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ナフタレンは化学式C 10 H 8の有機化合物です。白色の結晶性固体で、低濃度でも特徴的な臭いが感知できます。0.08 ppm 。[ 14 ]芳香族炭化水素であるナフタレンの構造は、ベンゼン環が融合した2つの環から成り、単純で比較的対称的な多環芳香族炭化水素（PAH）である。[ 15 ]これは、伝統的な防虫剤の主成分である。
アレクサンダー・ガーデンは、 1819年に石炭タールの蒸留物から「樟脳と安息香酸に似た銀色の固体」を結晶化させたことを初めて報告した。[ 16 ]他の資料では、この発見はガーデンによるものとされている。[ 17 ]ガーデンの論文が提出されてから2日後、ウィリアム・トーマス・ブランデが論文を提出し、ジョン・キッドがそれに続いて「同じ固体をより長く徹底的に調査し、炭素と少量の水素から構成されていることを発見した」。ガーデンとブランデの別々の発見はどちらも1820年に発表された。 [ 18 ] 1821年、ジョン・キッドはこの物質の多くの性質と製造方法を説明した。彼は、石炭タールを含むさまざまな揮発性可燃性液体炭化水素混合物の広義の用語であるナフサの一種から派生したため、ナフタレンという名前を提案した。[ 19 ]ナフタレンの化学式は、1826年にマイケル・ファラデーによって決定された。
2つのベンゼン環が融合した構造は、 1866年にエミール・エルレンマイヤーによって提唱され、3年後にカール・グレーベによって確認された。 [ 20 ] [ 21 ]
ナフタレン分子は、2つのベンゼン環の融合と見なすことができる。（有機化学では、環が2つ以上の原子を共有している場合、環は融合している。）2つの環で共有されていない8つの炭素原子は、それぞれ1つの水素原子を持っている。誘導化合物の標準的なIUPAC命名法の目的のために、これらの8つの原子は、共有されている炭素原子に隣接する炭素原子から始めて、分子の周囲に沿って1から8まで順番に番号が付けられる。共有されている炭素原子は、4a（4と5の間）と8a（8と1の間）とラベル付けされる。[ 22 ]
この分子はベンゼンと同様に平面構造である。ベンゼンとは異なり、ナフタレンの炭素-炭素結合の長さは均一ではない。C1-C2、C3-C4、C5-C6、C7-C8の結合は約1.37 Å (137 pm)の長さであるのに対し、他の炭素-炭素結合は約1.42 Å (142 pm)の長さである。X線回折によって確認されたこの差は、ナフタレンの原子価結合モデル、特に交差共役の定理と一致する。[ 23 ]この定理によれば、ナフタレンはジエンに結合した芳香族ベンゼン単位であるが、ジエンとは広範囲に共役していない（少なくとも基底状態では）と記述され、これは3つの共鳴構造のうち2つと一致する。
この共鳴により、この分子は共有炭素対の平面、C2-C3結合とC6-C7結合を二等分する平面、および炭素原子の平面に対して左右対称性を持つ。したがって、等価な水素原子は2組存在する。1、4、5、8番のα位置と、2、3、6、7番のβ位置である。モノ置換ナフタレンには、α位置またはβ位置での置換に対応する2つの異性体が存在する可能性がある。
2つの縮合芳香環を持つナフタレンの構造異性体には、5-7の縮合環系を持つアズレンと、4-8の縮合環系を持つビシクロ[6.2.0]デカペンタエンがある。 [ 24 ]
純粋な結晶性ナフタレンは室温で中程度の絶縁体であり、抵抗率は約10 12 Ω・m 。融解すると抵抗率は1000分の1以下に低下し、約4 × 10⁸ Ω・m 。液体および固体の両方において、抵抗率は温度によって次のように変化します。
ここで、ρ 0 (Ω·m) および ( eV ) は定数パラメータであり、kはボルツマン定数 (8.617 × 10 −5 eV/K )、Tは絶対温度 (K) です。固体中のパラメータEは 0.73 です。ただし、固体は100 K (−280 °F; −173 °C)未満で半導体特性を示します。[ 5 ] [ 25 ]
求電子芳香族置換反応では、ナフタレンはベンゼンよりも容易に反応します。例えば、ナフタレンの塩素化と臭素化は触媒なしで進行し、それぞれ1-クロロナフタレンと1-ブロモナフタレンを生成します。同様に、ベンゼンとナフタレンの両方がフリーデル・クラフツ反応条件を使用してアルキル化できますが、ナフタレンは硫酸またはリン酸触媒を使用してアルケンまたはアルコールとの反応によっても容易にアルキル化できます。[ 26 ]
