Нафтален

Нафтален
Назва за IUPAC	біцикло[4.4.0]дека-1,3,5,7,9-пентен
Інші назви	нафталін, камфорна смола, біла смола, albocarbon, antimite, moth flakes
Ідентифікатори
Номер CAS	[1] 91-20-3
PubChem	[1] 931
Номер EINECS	202-049-5
KEGG	C00829
ChEBI	16482
RTECS	QJ0525000
SMILES	c1ccc2ccccc2c1
InChI	1/C10H8/c1-2-6-10-8-4-3-7-9(10)5-1/h1-8H
Номер Бельштейна	1421310
Номер Гмеліна	3347
Властивості
Молекулярна формула	C10H8
Молярна маса	128,17 г/моль
Зовнішній вигляд	Білі кристали або пластівці, характерний різкий запах
Густина	1,15 г/см³
Тпл	80.26
Ткип	218
Розчинність (вода)	31 мг/л
Небезпеки
ЛД50	533 мг/кг (миші, орально)
ГГС піктограми
ГГС формулювання небезпек	H228, H302, H351, H410
ГГС запобіжних заходів	P201, P202, P264, P270, P273, P281, P301+P312, P308+P313 , P330, P391, P405, P501
R-фрази	R22, R40, R50/53
S-фрази	S2, S36/37/39, S45, Шаблон:S46, S60, S61
Головні небезпеки	легкозаймистий, чутливий до удару, можливий канцероген. Пил може утворювати вибухонебезпечні суміші з повітрям
NFPA 704	2 2 0
Температура спалаху	80 °C
Температура самозаймання	540 °C
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Нафталéн, також нафталíн — найпростіший представник вуглеводнів з конденсованими ароматичними кільцями.

Історія

Був відкритий у кам’яновугільній смолі А. Гарденом в 1819 р. Елементний склад його встановив О. А. Воскресенський у 1838 році, структурну формулу запропонував Е. Ерленмейєр у 1866 році, а К. Гребе підтвердив її хімічним шляхом у 1868 році.

Фізичні властивості

Біла кристалічна речовина, дуже летка та легко сублімується.

Сублімація нафталену

Отримання

Нафтален отримують з кам'яновугільної смоли, його вміст у фракції 210-230°C досягає 40%.

Продукти риформінгу нафти містять багато метилнафталену. З нього нафтален можна отримати при гідродеметилюванні: приєднанні водню, коли один атом приєднується до метильної групи, утворюючи метан, а інший — до нафталенового ядра з утворенням нафталену. Реакцію проводять при температурі 750°С у присутності каталізаторів — кобальту або молібдену.

Нафтален також утворюється при конденсації бензену та ацетилену:

${\displaystyle {\ce {C6H6 + 2C2H2 -> C10H8 +H2}}}$

Ще один спосіб отримання — дієновий синтез. При взаємодії 1,4-бензохінону з бутадієном утворюється тетрагідронафтохінон. Спочатку його дегідрують (утворюється 1,4-нафтохінон), а далі відновлюють воднем у присутності платини.

Хімічні властивості

Будова молекули

Молекула нафталіну складається з двух конденсованих бензольних кілець. Атоми карбону у молекулі нафталену нумеруются наступним чином:

Атоми карбону, які не зв'язані з атомами гідрогену, не нумеруються, тому що до них не може приєднатися замісник.

Будова нафталену виражається резонансними структурами:

З резонансних структур видно, що не всі зв'язки є рівними. Наприклад, у двох з трьох резонансних структур зв'язок С2-С3 є одинарним, а в одній - подвійним. А зв'язок С1-С2 у двох структурах подвійний, а в одній - одинарний, тому він є більш ненасиченим за С2-С3.

Це підтверджується довжинами зв'язків: відомо, що довжина зв'язку С1-С2 дорівнює 135,6 пм, а зв'язку C2-C3 - 142,5 пм, а чим коротший зв'язок, тим більша його ненасиченість.

Усе це свідчить про те, що нафтален є менш ароматичним, ніж бензен, деякі зв'язки є більш ненасиченими. Через це нафтален легше вступає у реакції приєднання.

