甲苯

甲苯（Methylbenzene，Toluene）为无色透明液体，有苯样气味，分子量92.14。易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.2%～7.0%（体积）。极微溶于水，与乙醇、乙醚、丙酮[tóng]等溶剂混溶。环境中的甲苯主要来自两个方面，一是自然来源，如火山爆发、森林火灾、原油和一些植物均能释放甲苯。二是人类活动制造的甲苯，如汽油、交通以及有机溶剂等。

发现历史

1836年，法国化学彼埃尔（Pierre，Josephe Walter 1788-1842）和波兰化学家瓦尔特（Walter，Phillipp1810—1847）第一次从干馏松脂中获得甲苯，1841年德维尔也从干馏南美出产的妥鲁香胶（tolubalsam）中取得甲苯。1848年，英国皇家化工学院的曼斯菲尔德（C.Mansfield）在德国人霍夫曼（A.W.Hofmann）指导下，首次从煤焦油中分离出甲苯，并获得专利权。甲苯也叫作“toluo”，这是早年煤焦油产品曾使用的名字，现在的名称是Toluene，国际纯化学及应用化学会（IUPAC）推荐的名字是Methylbenzene。

理化性质

物理性质

甲苯为无色透明液体，有苯样气味，分子量92.14。熔点-95℃，沸点110.6℃，自燃点633℃，密度0.866g/cm，开口状态下闪点7℃，汽化热38.016 kJ/mol，导热系数（20℃）142.8

10J/（cm·s·℃），生成热（25℃）12.02 kJ/mol，熔化热6.397 kJ/mol，易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.2%～7.0%（体积）。表面张力力（20°）为28.53

10N/cm，极微溶于水，与乙醇、乙醚、丙酮等溶剂混溶。粘度（20℃）为0.00058 Pa·s。

化学性质

歧化反应

甲苯在催化剂（主要是钼[mù]、铬、铂等）作用下，在反应温度为350～530℃，压力为1~1.5MPa时，能发生歧化反应生成苯和二甲苯。

歧化反应

硝化反应

甲苯的硝化反应比苯容易，几乎在室温下就能进行，并使硝基主要进入甲基的邻位或对位。

硝化反应

氧化反应

在液相空气氧化法中，用乙酸钴作催化剂，甲苯能被空气氧化为苯甲酸。

氧化反应

烷基化反应

以甲苯为主反应物，甲醇作为烷基化试剂，在催化剂的作用下可以生成二甲苯、苯乙烯或苯乙烷。

卤化反应

甲苯卤化时，使用不同的催化剂，生成的产物也不同。日光照射下，发生侧链甲基上的H被取代的反应，生成卤化苄[biàn]。如果用Fe等催化剂，则卤素取代苯环上的H，生成卤代甲苯。

卤化反应

磺化反应

甲苯与浓硫酸在加热条件下发生磺化反应，生成甲苯磺酸和水。

磺化反应

氢化反应

甲苯加氢过程是氢气在催化剂作用下，逐步把不饱和键加成为饱和键，生成甲基环己烷。

氢化反应

脱氢反应

甲苯可脱氢生成苄基，苄基再降解生成环戊二烯基，然后发生开环。甲苯也可与H原子发生本位取代加成直接生成苯，还可生成芳香烃氧化物，从而引起苯环不稳定而降解。

应用领域

印染领域

在印染领域，甲苯可以作为漂白布除油污剂，甲苯是良好的溶剂，能溶解油脂、蜡质、在印染上常用以洗除漂白布上的油污渍。

工业领域

工业上甲苯主要用作硝基纤维素涂料（硝基漆）的稀释剂。工业混合二甲苯溶剂由于其溶解性强，挥发速度适中，是聚氨酯[zhǐ]树脂的主要溶剂，也是涂料工业应用面最广、使用量最大的一种溶剂。

