ANTHRACÈNE: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, TOXICITÉ ET UTILISATIONS - CHIMIE - 2024

L' anthracène est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) qui est formé par la fusion de trois cycles benzéniques. C'est un composé incolore, mais sous l'irradiation de la lumière ultraviolette, il acquiert une couleur bleue fluorescente. L'anthracène se sublime facilement.

C'est un solide blanc (image du bas), mais il peut également apparaître sous forme de cristaux monocliniques incolores, avec une légère odeur aromatique. L'anthracène solide est pratiquement insoluble dans l'eau et est partiellement soluble dans les solvants organiques, en particulier le disulfure de carbone, CS ₂.

Cristaux d'anthracène. Source: Leiem via Wikipedia.

Il a été découvert en 1832 par August Laurent et Jean Dumas, utilisant du goudron comme matière première. Ce matériau continue d'être utilisé dans la production d'anthracène, car il contient 1,5% du composé aromatique. Il peut également être synthétisé à partir de la benzoquinone.

Il se trouve dans l'environnement en tant que produit de la combustion partielle d'hydrocarbures fossiles. Il a été trouvé dans l'eau potable, dans l'air atmosphérique, dans les échappements de véhicules automobiles et dans la fumée de cigarette. Il est répertorié par l'EPA (United States Environmental Protection Agency) des polluants environnementaux les plus importants.

L'anthracène est dimérisé par l'action de la lumière ultraviolette. De plus, il est hydrogéné en 9,10-dihydroanthracène par l'action du zinc, maintenant l'aromaticité des cycles benzéniques restants. Il est oxydé en anthraquinone par réaction avec du peroxyde d'hydrogène.

En frottant, il peut émettre de la lumière et de l'électricité, s'assombrissant par exposition au soleil.

Il est utilisé comme intermédiaire dans la production d'encres et de colorants, comme l'alizarine. Il est utilisé dans la protection du bois. Il est également utilisé comme agent insecticide, acaricide, herbicide et rodenticide.

Structure de l'anthracène

Les trois anneaux aromatiques de l'anthracène. Source: Jynto

L'image du haut montre la structure de l'anthracène représentée avec un modèle de sphères et de barres. Comme on peut le voir, il existe trois cycles aromatiques à six carbones; ce sont des cycles benzéniques. Les lignes pointillées indiquent l'aromaticité présente dans la structure.

Tous les carbones ont une hybridation sp ², donc la molécule est dans le même plan. Par conséquent, l'anthracène peut être considéré comme une petite feuille aromatique.

Notons également que les atomes d'hydrogène (les sphères blanches), sur les côtés, sont pratiquement exposés à une série de réactions chimiques.

Forces intermoléculaires et structure cristalline

Les molécules d'anthracène interagissent à travers les forces de diffusion de Londres et empilent leurs anneaux les uns sur les autres. Par exemple, on peut voir que deux de ces "feuilles" se rejoignent et que les électrons de leur nuage π bougent (les centres aromatiques des anneaux), ils parviennent à rester ensemble.

Une autre interaction possible est que les hydrogènes, avec une certaine charge partielle positive, sont attirés vers les centres négatifs et aromatiques des molécules d'anthracène voisines. Et par conséquent, ces attractions exercent un effet directionnel qui oriente les molécules d'anthracène dans l'espace.

Ainsi, l'anthracène est ordonné de telle manière qu'il adopte un modèle structurel à longue portée; et par conséquent, il peut cristalliser dans un système monoclinique.

Vraisemblablement, ces cristaux présentent des colorations jaunâtres en raison de leur oxydation en anthraquinone; qui est un dérivé de l'anthracène dont le solide est jaune.

Propriétés

Noms chimiques

-Anthracène

-Paranaphtalène

-Anthracine

-Huile verte

Formule moléculaire

C ₁₄ H ₁₀ ou (C ₆ H ₄ CH) ₂.

Poids moléculaire

178,234 g / mol.

Description physique

Solide blanc ou jaune pâle. Cristaux monocliniques produits de recristallisation dans l'alcool.

Couleur

Lorsque l'anthracène pur est incolore. Avec la lumière jaune, les cristaux jaunes fluorescent avec une couleur bleue. Il peut également présenter certains tons jaunâtres.

Odeur

Doux aromatique.

Point d'ébullition

341,3 ° C

Point de fusion

216 ° C

point d'allumage

250 ° F (121 ° C), tasse fermée.

Solubilité dans l'eau

Pratiquement insoluble dans l'eau.

