3つのキシレン異性体：o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン

有機化学において、キシレンまたはキシロール（ギリシャ語 のξύλον （キシロン） 「木」に由来。[ 1 ] [ 2 ] IUPAC名：ジメチルベンゼン）は、化学式(CH 3 ) 2 C 6 H 4で表される3種類の有機化合物のいずれかである。これらはベンゼン環の2つの水素原子がメチル基に置換されたことで生成する。どの水素が置換されるかによって、3種類の構造異性体のうちどれが生じるかが決まる。キシレンは無色で可燃性、わずかに油っぽい液体であり、工業的に大きな価値を持つ。[ 3 ]

この混合物はキシレンとも呼ばれ、より正確にはキシレン類とも呼ばれます。混合キシレンとは、キシレン類とエチルベンゼンの混合物を指します。これら4つの化合物は、分子式が C 8 H 10で同一です。通常、これら4つの化合物は、様々な接触改質法や熱分解法によって同時に生成されます。 [ 4 ]

発生と生成

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キシレンは、接触改質法やコークス燃料の製造における石炭の乾留によって生成される重要な石油化学物質です。原油にも、発生源に応じて約0.5～1%の濃度で含まれています。ガソリンや航空機燃料にも少量含まれています。

キシレンは主に、改質油として知られる接触改質の生成物から抽出されたBTX芳香族 (ベンゼン、トルエン、キシレン)の一部として生成されます。

年間数百万トンが生産されています。[ 3 ] 2011年に、国際コンソーシアムがシンガポールで世界最大級のキシレン工場の建設を開始しました。[ 5 ]

歴史

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キシレンは1850年にフランスの化学者オーギュスト・カウル（1813-1891）によって木タールの成分として発見され、初めて単離され命名されました。[ 6 ]

工業生産

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キシレンはトルエンとベンゼンのメチル化によって生成される。[ 3 ] [ 7 ]市販または実験室グレードのキシレンには通常、約40～65%のm-キシレンと、それぞれ最大20%のo-キシレン、p-キシレン、エチルベンゼンが含まれる。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]異性体比は、特許取得済みのUOP- Isomarプロセス[ 11 ]、またはキシレン自体またはトリメチルベンゼンとのトランスアルキル化によって、高価値のp-キシレンに有利になるようにシフトすることができる。これらの変換はゼオライトによって触媒される。[ 3 ]

ZSM-5は、現代のプラスチックの大量生産につながるいくつかの異性化反応を促進するために使用されます。

プロパティ

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キシレンの異性体の物理的性質はわずかに異なります。融点は、-47.87 °C (-54.17 °F) ( m-キシレン) から 13.26 °C (55.87 °F) ( p-キシレン) の範囲です。通常、パラ異性体は結晶構造に容易に詰まるため、融点がはるかに高くなります。各異性体の沸点は約140 °C (284 °F) です。各異性体の密度は約0.87 g/mL (7.3 lb/US gal; 8.7 lb/imp gal) で、水よりも密度が低いです。キシレンの臭いは、0.08～3.7 ppm (空気100万部あたりのキシレン部) という低濃度でも検知され、0.53～1.8 ppm の水では味を感じることができます。[ 9 ]

キシレンは水や様々なアルコールと共沸混合物を形成する。水との共沸混合物はキシレンが60%含まれ、沸騰温度は94.5℃である。 [ 3 ]多くのアルキルベンゼン化合物と同様に、キシレンは様々なハロカーボンと錯体を形成する。[ 12 ]異なる異性体間の錯体は、しばしば互いに大きく異なる性質を示す。[ 13 ]

アプリケーション

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p-キシレンは、テレフタル酸とジメチルテレフタレートの主原料であり、どちらもポリエチレンテレフタレート（PET）プラスチックボトルやポリエステル衣料品の製造に使用されるモノマーです。p-キシレン生産量の98% 、そして全キシレン生産量の半分は、このように消費されています。[ 10 ] [ 14 ] o-キシレンは無水フタル酸の重要な原料です。イソフタル酸の需要は比較的少ないため、m-キシレンはほとんど求められません（したがって、 o-およびp-異性体への変換は有用です）。