有机化工原料

甲苯是基本有机原料之一，大量用作提高辛烷值的汽油组分和多种用途的溶剂。甲苯由于冰点很低（－95℃），常可用作航空燃料及内燃机燃料的填加剂。从甲苯可以衍生许多种化工原料：例如脱烷基制苯、甲酚、苯甲酸、苯甲醚、苯甲醛、苯甲酸钠、氯化甲苯、混合二硝基甲苯、邻甲苯磺酰胺、甲苯磺酰氯、对硝基甲萃、邻甲苯胺和对甲苯磺酸钠等。这些原料可进一步制造合成纤维、TNT炸药、药物、食品和染料等。还可用于制石油4858和氯丁胶粘接剂等。

农业领域

在农药上，甲苯用以制敌敌畏、燕麦敌、杀虫胖、乐果、稻静、亚胺硫磷、甲胺磷和马拉松等。

生理作用

吸收、分布、排泄

吸收：在人体，经口摄入的甲苯几乎可完全在胃肠道吸收。在职业性接触中，甲苯主要经呼吸道进入身体。对全部甲苯的异构体而言，由肺吸收其蒸气的情况相同，总量达60%～70%，在整个的接触时期中，这个吸收量比较恒定。甲苯也可经皮肤吸收进入人体，其中溶液状态和蒸气状态都可以经皮吸收，但是甲苯蒸汽的吸收量与甲苯液体相比是微不足道的。分布：甲苯在动物体内的分布非常迅速，经呼吸道或经口摄入后在体内的分布类似。因为甲苯是脂溶性的，所以很快分布到脂肪组织及脂肪含量高的器官如脑、肝、肾，因此在暴露数分钟之内造成神经毒性。在血液流量高的器官中甲苯的半衰期为数分钟，而在脂肪组织中甲苯的半衰期则超过1h。排泄：甲苯在肝脏迅速被微粒体混合功能氧化酶系转化为苯甲醇、苯甲酸，后者与甘氨酸或葡萄糖醛酸结合，以马尿酸或苯甲酰葡萄糖苷酸的形式从尿中排出。亦有少量甲苯代谢后生成甲酚。在肺内，有部分被吸收的甲苯不经代谢以原形排出。

代谢及其产物

在人和动物体内，吸入的甲苯除3%～6%被直接呼出外，约有48%在体内被代谢其代谢终产物是马尿酸，经过肾排出体外。代谢的主要器官是肝脏，其次在脑、肺和肾等部位，甲苯在代谢过程中产生活性氧物质（ROS），脑区检测可发现海马等部位产生大量自由基，而谷胱甘肽等还原性物质减少。进入体内的甲苯有部分在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸转酶Ⅱ（NADP转酶Ⅱ）作用下被氧化为苯甲醇，苯甲醇经烟酰[xiān]胺腺嘌呤二核苷[gān]酸转酶I（NAD转酶I）进一步氧化为苯甲醛，再经氧化成为苯甲酸，然后在三磷酸腺苷（ATP）存在下与甘氨酸结合，以马尿酸的形式经肾脏随尿液排出。另有一小部分苯甲酸与葡萄糖醛酸结合生成苯甲酰葡萄糖醛酸经尿液排出。因为甲苯是由肝脏代谢，肝脏有疾病时甲苯的毒性会增加。而饮酒或服用水杨酸类的药物会因为跟甲苯竞争代谢的酶而增加甲苯的毒性。

毒性

毒性阈值

甲苯的急性毒性较低，大鼠经口LD₅₀为5500mg/kg，LC₅₀为17020mg/m，小鼠经口LD₅₀为8000mg/kg，LC₅₀为25900mg/m，除非事故等原因，一般不引起人的急性中毒。但是长期低浓度接触甲苯可致人的神经行为功能发生改变，当血液中甲苯浓度达到1250mg/m时，接触者的短期记忆能力、注意力持久性以及感觉运动速度均显著降低。嗅觉阀浓度为140mg/m。

