Tolueno

El tolueno (), también conocido como toluol (), es un hidrocarburo aromático sustituido. Es un líquido incoloro e insoluble en agua con el olor asociado con los diluyentes de pintura. Es un derivado del benceno monosustituido, que consta de un grupo metilo (CH₃) unido a un grupo fenilo. Como tal, su nombre sistemático IUPAC es metilbenceno. El tolueno se utiliza predominantemente como materia prima industrial y como disolvente.

Como solvente en algunos tipos de diluyentes de pintura, marcadores permanentes, cemento de contacto y ciertos tipos de pegamento, el tolueno a veces se usa como inhalante recreativo y tiene el potencial de causar daños neurológicos graves.

Historia

El compuesto fue aislado por primera vez en 1837 a través de una destilación de aceite de pino por el químico polaco Filip Walter, quien lo llamó rétinnaphte. En 1841, el químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville aisló un hidrocarburo del bálsamo de Tolú (un extracto aromático del árbol colombiano tropical Myroxylon balsamum), que Deville reconoció como similar al de Walter's < i>rétinnaphte y al benceno; por eso llamó al nuevo hidrocarburo benzoeno. En 1843, Jöns Jacob Berzelius recomendó el nombre toluin. En 1850, el químico francés Auguste Cahours aisló de un destilado de madera un hidrocarburo que reconoció como similar al benzoeno de Deville y que Cahours denominó tolueno.

Propiedades químicas

El tolueno reacciona como un hidrocarburo aromático normal en sustitución aromática electrófila. Debido a que el grupo metilo tiene mayores propiedades de liberación de electrones que un átomo de hidrógeno en la misma posición, el tolueno es más reactivo que el benceno frente a los electrófilos. Sufre sulfonación para dar ácido p-toluenosulfónico y cloración por Cl2 en presencia de FeCl3 para dar isómeros orto y para de clorotolueno.

Es importante destacar que la cadena lateral de metilo en el tolueno es susceptible a la oxidación. El tolueno reacciona con permanganato de potasio para producir ácido benzoico y con cloruro de cromilo para producir benzaldehído (reacción de Étard).

Los enlaces C-H del grupo metilo en el tolueno son bencílicos, lo que significa que son más débiles que los enlaces C-H en los alcanos más simples. Como reflejo de esta debilidad, el grupo metilo en el tolueno sufre halogenación en condiciones de radicales libres. Por ejemplo, cuando se calienta con N-bromosuccinimida (NBS) en presencia de AIBN, el tolueno se convierte en bromuro de bencilo. La misma conversión puede efectuarse con bromo elemental en presencia de luz ultravioleta o incluso luz solar.

El tolueno también se puede bromar tratándolo con HBr y H₂O₂ en presencia de luz.

C₆H₅CH₃ + Br₂ → C₆H₅CH₂Br + HBr

C₆H₅CH₂Br + Br₂ → C₆H₅CHBr₂ + HBr

El grupo metilo en el tolueno sufre desprotonación solo con bases muy fuertes; se estima que su pKa es de aproximadamente 41. La hidrogenación completa del tolueno da metilciclohexano. La reacción requiere una alta presión de hidrógeno y un catalizador.

Miscibilidad

El tolueno es miscible (soluble en todas las proporciones) con etanol, benceno, éter dietílico, acetona, cloroformo, ácido acético glacial y disulfuro de carbono, pero inmiscible con agua.

Producción

El tolueno se encuentra naturalmente en niveles bajos en el petróleo crudo y es un subproducto en la producción de gasolina por un reformador catalítico o craqueador de etileno. También es un subproducto de la producción de coque a partir del carbón. La separación final y la purificación se realizan mediante cualquiera de los procesos de destilación o extracción con solvente utilizados para los compuestos aromáticos de BTX (isómeros de benceno, tolueno y xileno).

Otras rutas preparatorias

El tolueno se puede preparar mediante una variedad de métodos. Por ejemplo, el benceno reacciona con metanol en presencia de un ácido sólido para dar tolueno:

${displaystyle {ce {C6H6 + CH3OH - confianza[t^o]C6H5CH3 + H2O}}$

Usos

Precursor del benceno y xileno

El tolueno se utiliza principalmente como precursor del benceno a través de la hidrodesalquilación:

C₆H₅CH₃ + H₂ → C₆H₆ + CH₄

La segunda aplicación clasificada implica su desproporción a una mezcla de benceno y xileno.

Nitración

La nitración de tolueno da mono-, di- y trinitrotolueno, todos los cuales son ampliamente utilizados. El dinitrotolueno es el precursor del diisocianato de tolueno, que se utiliza en la fabricación de espuma de poliuretano. El trinitrotolueno es el explosivo típicamente abreviado TNT.

Oxidación

El ácido benzoico y el benzaldehído se producen comercialmente por oxidación parcial de tolueno con oxígeno. Los catalizadores típicos incluyen naftenatos de cobalto o manganeso.

Disolvente

El tolueno es un disolvente común, p. para pinturas, diluyentes de pintura, selladores de silicona, muchos reactivos químicos, caucho, tinta de impresión, adhesivos (pegamentos), lacas, curtidores de cuero y desinfectantes.