無水塩化アルミニウムはナフタレンと反応してポリマーを生成する。このポリマーでは、各ナフタレンモノマーの1つの環が芳香族性を失い、1位と4位で他のモノマーと結合する。[ 27 ]
位置選択性の観点から、求電子剤はα位を攻撃する。α置換に対するβ置換の選択性は、中間体の共鳴構造によって説明できる。α置換中間体の場合、7つの共鳴構造を描くことができ、そのうち4つは芳香環を保持している。β置換の場合、中間体は6つの共鳴構造しか持たず、そのうち芳香族性を持つのは2つだけである。スルホン化により、速度論的生成物として「α」生成物であるナフタレン-1-スルホン酸が、熱力学的生成物としてナフタレン-2-スルホン酸が生成する。1-異性体は25 ℃（77 °F）で主に生成し、2-異性体は160 ℃（320 °F）で主に生成する。1- および2-スルホン酸を生成するスルホン化は容易に起こる。
さらにスルホン化すると、ジスルホン酸、トリスルホン酸、テトラスルホン酸が得られる。
アルカリ金属と反応すると、ナフタレンはナフタレンナトリウム、Na + [ C 10 H 8 ] −などの暗青緑色のラジカルアニオン塩を形成する。ナフタレンアニオンは強力な還元剤である。[ 28 ]
ナフタレンは金属触媒の存在下で高圧下で水素化され、テトラリン（C 10 H 12 ）が得られる。さらに水素化するとデカリン（C 10 H 18）が得られる。[ 29 ]
五酸化バナジウム（V 2 O 5）を触媒としてO 2で酸化すると、無水フタル酸が得られる：[ 30 ]
この反応はナフタレンの主な用途の基礎となっている。酸化は従来の化学量論的クロム酸塩または過マンガン酸塩試薬を使用しても行うことができる。[ 31 ]
1960年代から1990年代にかけては、精製過程で重質石油留分から相当量のナフタレンが生産されていたが、現在では主にコールタールから生産されている。[ 32 ] 2023年現在世界のナフタレン市場は225万トンであった。[ 33 ]
ナフタレンは、コールタールの最も豊富な単一成分です。[ 34 ]コールタールの組成は石炭の種類と処理によって異なりますが、典型的なコールタールは重量で約10%のナフタレンです。[ 35 ]工業的には、コールタールの蒸留により、約50%のナフタレンと12種類の他の芳香族化合物を含む油が得られます。[ 34 ]この油は、酸性成分（主にさまざまなフェノール）を除去するために水酸化ナトリウム水溶液で、塩基性成分を除去するために硫酸で洗浄された後、分留されてナフタレンが分離されます。このプロセスから得られる粗ナフタレンは、重量で約95%のナフタレンです。主な不純物は、硫黄を含む芳香族化合物であるベンゾチオフェン（2%未満）、インダン（0.2%）、インデン（2%未満）、およびメチルナフタレン（2%未満）です。石油由来のナフタレンは通常、コールタール由来のものよりも純度が高い。必要に応じて、粗ナフタレンはさまざまな溶媒からの再結晶によってさらに精製することができ、その結果、重量比で99%のナフタレンが得られ、これは80 ℃（176 °F）（融点）と呼ばれる。[ 26 ]
ナフタレンとそのアルキル同族体は、クレオソートの主要成分である。
微量のナフタレンは、モクレンや一部のシカ、そして台湾シロアリによって生成され、シロアリは「アリ、有毒菌、線虫」に対する忌避剤としてナフタレンを生成している可能性がある。[ 36 ]内生菌であるMuscodor albusのいくつかの株は、さまざまな揮発性有機化合物の中にナフタレンを生成するが、Muscodor vitigenus はほぼナフタレンのみを生成する。[ 37 ]
ナフタレンは主に誘導体化学物質の原料として使用される。ナフタレンの最大の用途は無水フタル酸の工業生産であるが、無水フタル酸はo-キシレンからも多く製造されている。
ナフタレンは燻蒸剤として使用されてきました。かつては防虫剤の主成分でしたが、現在では1,4-ジクロロベンゼンなどの代替品に取って代わられています。ナフタレンペレットを密閉容器に入れると、ナフタレン蒸気が蓄積し、繊維を食害する多くの蛾の成虫と幼虫の両方に有毒なレベルに達します。ナフタレンのその他の燻蒸剤としての用途としては、土壌燻蒸殺虫剤としての使用、屋根裏部屋での昆虫やフクロネズミなどの動物の忌避[ 38 ]、博物館の保管庫の引き出しや戸棚での害虫による内容物の保護などがあります。