中毒表现

甲苯具有较大毒性，对皮肤和黏膜刺激性大，对神经系统作用比苯强，长期接触有引起膀胱癌的可能，但甲苯能被氧化成苯甲酸，与甘氨酸生成马尿酸，能从尿中排出，故对血液并无毒害。空气中最高容许浓度：100mg/m。此外，幼儿比成年人更容易遭受苯系物的危害。成年人甲苯中毒：出现头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊，昏迷、乏力、睡眠障碍、记忆力减退等神经衰弱综合征的症状。男性可引起精子数目减少，不孕。育龄妇女长期吸入甲苯会导致月经失调。孕妇甲苯中毒：出现妊娠高血压综合征、妊娠剧吐及妊娠贫血等妊娠并发症，自然流产、死婴、婴儿畸形等严重后果。儿童甲苯中毒：头晕、恶心、胸闷、乏力、疲劳、智商低下、严重者会出现再生障碍性贫血、颗粒性白细胞消失症。

急性或亚急性毒性作用

当误食甲苯首先会觉得恶心，腹痛，紧接着出现呕吐、腹泻等症状；另外甲苯对于中枢神经有先兴奋后抑制的作用，所以少量时，人体会出现像喝醉酒一样茫茫的现象、头晕、同时心跳加快、兴奋、接着知觉迟钝、注意力无法集中、视觉模糊、步态不稳、运动失调、讲话不清，严重时会有麻醉感、昏迷，抽筋，甚至死亡。实验室检查：检查血液中的电解质、尿素氮、肌苷酸、肝功能相关的酵素，尿液检查，心电图及心律监视。暴露之后每3～6个月都要重复检查肝脏、神经心理的检查以评估是否有改善。

慢性毒性作用

慢性甲苯中毒在临床上有神经、脏器、生殖等系统的综合症状。神经系统：主要表现为头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊，昏迷、乏力、睡眠障碍、记忆力减退等神经衰弱综合征的症状。除了有上述症状外，长期接触的人还会出现各种幻觉，常见的是视幻觉及听幻觉，也会有脱离现实感，并有飘浮在空中，或在游泳的感觉，因此长期吸食会失去自我控制能力，而容易导致一些暴力危险行为，故有人将它归属幻觉剂。此外，在高浓度下，甲苯会造成神经麻痹现象。慢性的中毒，还会造成周边神经病变，如手脚麻痹无力和中枢神经系统病变，如智能减低、小脑平衡功能异常。身体脏器：高浓度下，甲苯会对心脏、肾脏等器官产生急性毒害，如：心律不齐、肾小管病变、体内酸碱及电解质失调，严重者可能骤然死亡。慢性的毒害会引起心肌病变、肾间质病变、肾衰竭及再生不良性贫血等永久性伤害。生殖系统：长期接触甲苯的孕妇，妊娠高血压综合征、妊娠呕吐及妊娠贫血等并发症的发病率显著增高，医学专家统计发现接触甲苯的实验室工作人员的自然流产率明显高于普通人。男性可引起精子数目减少，不孕。致癌性：各种体外实验表明，甲苯不具有遗传毒性。体内实验研究的结果也不能证实甲苯的遗传毒性。大鼠和小鼠的吸入实验未能发现甲苯致癌的证据。IARC鉴于甲苯对实验动物和人致癌性的资料尚不充分，将其归为第3组致癌物。

治疗

急救措施：此化学品如进入眼中，立即用水冲洗；如接触皮肤，脱去污染的衣着，迅速用肥皂和水洗净；如眼睛接触，提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗；如有人大量吸入，立即移离现场至新鲜空气处，必要时，进行人工呼吸；如误被吞服，给予医学注视，不诱致呕吐，请医生治疗。治疗方法：无特效治疗方法。可以给予葡萄糖醛酸或硫代硫酸钠以促进甲苯的排泄；如合并心、肾、肝、肺等器官的损害，处理原则按《职业性急性化学物中毒诊断标准（总则）》处理。慢性中毒主要是对症治疗。轻度中毒患者治愈后可恢复原工作；重度中毒惠者应调离原工作岗位，并根据病情恢复情况安排休息或工作。