Реакції

Нафталіну найбільш притаманні реакції електрофільного заміщення.

Електрофільне заміщення

Переважно заміщується в α-положення (1,4,5,8 атоми карбону), оскільки так при делокалізації позитивного заряду, який утворюється при приєднанні електрофіла до ненасиченого зв'язку, ароматична структура іншого кільця не порушується. Також, у α-положеннях є надлишок електронної густини, тобто вони є нуклеофільними. При β-заміщенні позитивний заряд може переходити до іншого ядра, і його структура перетвориться на хіноїдну.

Галогенування

Галогенування проходить дуже легко. При бромуванні, наприклад, утворюється α-бромонафтален, а при надлишку брому утворюється суміш 1,4- та 1,5- дибромонафталенів. Реакція галогенування проходить при 50-70°С за механізмом приєднання-відщеплення: спочатку молекула галогену приєднується (у положення 1,4), а потім відбувається дегідрогалогенування.

При застосуванні таких каталізаторів, як FeCl₃, галогенування проходить за механізмом електрофільного заміщення:

${\displaystyle {\ce {C10H7-H + Cl2 + FeCl3 -> [C10H7-HCl]+ + FeCl4-}}}$

${\displaystyle {\ce {[C10H7-HCl]+ + FeCl4- ->C10H7-Cl + HCl + FeCl3}}}$

При цьому у кінцевому продукті 90-95% α-ізомеру.

Нітрування

Нітрування проводять 100% нітратною кислотою у присутності сульфатної кислоти при 50-60°С. Вміст β-нафталену не перевищує 5%. Друга нітрогрупа заміщує атом гідрогену у іншому кільці, у положеннях 5 (33% ) та 8 (67%), оскільки нітрогрупа є електроноакцепторною і дезактивує перше кільце.

Сульфування

При сульфуванні за температури 80°С утворюється α-нафталенсульфонова кислота, яка при нагріванні до 160°С переходить у β-ізомер.

Це пов'язано з тим, що α-ізомер утворюється з більшою швидкістю, проте β-ізомер є більш стабільним. При 80°С напрямок реакції залежить від швидкості, тобто це умови кінетичного контролю. За умов термодинамічного контролю утворюється біль стійка β-нафталенсульфонова кислота.

Ацилювання

Ацилюється нафтален легше за бензен та толуен. Каталізатором може бути хлорид алюмініюю. Який утворюється ізомер — залежить від розчинника: при застосуванні сірковуглецю утворюється α-ізомер, а при застосуванні нітробензену — β-ізомер.

Нуклеофільне заміщення

Для реакцій нуклеофільного заміщення також характерне утворення переважно α-похідних. Похідні нафталену вступають у ці реакції краще, ніж сам нафтален. Може взаємодіяти з амідом натрію (NaNH₂), що невластиво незаміщеному бензену.

Приєднання

Внаслідок меншої ароматичності та більшої ненасиченості порівняно з бензеном, нафтален легше, ніж бензен, входить до реакцій приєднання. Водень приєднує у присутності нікелю. При 200°С утворюється 1,2,3,4 - тетрагідронафталін (тетралін), а при 300°С всі зв'язки насичуються.

Може також приєднувати дієнофіли.

Окиснення

Окиснюється нафтален легше, ніж бензен. Під дією хромової суміші при 25°C утворюється 1,4-нафтохінон. При окисненні 2-метилнафталену окиснюється лише ядро, а CH₃-група залишається, на відміну від толуену.

У присутності оксиду ванадію(V) утворюється фталевий ангідрид:

Застосування

Свого часу нафтален застосовували як інсектицид, зокрема, для боротьби з міллю: одяг для тривалого зберігання пересипали нафталеном. Звідси походить фразеологізм «витягти з нафталіну».

У XXI сторіччі нафтален знаходить основне застосування в хімічному синтезі як сировина для отримання фталевого ангідриду, декаліну, тетраліну, нафтолів, нафтиламінів тощо, в синтезі азобарвників, поверхнево-активних речовин, репелентів, пластифікаторів.

