Il benzonitrile è un composto organico con formula C7H5N. È un liquido incolore con un odore dolce di mandorle amare. È usato principalmente come precursore della resina benzoguanamina.
Sommario
1. Proprietà fisiche del benzonitrile
La seguente tabella riassume le proprietà fisiche del benzonitrile.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Formula | C7H5N |
| Massa molecolare | 103,1 |
| Colore | liquido incolore |
| Odore | odore di mandorla |
| Punto di ebollizione | 190,7 °C |
| Punto di fusione | -12,8 °C |
| Densità relativa (acqua = 1) | 1,0 g/cm3 (20 °C) |
| Indice di rifrazione | 1,53056 (15 °C) |
| Solubilità in acqua, g/100ml a 22 °C | 0,1-0,5 (scarsa) |
| Solubilità in solventi organici | Miscibile |
| Pressione di vapore, Pa a 25 °C | 102 |
| Densità relativa del vapore (aria = 1) | 3,6 |
| Punto di infiammabilità | 75 °C |
| Capacità termica | 1,840 J/g/K |
| Calore di vaporizzazione | 46 kJ/mol |
| Calore di formazione | -155 kJ/mol |
| Calore di combustione | 3063 kJ/mol |
| Temperatura di autoaccensione | 550 °C |
| Limiti di esplosività, vol% in aria | 1,4-7,2 |
| Coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua come log Pow | 1,56 |
2. Reazioni chimiche del benzonitrile
Il benzonitrile è un liquido incolore stabile all’aria e alla luce.
È un potente solvente che dissolve poli(cloruro di vinile), resine di poli(acetato di vinile), polistirene, poli(metacrilato) e nitrocellulosa. Tuttavia, non dissolve polietilene, poliammide, poli(alcol vinilico) o fluoropolimeri.
Il benzonitrile può essere idrolizzato ad acido benzoico e ammoniaca in presenza di una base o di un acido forte.
L’idrogenazione del benzonitrile produce benzilammina e dibenzilammina.
La reazione del benzonitrile con un reattivo di Grignard, come il bromuro di metilmagnesio (CH3MgBr), in presenza di etere secco fornisce un prodotto di addizione che, per idrolisi acida, produce acetofenone.
La reazione procede come segue:
- Il reagente di Grignard si aggiunge al triplo legame carbonio-azoto nel benzonitrile, formando un’immina.
- L’immina viene idrolizzata dall’acido, rompendo il legame carbonio-azoto e formando un chetone.
3. Produzione di benzonitrile
Il benzonitrile è prodotto dall’ammossidazione in fase vapore del toluene, che è la reazione del toluene con l’ammoniaca in presenza di ossigeno.
La reazione viene in genere eseguita ad alte temperature (450 °C) e pressioni (10-20 atm) su un catalizzatore, come il complesso tungsteno-manganese. La reazione è altamente esotermica, con un calore di reazione di -256 kJ/mol.
I catalizzatori tradizionali per l’ammossidazione del toluene sono vanadio e molibdeno, ma questi catalizzatori soffrono di bassa selettività e grave decomposizione dell’ammoniaca. Un catalizzatore complesso tungsteno-manganese mostra prestazioni migliori, con una selettività fino all’87,4%.
La reazione viene eseguita in un reattore a letto fisso. La concentrazione di toluene nel flusso di alimentazione è in genere 1,5 vol %. Il rapporto tra ammoniaca e toluene è 4:1 con un tempo di contatto di 2,4 s. La reazione converte il 97% del toluene e il 30% dell’ammoniaca. Il prodotto grezzo, che contiene ammoniaca, acido cianidrico, toluene e altobollenti, viene purificato per distillazione.
Il benzonitrile può anche essere prodotto da acido benzoico e ammoniaca. Questa reazione viene eseguita in fase vapore a 400-410 °C su allumina o in fase liquida a 225-245 °C.
Altri metodi per produrre benzonitrile includono:
- Ammossidazione in fase liquida del toluene in presenza di un catalizzatore di bromuro di cobalto o manganese
- Condensazione deidrogenativa di alcol benzilico o benzaldeide con ammoniaca
- Reazione ad alta temperatura del toluene con protossido di azoto
- Cianazione del benzene con cloruro di cianogeno o dicianogeno
4. Usi del benzonitrile
Il benzonitrile è una sostanza chimica versatile con una varietà di usi. È un precursore di molte altre sostanze chimiche, tra cui la benzoguanamina che si ottiene dalla reazione del benzonitrile con dicianodiammide in presenza di una base forte.
La benzoguanamina reagisce con formaldeide o alcoli per produrre una resina termoindurente resistente al calore che viene utilizzata in una varietà di applicazioni, tra cui rivestimenti, adesivi e compositi.