预防

降低空气中的浓度。通过工艺改革和密闭通风措施，将空气中甲苯浓度控制在国家卫生标准以下：时间加权平均值为50mg/m，短时间接触容许浓度为100mg/m。加强对作业工人的健康检查，做好就业前和定期健康检查工作。作业工人还应该加强个人防护，如戴防毒口罩或使用送风式面罩。女工怀孕期或哺乳期必须调离作业，以免对胎儿产生不良影响。有神经系统器质性疾病、明显的神经衰弱综合征、肝脏疾病者不应从事接触甲苯的作业。

制备方法

原油催化重整

催化重整是在加热、氢压和催化剂存在的条件下，使原油蒸馏所得的轻汽油馏分（或石脑油）转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽油），并副产液化石油气和氢气的过程重整汽油可直接用做汽油的调和组分，也可经芳烃抽提制取甲苯。催化重整包括以下四种主要反应：①环烷烃脱氢；②烷烃脱氢环化；③异构化；④加氢裂化。反应①、②生成芳烃，同时产生氢气，反应是吸热的；反应③将经分子结构重排，为放热反应（热效应不大）；反应④使大分子烷烃断裂成较轻的烷烃和低分子气体，会减少液体收率，并消耗氢，反应是放热的。催化重整工艺流程包括四个部分，即原料油预处理、反应（再生）、芳烃抽取和芳烃精馏等。根据生产目的产品不同，重整的工艺流程有所不一样。当以生产高辛烷值汽油为目的时，其工艺流程主要有原料预处理和反应（再生）两个部分；当以生产轻质芳香烃为目的时，其工艺流程为上述的四个部分。催化重整反应部分工艺流程如下图所示。

原油催化重整工艺流程图

苯与甲醇烷基化制甲苯

苯与甲醇烷基化制甲苯是近年来的研究热点，该工艺不仅开辟了甲苯的生产路线，且拓宽了苯和甲醇的利用途径。在固定床微反装置上进行苯与甲醇的烷基化反应。将一定量的催化剂压片后研磨，置入不锈钢反应管中部，反应管底部放入石棉用于承托催化剂。采用双柱塞微量泵进料，苯和甲醇混合液与N₂混合后经预热段气化炉气化后进入反应管，原料经催化剂床层进行烷基化反应，反应后的产物由N₂携带进入冷凝罐，冷凝后的液体产品流入收集罐。

环境污染

污染源

环境中的甲苯主要来自两个方面，一是自然来源，自然界中的火山爆发、森林火灾、原油和一些植物均能释放甲苯。但人类活动制造的甲苯是最大的污染源，主要来自于汽油、交通以及有机溶剂，大部分直接进入环境空气中，少部分通过垃圾和石油污染等途径进入到水体和土壤中。人类活动制造的甲苯主要来源于以下方面：化工产品：甲苯在各种建筑材料的有机溶剂中大量存在，比如各种油漆的添加剂和稀释剂，一些防水材料的添加剂。在日常生活中，甲苯也用作装饰材料、人造板家具、黏合剂、空气消毒剂和杀虫剂的溶剂。因此，在新装修的居室内空气中，可以测定出高含量的甲苯。与汽油有关的排放：为了提高辛烷等级，甲苯常按5%~7%的浓度添加到汽油中，加油站空气中甲苯浓度平均0.71~2.63mg/m，最大为1.0~9.0mg/m，加油站顾客和下风向居民吸入量分别0.21~1.8mg（m·d）和0.23~1.1mg（m·d）。在生产、运输和使用汽油期间，大部分甲苯将释放进入环境。在中国首次汽车内环境污染情况调查活动中，调查结果显示，汽车内环境首要污染物质为甲苯。甲苯能被强氧化剂氧化，为一级易燃品。甲苯易挥发，由于空气的运动，使其广泛分布在环境中。食品行业的污染：市场上很多食品包装材料难以符合国家对食品安全、卫生、环保方面的要求，甲苯等芳烃类溶剂大量被使用。其中用于BOPP膜印刷的氯化聚丙烯油墨的量占到60%以上，而该体系的油墨溶剂和稀释溶剂中，苯类溶剂的量一般占50%左右。另外，在室内环境中吸烟也会产生的甲苯。使用甲苯的工厂，贮运过程中的意外事故也是甲苯的重要污染源。