Токсичність

Нафтален подразнює очі, вдихання нафталену призводить до гемолізу. У важких випадках зв'являється гемоглобінурія (поява гемоглобіну у сечі) та метгемоглобінемія (поява великої кількості метгемоглобіну у крові).

За класифікацією IARC, належить до канцерогенів групи 2B.

п о р Вуглеводні Насичені аліфатичні Алкани CnH2n+2 лінійні Метан Етан Пропан Бутан Пентан Гексан Гептан Октан Нонан Декан Ундекан Додекан Тридекан Тетрадекан Пентадекан Гексадекан Гептадекан Октадекан Нонадекан Ейкозан Генейкозан Докозан Трикозан Тетракозан Пентакозан Гексакозан Гептакозан Октакозан Нонакозан Триаконтан Гентріаконтан Дотриаконтан Гектан розгалужені Ізобутан Ізопентан 3-Метилпентан Неопентан Ізогексан Ізогептан Ізооктан Ізононан Ізодекан Циклоалкани моно Циклопропан Циклобутан Циклопентан Циклогексан Циклогептан Циклооктан Циклононан Циклодекан Алкілциклоалкани Метилциклопропан Метилциклобутан Метилциклопентан Метилциклогексан Ізопропілциклогексан Дициклоалкани Хаусан Норборнан Декалін Поліциклоалкани Адамантан Стеран Кубан Призман Додекаедран Баскетан Пагодан Твістан Ненасичені аліфатичні C=C Алкени CnH2n лінійні Етилен Пропілен Бутен Пентен Гексен Гептен Октен Нонен Децен розгалужені Ізобутилен Ізопентен Неопентен Ізогексен Ізогептен Ізооктен Ізононен Ізодецен Циклоалкени моно Циклопропен Циклобутен Циклопентен Циклогексен Циклогептен Циклооктен Циклононен Циклодецен Алкілциклоалкени Метилциклопропен Метилциклобутен Метилциклопентен Метилциклогексен Ізопропілциклогексен Дициклоалкени Норборнен Алкадієни Пропадієн Бутадієн Ізопрен C≡C Алкіни CnH2n-2 лінійні Етин Пропін Бутин Пентин Гексин Гептин Октин Нонін Децин розгалужені Ізобутин Ізопентин Неопентин Ізогексин Ізогептин Ізооктин Ізононін Ізодецин Циклоалкіни Циклопропін Циклобутин Циклопентин Циклогексин Циклогептин Циклооктин Циклононін Циклодецин інші Алкатрієни Алкадіїни Алкеніли Кумулени Вінілацетилен Діацетилен Каротин Арени інші Бензен Дифеніл Дифенілметан Трифенилметан Тетрафенилметан Алкілбензени Толуен Ксилен Етилбензен Пропілбензен Кумен Стирен Фенілацетилен Мезитилен Псевдокумол Індан Поліциклічні арени Ацени Нафталін Антрацен Тетрацен Пентацен Гексацен Гептацен Циркулени Коранулен Коронен Гептациркулен Кекулен інші Азулен 1-Метилнафталін Сапоталін Аценафтен Аценафтилен Флуорен Фенален Фенантрен Бензоантрацен Бензо(a)флуорен Бензо(c)фенантрен Хризен Флуорантен Пірен Трифенілен Трициклобутабензен Бенз(е)ацефенантрилен Бензапірен Бензопірен Бензо(е)пірен Бензо(а)флуорантен Бензо(b)флуорантен Бензо(j)флуорантен Бензо(k)флуорантен Дибенз(a,h)антрацен Дибенз(a,j)антрацен Олимпіцен Перилен Піцен Тетрафенілен Антантрен Бензо(ghi)перилен Дикоронілен Диінденоперилен Геліцени Овален Зетрен Інші Анулени Циклобутадієн Циклооктатетраєн Циклодекапентаєн Циклотетрадекагептаєн Циклододекагексаєн Ануліни (Арин) Аліциклічні сполуки