Combustible

El tolueno se puede utilizar como potenciador de octanaje en combustibles de gasolina para motores de combustión interna, así como en combustible para aviones. El tolueno al 86 % por volumen alimentó todos los motores turboalimentados de la Fórmula Uno durante la década de 1980, cuyo pionero fue el equipo Honda. El 14% restante era un "relleno" de n-heptano, para reducir el octanaje y cumplir con las restricciones de combustible de Fórmula Uno. El tolueno al 100% se puede utilizar como combustible tanto para motores de dos como de cuatro tiempos; sin embargo, debido a la densidad del combustible y otros factores, el combustible no se vaporiza fácilmente a menos que se precaliente a 70 °C (158 °F). Honda resolvió este problema en sus autos de Fórmula Uno enrutando las líneas de combustible a través de un intercambiador de calor, extrayendo energía del agua en el sistema de enfriamiento para calentar el combustible.

En Australia, en 2003, se descubrió que el tolueno se había combinado ilegalmente con gasolina en puntos de venta de combustible para la venta como combustible vehicular estándar. El tolueno no incurre en impuestos especiales sobre el combustible, mientras que otros combustibles están gravados con más del 40 %, lo que proporciona un mayor margen de beneficio para los proveedores de combustible. No se ha determinado el grado de sustitución del tolueno.

Aplicaciones de nicho

En el laboratorio, el tolueno se usa como solvente para nanomateriales de carbono, incluidos nanotubos y fullerenos, y también se puede usar como indicador de fullereno. El color de la solución de tolueno de C₆₀ es púrpura brillante. El tolueno se usa como cemento para kits de poliestireno fino (al disolver y luego fusionar las superficies), ya que se puede aplicar con mucha precisión con brocha y no contiene la mayor parte de un adhesivo. El tolueno se puede usar para romper glóbulos rojos abiertos para extraer hemoglobina en experimentos de bioquímica. El tolueno también se ha utilizado como refrigerante por sus buenas capacidades de transferencia de calor en trampas frías de sodio utilizadas en circuitos de sistemas de reactores nucleares. El tolueno también se había utilizado en el proceso de eliminación de la cocaína de las hojas de coca en la producción de jarabe de Coca-Cola.

Toxicología y metabolismo

Los efectos ambientales y toxicológicos del tolueno se han estudiado ampliamente. La inhalación de tolueno en niveles bajos a moderados puede causar cansancio, confusión, debilidad, acciones de tipo ebrio, pérdida de la memoria, náuseas, pérdida del apetito, pérdida de la audición y pérdida de la visión cromática. Algunos de estos síntomas suelen desaparecer cuando se detiene la exposición. La inhalación de altos niveles de tolueno en poco tiempo puede causar mareos, náuseas o somnolencia, pérdida del conocimiento e incluso la muerte. Sin embargo, el tolueno es mucho menos tóxico que el benceno y, como consecuencia, lo reemplazó en gran medida como solvente aromático en la preparación química. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) afirma que el potencial cancerígeno del tolueno no puede evaluarse debido a la información insuficiente. En 2013, las ventas mundiales de tolueno ascendieron a unos 24 500 millones de dólares estadounidenses.

Al igual que muchos otros disolventes, como el 1,1,1-tricloroetano y algunos alquilbencenos, se ha demostrado que el tolueno actúa como un antagonista no competitivo del receptor NMDA y un modulador alostérico positivo del receptor GABAA. Además, se ha demostrado que el tolueno muestra efectos similares a los antidepresivos en roedores en la prueba de nado forzado (FST) y la prueba de suspensión de la cola (TST), probablemente debido a sus propiedades antagonistas de NMDA.

El tolueno se usa a veces como un inhalante recreativo ("olfatear pegamento"), probablemente debido a sus efectos eufóricos y disociativos.

El tolueno inhibe los canales iónicos excitadores, como el receptor NMDA, el receptor de acetilcolina nicotínico y el receptor de serotonina 5-HT3. También potencia la función de los canales iónicos inhibidores, como los receptores GABAA y de glicina. Además, el tolueno interrumpe los canales de calcio dependientes de voltaje y los canales iónicos dependientes de ATP.

Uso recreativo

El tolueno se usa como inhalante intoxicante de una manera no prevista por los fabricantes. Las personas inhalan productos que contienen tolueno (por ejemplo, diluyente de pintura, cemento de contacto, pegamento para modelos, etc.) por su efecto intoxicante. La posesión y el uso de tolueno y productos que lo contienen están regulados en muchas jurisdicciones, con la supuesta razón de impedir que los menores obtengan estos productos con fines de drogas recreativas. A partir de 2007, 24 estados de EE. UU. tenían leyes que penalizaban el uso, la posesión con la intención de usar y/o la distribución de dichos inhalantes. En 2005, la Unión Europea prohibió la venta general de productos que contuvieran más de un 0,5 % de tolueno.

Biorremediación

Varios tipos de hongos, incluidos Cladophialophora, Exophiala, Leptodontidium (sin. Leptodontium), Pseudeurotium zonatum y Cladosporium sphaerospermum, y ciertas especies de bacterias pueden degradar el tolueno usándolo como fuente de carbono y energía.