污染的迁移、扩散、转化

甲苯具有挥发性，在环境中不易发生反应。由于空气的运动使其广泛分布在环境中，并且通过降雨和从水表面的蒸发使其在空气和水体之间不断地再循环，最终可能因生物和微生物的氧化而被降解。土壤中的甲苯大多通过挥发作用逸散到大气中，因此没有发现明显的污染区域。但长期使用石油的地方，甲苯的浓度较高。大气层内的甲苯和苯一样，在一段时间后会由空气中的羟基自由基完全分解，但甲苯进入大气层后会产生一定的光化学反应，对臭氧层有一定的破坏作用。甲苯在一般条件下性质十分稳定，但同酸或氧化剂却能激烈反应。在氧化反应中（如与酸性高锰酸钾溶液），甲苯能由苯甲醇、苯甲醛而最终被氧化为苯甲酸。在受热或光辐射条件下，甲苯可以和某些反应物（如溴）在甲基上进行自由基取代反应。

泄漏应急处理

迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其他惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，降低蒸气灾害。用防爆泵转移至专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。如有大量甲苯洒在地面上，应立即用砂土、泥块切断液体的蔓延；如倾倒在水里，应立即筑坝切断受污染水体的流动，或用围栏切断甲苯的蔓延扩散；如甲苯洒在土壤里，应立即收集被污染土壤，迅速转移到安全地带任其挥发。事故现场加强通风，蒸发残液，排除蒸气。

处置方法

土壤中的甲苯大多通过挥发作用逸散到大气中，因此没有发现明显的污染区域。但长期使用石油的地方，甲苯的浓度较高。土壤中的甲苯在有氧条件下降解很快，于无氧条件下也能降解。注意该物质对环境有严重危害，对空气、水环境及水源可造成污染，对鱼类和哺乳动物应给予特别注意。可被生物和微生物氧化降解。

安全事宜

危险性概述

健康危害：对皮肤、黏膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。环境危害：对环境有严重危害，对空气、水环境及水源可造成污染。燃爆危险：该品易燃，具刺激性。其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。流速过快，容易产生和积聚静电。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳。

消防措施

灭火方法：喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中产生声音，必须马上撤离。灭火剂：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。用水灭火无效。

相关法规

“易制毒化学品”是指国家规定管制的可用于制造麻醉药品和精神药品的化学原料及配剂，分为三类：第一类是可以用于制毒的主要原料；第二类、第三类是可以用于制毒的化学配剂，其中甲苯属于第三类易制毒化学品。易制毒化学品流入非法渠道可以用于制造毒品，尤其是制贩冰毒、摇头丸等，因此，加强对易制毒化学品生产、经营各环节的管理，可以从源头上控制易制毒化学品流人非法渠道制造毒品，从而减少毒品的供应。为此，中国有关部门制定了《易制毒化学品管理条例》《易制毒化学品购销和运输管理办法》《非药品类易制毒化学品生产、经营许可办法》等法律规范，确立了易制毒化学品的许可制度。《禁毒法》进一步重申了中国政府对易制毒化学品进行严格管理的精神，第21条第2款规定：“国家对易制毒化学品的生产、经营、购买、运输实行许可制度。”

参考资料

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