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つの有機化合物のいずれかです。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て生成されます。どの水素が置換されるかによって、3つの構造異性体のどれが生じるかが決まります。キシレンは無色で可燃性で、わずかに油っぽい液体で、工業的に大きな価値があります。^[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。4つの化合物の分子式は C ₈ H ₁₀です。通常、4つの化合物はさまざまな触媒改質法と熱分解法によって一緒に生成されます。^[4]

キシレンは、接触改質やコークス燃料の製造における石炭の炭化によって生成される重要な石油化学物質です。また、発生源に応じて、原油中に約 0.5～1% の濃度で存在します。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芳香族化合物 (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る。^{[3] 2011年、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た。^[5]

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）によって木タール成分として発見され、初めて単離され命名されました。^[6]

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、最大 20% ずつの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]}異性体の比率は、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。

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、パラ異性体の融点は、結晶構造に容易に詰め込まれるため、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、水よりも密度が低くなります。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出され、0.53 ～ 1.8 ppm の水で味がします。^[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、94.5℃で沸騰する。 ^[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]異なる異性体の錯体は、互いに劇的に異なる特性を持つことが多い。^[13]

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な前駆物質であり、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-キシレン生産の98％、生産されるキシレンの半分は、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前駆物質です。イソフタル酸の需要は比較的少ないため、m-キシレンが求められることはめったにありません（したがって、o-およびp-異性体への変換の有用性もほとんどありません）。

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]塗料やワニスを薄める際には、乾燥を遅らせたい場合にトルエンの代わりに使用することができ、そのため美術品の保存家が溶解性試験に使用しています。 ^{[16]同様に、}鋼、シリコンウェーハ、集積回路などの洗浄剤でもあります。歯科では、キシレンを使用して、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ことができます。石油産業では、キシレンはパラフィン溶剤の一般的な成分でもあり、チューブがパラフィンワックスで詰まったときに使用されます。

キシレンは、実験室では反応容器を冷却するためのドライアイスの浴槽を作るのに使用され、^[17]また、光学顕微鏡の顕微鏡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ます。^[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す。^[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ます。染色後、顕微鏡スライドはカバーガラスでマウントする前にキシレンに入れられます。

大規模な用途の1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]

一般的に、キシレンでは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種類の反応が起こる。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、ハロゲン化により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）となり、モノ臭素化により催涙ガス剤であるキシリル臭化物が生じる。酸化とアンモ酸化もメチル基を標的とし、ジカルボン酸とジニトリルを生成する。求電子剤は芳香族環を攻撃し、クロロキシレンとニトロキシレンを生成する。^[3]

キシレンは可燃性ですが、急性毒性は中程度で、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（CNS）の抑制であり、頭痛、めまい、吐き気、嘔吐などの症状が現れる。100 ppm の暴露では、吐き気や頭痛が起こる可能性がある。200～500 ppm の暴露では、ハイになる感覚、めまい、脱力感、イライラ、嘔吐、反応時間の遅れなどの症状が現れる可能性がある。^{[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、永久的な損傷を引き起こすことはありません。長期曝露は、頭痛、易刺激性、うつ病、不眠症、興奮、極度の疲労、震え、難聴、集中力の低下、短期記憶喪失を引き起こす可能性があります。^{[22] [説明が必要]}慢性溶剤誘発性脳症と呼ばれる症状は、一般に「有機溶剤症候群」として知られており、キシレン曝露と関連しています。これらの影響の調査において、キシレンを他の溶剤曝露から分離す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物質でもあり、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問題を避けるために、不浸透性の手袋とマスク、必要に応じて呼吸器の使用が推奨されます。^[20]

キシレンは代謝されてメチル馬尿酸になる。^{[28] [29]メチル馬尿酸の存在はキシレンへの曝露を判定するための}バイオマーカーとして使用できる。^{[29] [30]}

• アルキルベンゼン
• C2-ベンゼン
• 水素化脱アルキル化
• トランスアルキル化
• キシレンシアノール

ウィキメディア・コモンズには、キシレンに関連するメディアがあります。

• ヒュー・チザム編 (1911)。「キシレン」 。ブリタニカ百科事典(第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。
• NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド ( o-キシレン)
• NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド ( m-キシレン)
• NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド ( p-キシレン)
• キシレン、危険有害性要約 (EPA) (混合異性体)
• 耳毒、シナジスト、アメリカ産業衛生協会、2018年11月