苯乙烯

苯乙烯
IUPAC名
Phenylethene
別名 乙烯基苯
識別
CAS號 100-42-5
SMILES
RTECS WL3675000
性質
化學式 C8H8
摩爾質量 104.15 g·mol⁻¹
外觀 無色油狀液體
密度 0.909 g/cm3
熔點 -30 ℃ (243.15 K)
沸點 145 ℃ (418.15 K)
溶解性( < 1%
折光度n
D
1.5469
黏度 0.762 cP(68 ℉)
結構
偶極矩 0.13 D
危險性
MSDS MSDS
R/S術語 R: 10-36 S: 38-20-23
主要危害 易燃,有毒
NFPA 704
NFPA 704.svg
3
2
2
 
閃點 31 ℃
相關物質
相關芳香化合物 乙苯
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

苯乙烯也被稱為乙烯基苯,是用取代乙烯的一個氫原子形成的有機化合物。室溫下,苯乙烯是一種具有甜味的粘稠易揮發液體,但苯乙烯濃度過高時,氣味就會變得令人不愉快。苯乙烯中,乙烯基的電子與苯環共軛。苯乙烯不溶於水,溶於乙醇乙醚中,暴露於空氣中逐漸發生聚合氧化。工業上是合成樹脂、離子交換樹脂合成橡膠等的重要單體。於2010年,苯乙烯被生產了約2500萬噸(550億磅)。[1]

發現歷史

自然界中,苯乙烯極少量地存在於一些植物及其果實中(如肉桂咖啡豆花生),同時,煤焦油中也存在有苯乙烯。最初,在19世紀,苯乙烯由蒸餾蘇合香脂分離得到[2]

應用

20世紀30年代,實現了通過乙苯脫氫反應進行工業化生產苯乙烯[2]。在20世紀40年代期間,美國的苯乙烯產量急劇增加,苯乙烯被大量用於合成橡膠的生產。

由於苯乙烯中存在烯基,因此苯乙烯可以發生加聚反應,典型的產品包括聚苯乙烯ABS丁苯橡膠等多種產品。這些材料被廣泛用於橡膠、塑料、絕緣材料、玻璃纖維、汽車、船體、食物容器和地毯的生產。

生產

工業上,苯乙烯由乙苯為原料進行生產。而乙苯可以通過乙烯的烷基化來大量生產[3]

乙苯的催化脫氫

最為普遍的生產苯乙烯的方法便是以乙苯為原料進行催化脫氫。乙苯被混入其本身10-15倍體積的高溫水蒸氣中,通過固相催化床來實現脫氫。絕大多數的催化劑是摻入一定量氧化鉀碳酸鉀氧化鐵

StyreneProduction.svg 

水蒸氣在該生產過程中扮演了很重要的角色:高溫水蒸氣為該吸熱反應提供了大量熱量,並通過水煤氣反應除去積累在催化劑表面的焦炭,避免了催化劑中毒,而的存在促進了該除焦炭反應。水蒸氣也極大稀釋了反應物與生成物,使反應平衡向生成產物的方向移動。反應的主要副產物是甲苯

乙苯和苯乙烯的沸點相當接近(136℃和145℃),因此這兩者的分離需要較高的蒸餾塔和較高的回流比。在蒸餾溫度下,苯乙烯易發生聚合反應,為解決這個問題,早期生產中會向反應釜中加入來抑制聚合反應。20世紀70年代中,發展出了包含硝化苯酚的自由基抑制劑。最近,也有許多新的添加劑出現,但由於硝化苯酚較為廉價,硝化苯酚仍被廣泛使用。

提高反應物轉化率和減少剩餘的乙苯是研究苯乙烯生產路線中很重要的課題。

利用乙苯的氧化反應

苯乙烯也通過POSM法進行商業化生產,以乙苯和丙烯為原料,得到苯乙烯和環氧丙烷。在該生產路線中,乙苯被氧氣氧化生成乙苯的過氧化物,之後,該過氧化物被用來氧化丙烯,得到1-苯基乙醇和環氧丙烷。最終,1-苯基乙醇脫水後就可以得到苯乙烯。

Synthesis of Styrene 

實驗室製備

實驗室中,一般利用肉桂酸脫羧反應製備苯乙烯[4]。苯乙烯最早就是由該法製備得到[5]

對健康的影響

苯乙烯被視為「危險性物質」,尤其是在接觸眼睛,而且在接觸皮膚,吸入和食入,據一些消息來源。[3][6][7][8]

美國環保局形容苯乙烯為「可疑致癌物」[9]和懷疑對胃腸道,腎臟和呼吸系統有害的毒素。

參考文獻

  1. ^ New Process for Producing Styrene Cuts Costs, Saves Energy, and Reduces Greenhouse Gas Emissions, U.S. Department of Energy.
  2. ^ 2.0 2.1 Denis H. James; William M. Castor, Styrene, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 7th, Wiley: 1, 2007 
  3. ^ 3.0 3.1 >Denis H. James William M. Castor, 「Styrene」 in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005.
  4. ^ Abbott, T. W.; Johnson, J. R. (1941). "Phenylethylene (Styrene)". Org. Synth.; Coll. Vol. 1: 440. 
  5. ^ R. Fittig und F. Binder 「Ueber die Additionsproducte der Zimmtssaure」 in 「Untersuchungen über die ungesättigten Säuren. I. Weitere Beiträge zur Kenntnifs der Fumarsäure und Maleïnsäure」 by Rudolph Fittig, Camille Petri, Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1879, volume 195, p 56-179. doi:10.1002/jlac.18791950103
  6. ^ MSDS. Material Safety Data Sheet Styrene (monomer) MSDS. MSDS. 1 November 2010 [2011-06-11]. 
  7. ^ US EPA. OPPT Chemical Fact Sheets (Styrene) Fact Sheet: Support Document (CAS No. 100-42-5) (PDF). US EPA. December 1994 [2011-06-11]. 
  8. ^ http://www.atsdr.cdc.gov/tfacts53.pdf
  9. ^ [1] US environmental protection agency. Section I.B.4 relates to neurotoxicology.