溶融ナフタレンは、難溶性芳香族化合物の優れた溶解媒体となる。多くの場合、ジクロロベンゼン、ベンゾニトリル、ニトロベンゼン、デュレンなどの他の高沸点溶媒よりも効率的である。C 60とアントラセンの反応は、還流ナフタレン中で簡便に行われ、1:1のディールス・アルダー付加物が得られる。[ 39 ]ヒドロポルフィリンの芳香族化は、 DDQのナフタレン溶液を用いて達成されている。[ 40 ]
多くのナフタレンスルホン酸とスルホン酸塩は有用である。ナフタレンスルホン酸は、 1-ナフトールと2-ナフトールの合成、さまざまな染料、顔料、ゴム加工薬品、その他の化学薬品や医薬品の前駆体として使用される。[ 26 ]また、合成ゴムや天然ゴム、農薬、染料、鉛蓄電池のプレートの分散剤としても使用される。アームストロング酸などのナフタレンジスルホン酸は、CFTなどの医薬品塩の前駆体および形成に使用される。
アミノナフタレンスルホン酸は、多くの合成染料の合成における前駆体である。
アルキルナフタレンスルホン酸塩（ANS）は、水性媒体中でコロイド系を効果的に分散させる非洗剤系界面活性剤（湿潤剤）として、多くの工業用途で使用されています。主な商業用途としては、農業化学工業における湿潤性粉末製剤や湿潤性顆粒製剤（ドライフローアブル製剤）へのANSの使用、および繊維・布地工業における漂白・染色工程におけるANSの湿潤性および消泡性の使用が挙げられます。
ナフタレンスルホン酸ポリマーの中には、高強度コンクリートの製造に使用される超可塑剤や、石膏ボードの製造における減水剤として使用されるものがある。 [ 41 ]
これらは、ナフタレンスルホン酸をホルムアルデヒドで処理した後、水酸化ナトリウムまたは水酸化カルシウムで中和することによって製造される。
多くのアゾ染料はナフタレンから製造される。有用な農薬にはナフトキシ酢酸が含まれる。[ 26 ]
ナフタレンの水素化により、テトラヒドロナフタレン（テトラリン）とデカヒドロナフタレン（デカリン）が得られ、これらは低揮発性溶媒として使用される。テトラリンは水素供与性溶媒として使用される。[ 26 ]
ナフタレンをプロピレンでアルキル化すると、ジイソプロピルナフタレンの混合物が得られ、これはインク用の不揮発性液体として有用である。[ 26 ]
置換ナフタレンは、プロプラノロール（ベータ遮断薬）やナブメトン（非ステロイド性抗炎症薬）などの医薬品として利用されている。
ナフタレンの高い揮発性から、いくつかの用途が生まれています。高多孔性研削砥石の製造において人工的な細孔を作るために使用され、質量昇華を用いた熱伝達の工学的研究に使用され、冷ガス衛星スラスタ用の昇華性推進剤として研究されています。[ 42 ] [ 43 ]
大量のナフタレンに曝露すると、赤血球が損傷または破壊される可能性があり、これは、約4億人が罹患しているグルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ（G6PD）欠損症として知られる遺伝性疾患を持つ人に最も多く見られます。 [ 45 ] [ 46 ]人間、特に子供は、ナフタレンを含む防虫剤や消臭剤を摂取した後に、溶血性貧血として知られる状態を発症しています。症状には、疲労、食欲不振、落ち着きのなさ、青白い肌などがあります。大量のナフタレンに曝露すると、錯乱、吐き気、嘔吐、下痢、血尿、黄疸（肝機能障害による皮膚の黄色化）を引き起こす可能性があります。[ 47 ]
米国国家毒性プログラム（NTP）は、雄雌のラットとマウスを2年間平日にナフタレン蒸気に曝露させる実験を行った。[ 48 ]雄雌ラットはともに、鼻の腺腫と神経芽腫の発生率の増加という発がん性の証拠を示した。雌マウスは肺胞腺腫と細気管支腺腫の発生率の増加に基づく発がん性の証拠を示したが、雄マウスは発がん性の証拠を示さなかった。
国際がん研究機関（IARC）は、ナフタレンをヒトおよび動物に対して発がん性がある可能性のある物質（グループ2B）に分類しています。[ 49 ] IARCはまた、急性曝露によりヒト、ラット、ウサギ、マウスに白内障が生じること、経口または吸入曝露後、あるいは妊娠中の母親の曝露後に、小児および乳児に溶血性貧血（上記参照）が発生する可能性があることを指摘しています。ナフタレンを含む防虫剤および一部の芳香剤の発がん性作用の可能性のあるメカニズムが特定されています。[ 50 ] [ 51 ]
防虫剤やナフタレンを含むその他の製品は、 2008年以来EU内で禁止されている。[ 52 ] [ 53 ]
中国では、防虫剤へのナフタレンの使用は禁止されている。人体への危険性と天然樟脳の一般的な使用が禁止の理由として挙げられている。[ 54 ]
ナフタレンは米国で商業的に生産されているPAHです。