales de Chimie et de Physique, 3rd series, 3 : 151-195. Deville names toluene on p. 170: "J'ai adopté, pour le corps qui m'occupe dans ce moment, le nom de benzoène, qui rappelle, dans les baumes dont il provient, ce caractère presque générique qui est de contenir de l'acide benzoïque." (I've adopted, for this substance that occupies me at the moment, the name benzoène, which recalls, in the balsams from which it comes, that character which is contained in benzoic acid.)
Jaime Wisniak (October 2013) "Auguste André Thomas Cahours," Educación Química, 24 (4) : 451–460.
↑Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
↑Ji, C.; Egolfopoulos, F.N. (2011). «Hydrogen Flame propagation of mixtures of air with binary liquid fuel mixtures». Proc. Comb. Inst.33: 955–961. doi:10.1016/j.proci.2010.06.085.
↑Merory, Joseph (1968). Food Flavorings: Composition, Manufacture and Use (2nd έκδοση). Westport, CT: AVI Publishing Company, Inc..