Altri usi del benzonitrile includono:
- Solvente per una varietà di composti organici
- Reagente nella sintesi organica
- Intermedio nella produzione di prodotti farmaceutici e pesticidi
- Ritardante di fiamma
- Agente aromatizzante
5. Tossicologia e pericoli
5.1. Tossicologia
Il benzonitrile, pur presentando una tossicità inferiore rispetto ai nitrili alifatici, ha la capacità di essere assorbito attraverso la pelle, il che può portare a effetti avversi come convulsioni tissutali e paralisi nervosa.
I seguenti dati tossicologici forniscono informazioni sui suoi potenziali pericoli:
Esposizione orale:
- Ratto: LDLo (dose letale, bassa) – 720 mg/kg
- Topo: LD50 (dose letale, mortalità 50%) – 971 mg/kg
Esposizione per inalazione:
- Ratto: LCL0 (concentrazione letale, bassa) – 950 ppm
- Topo: LC50 (concentrazione letale, mortalità 50%) – 1800 mg/m³
Esposizione intraperitoneale (i.p.):
- Topo: LD50 – 400 mg/kg
Esposizione sottocutanea (s.c.):
- Coniglio: LDL0 (dose letale, bassa) – 200 mg/kg
Esposizione cutanea:
- Coniglio: LD50 – 1250 mg/kg
- Irritazione cutanea: moderata
5.2. Pericoli
Il benzonitrile presenta alcuni pericoli acuti che richiedono un’attenta considerazione:
Incendio ed esplosione
La sostanza è combustibile e, in caso di incendio, rilascia fumi o gas sia irritanti che potenzialmente tossici. A temperature superiori a 75 °C, c’è il rischio di formazione di miscele esplosive di vapore/aria.
Le fiamme libere devono essere rigorosamente evitate. Per operazioni che superano i 75 °C, si consiglia di utilizzare un sistema chiuso insieme a una ventilazione adeguata.
Le misure antincendio devono includere l’uso di agenti estinguenti idonei come polvere, AFFF (schiuma acquosa filmogena), schiuma e anidride carbonica. In caso di incendio, si consiglia di mantenere i contenitori freschi applicando acqua nebulizzata.
Prevenzione della formazione di nebbia: è fondamentale prendere precauzioni per prevenire la formazione di nebbia, poiché l’esposizione a tale nebbia può causare effetti negativi sulla salute.
5.3. Sintomi di esposizione
L’esposizione al benzonitrile può causare i seguenti sintomi:
Inalazione: confusione, mal di testa, respiro affannoso, nausea, perdita di coscienza, vomito e debolezza sono potenziali sintomi. Per mitigare i rischi di inalazione, è necessario adottare una ventilazione adeguata, sistemi di scarico locali o protezioni respiratorie personali. In caso di esposizione, spostare l’individuo interessato all’aria aperta e farlo riposare. Nei casi gravi, potrebbe essere necessaria la respirazione artificiale e si dovrebbe cercare immediatamente assistenza medica.
Pelle: il contatto con la pelle può causare arrossamenti. Per prevenire l’esposizione della pelle, si raccomandano guanti e indumenti protettivi. In caso di contatto, gli indumenti contaminati devono essere rimossi e la zona cutanea interessata deve essere accuratamente risciacquata con abbondante acqua o con una doccia. Si consiglia di consultare un medico.
Occhi: arrossamenti e dolore sono potenziali sintomi correlati agli occhi. Si deve indossare un’adeguata protezione per gli occhi, come occhiali di sicurezza combinati con protezione respiratoria. In caso di contatto con gli occhi, gli occhi devono essere risciacquati con abbondanti quantità di acqua per diversi minuti. Se l’individuo indossa lenti a contatto, devono essere rimosse prima di risciacquare. È necessaria un’immediata assistenza medica.
Ingestione: i sintomi correlati all’ingestione possono essere simili a quelli derivanti dall’esposizione per inalazione. Per prevenire l’ingestione, è essenziale non mangiare, bere o fumare durante il lavoro che coinvolge il benzonitrile. In caso di ingestione, la bocca deve essere sciacquata e la persona deve riposare. È necessario cercare prontamente assistenza medica.
È di fondamentale importanza rispettare le misure di sicurezza appropriate quando si lavora con il benzonitrile, tra cui la prevenzione dell’esposizione, l’uso corretto di dispositivi di protezione individuale (DPI) e l’immediata assistenza medica in caso di sintomi o incidenti correlati all’esposizione.
Riferimenti
- “Benzoic Acid and Derivatives”, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a03_555
- http://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.display?p_card_id=1103&p_version=2&p_lang=en