溶剤用途および工業用途

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キシレンは印刷、ゴム、皮革産業で溶剤として使用されています。インク、ゴム、接着剤の一般的な成分です。[ 15 ]塗料やワニスの希釈には、乾燥を遅らせたい場合にトルエンの代替として使用できるため、美術品の保存修復士は溶解性試験に使用しています。 [ 16 ]同様に、鋼鉄、シリコンウエハー、集積回路などの洗浄剤としても使用されます。歯科では、歯内療法（根管治療）に使用される材料であるガッタパーチャを溶解するためにキシレンが使用されています。石油産業では、パラフィンワックスでチューブが詰まった場合に使用されるパラフィン溶剤の成分としてもキシレンがよく使用されています。

実験室での使用

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キシレンは、実験室ではドライアイスを用いて反応容器を冷却するための槽を作る際に使用されるほか、[ 17 ] 、光学顕微鏡の対物レンズから合成浸漬油を除去するための溶媒としても使用される。[ 18 ]組織学では、キシレンは最も広く使用されている透明化剤である。[ 19 ]キシレンは、染色前に乾燥した顕微鏡スライドからパラフィンを除去するために使用される。染色後、顕微鏡スライドはカバーガラスで封入する前にキシレンに浸される。

他の化合物の前駆体

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大規模な用途の一つとして、パラキシレンはテレフタル酸に変換されます。オルトキシレンの主な用途は、可塑剤として使用されるフタル酸エステルの前駆体です。メタキシレンは、アルキド樹脂の成分であるイソフタル酸誘導体に変換されます。[ 3 ]

化学的性質

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キシレンは一般的に、メチル基が関与する反応と環のC–H結合が関与する反応の2種類の反応を起こします。メチル基のC–H結合はベンジル基であるため弱く、ラジカル反応を起こしやすく、ハロゲン化によって対応するキシレンジクロリド（ビス（クロロメチル）ベンゼン）が生成します。一方、モノ臭素化によって催涙ガス剤である臭化キシリルが生成します。メチル基は酸化とアンモ酸化によっても標的となり、ジカルボン酸とジニトリルが生成します。求電子剤は芳香環を攻撃し、クロロキシレンとニトロキシレンを生成します。[ 3 ]

健康と安全

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キシレンは可燃性ですが、急性毒性は低く、動物に対するLD50は200～5000 mg/kgです。ラットの経口LD50は4300 mg/kgです。解毒の主なメカニズムは、メチル安息香酸への酸化とヒドロキシレンへの水酸化です。[ 3 ]

キシレン蒸気を吸入した場合の主な影響は中枢神経系の抑制であり、頭痛、めまい、吐き気、嘔吐などの症状が現れます。100ppmの曝露では、吐き気や頭痛が起こる可能性があります。200～500ppmの曝露では、「ハイ」な気分、めまい、脱力感、イライラ、嘔吐、反応時間の遅延などの症状が現れることがあります。[ 20 ] [ 21 ]

低濃度キシレン（ 200 ppm未満）への曝露による副作用は可逆的であり、永続的な損傷を引き起こすことはありません。長期曝露では、頭痛、易刺激性、抑うつ、不眠症、興奮、極度の疲労、震え、難聴、集中力の低下、短期記憶障害などの症状が現れることがあります。 [ 22 ] [要説明]慢性溶剤誘発性脳症（一般に「有機溶剤症候群」として知られる）は、キシレン曝露と関連付けられています。これらの影響の検討において、キシレンと他の溶剤曝露を区別できる情報はほとんどありません。[ 20 ]

聴覚障害もキシレンへの曝露と関連していることが、実験動物を用いた研究[ 23 ] [ 24 ]と臨床研究[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]の両方で示されている。

キシレンは皮膚刺激性があり、皮膚の油分を奪い、他の化学物質の浸透性を高めます。キシレンへの曝露による職業上の健康被害を防ぐため、不浸透性の手袋とマスク、そして必要に応じて呼吸器系保護具の使用が推奨されます。[ 20 ]

キシレンはメチル馬尿酸に代謝される。[ 28 ] [ 29 ]メチル馬尿酸の存在はキシレンへの曝露を決定するためのバイオマーカーとして使用することができる。 [ 29 ] [ 30 ]

参照

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参考文献

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  1. ^ ξύλον .リデル、ヘンリー・ジョージ;スコット、ロバート;ペルセウス・プロジェクトのギリシャ語-英語辞典.
  2. ^ ハーパー、ダグラス。「キシレン」。オンライン語源辞典。
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  7. ^ Martindale, David C. および Kuchar, Paul J.,脱水素環化およびメチル化による軽質脂肪族炭化水素からのキシレンの製造、米国特許番号 5,043,502、1991年8月27日。2012年4月28日にアクセス。
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