0,022 mg / L d'eau à 0 ºC

0044 mg / L d'eau à 25ºC.

Solubilité dans l'éthanol

0,76 g / kg à 16 ° C

3,28 g / kg à 25 ° C Notez comment il est plus soluble dans l'éthanol que dans l'eau à la même température.

Solubilité dans l'hexane

3,7 g / kg.

Solubilité dans le benzène

16,3 g / L. Sa plus grande solubilité dans le benzène montre sa grande affinité pour lui, car les deux substances sont aromatiques et cycliques.

Solubilité du disulfure de carbone

32,25 g / L.

Densité

1,24 g / cm ³ à 68 ° F (1,25 g / cm ³ à 23 ° C).

Densité de vapeur

6,15 (par rapport à l'air pris comme référence égale à 1).

La pression de la vapeur

1 mmHg à 293 ° F (sublime). 6,56 x 10 ^-6 mmHg à 25 ° C

Stabilité

Il est stable s'il est conservé dans les conditions recommandées. Il est triboluminescent et triboélectrique; Cela signifie qu'il émet de la lumière et de l'électricité lorsqu'il est frotté. L'anthracène s'assombrit lorsqu'il est exposé au soleil.

Auto-allumage

1 004 ° F (540 ° C).

Décomposition

Des composés dangereux sont produits par combustion (oxydes de carbone). Il se décompose en chauffant sous l'influence d'oxydants forts, produisant une fumée piquante et toxique.

Chaleur de combustion

40 110 kJ / kg.

Capacité calorique

210,5 J / mol · K.

Longueur d'onde d'absorption maximale (lumière visible et ultraviolette)

Λ maximum 345,6 nm et 363,2 nm.

Viscosité

-0,602 cPois (240 ºC)

-0,498 cPois (270 ºC)

-0,429 cPois (300 ºC)

Comme on peut le voir, sa viscosité diminue à mesure que la température augmente.

Nomenclature

L'anthracène est une molécule polycyclique uniforme, et selon la nomenclature établie pour ce type de système, son vrai nom devrait être Tricène. Le préfixe tri est dû au fait qu'il y a trois cycles benzéniques. Cependant, le nom trivial d'anthracène s'est répandu et enraciné dans la culture populaire et la science.

La nomenclature des composés qui en dérivent est généralement quelque peu complexe et dépend du carbone où la substitution a lieu. Le tableau suivant montre la numérotation carbone respective pour l'anthracène:

Numérotation carbone en anthracène. Source: Edgar181

L'ordre de numérotation est dû à la priorité de réactivité ou de susceptibilité desdits carbones.

Les carbones terminaux (1-4 et 8-5) sont les plus réactifs, tandis que ceux du milieu (9-10) réagissent selon d'autres conditions; par exemple, oxydant, pour former de l'anthraquinone (9, 10-dioxoanthracène).

Toxicité

Au contact de la peau, il peut provoquer des irritations, des démangeaisons et des brûlures, qui sont aggravées par la lumière du soleil. L'anthracène est un photosensibilisateur qui améliore les dommages cutanés causés par les rayons UV. Peut provoquer une dermatite aiguë, une télangiectasie et une allergie.

Au contact des yeux, il peut provoquer des irritations et des brûlures. Respirer de l'anthracène peut irriter le nez, la gorge et les poumons, provoquant une toux et une respiration sifflante.

L'apport d'anthracène a été associé chez l'homme à des maux de tête, des nausées, une perte d'appétit, une inflammation du tractus gastro-intestinal, des réactions lentes et une faiblesse.

Il a été suggéré une action cancérigène de l'anthracène. Cependant, cette présomption n'a pas été corroborée, même certains dérivés de l'anthracène ont été utilisés dans le traitement de certains types de cancer.

Applications

Technologique

-Anthracène est un semi-conducteur organique, utilisé comme scintillateur dans les détecteurs de photons, d'électrons et de particules alpha de haute énergie.

-Il est également utilisé pour le revêtement de plastiques, tels que le polyvinyltoluène. Ceci afin de produire des scintillateurs en plastique, avec des caractéristiques similaires à l'eau, à utiliser en dosimétrie de radiothérapie.

-Anthracène est couramment utilisé comme traceur de rayonnement UV, appliqué dans les revêtements sur les cartes de circuits imprimés. Cela permet au revêtement d'être inspecté sous lumière ultraviolette.

Molécule bipède

En 2005, des chimistes de l'Université de Californie à Riverside ont synthétisé la première molécule bipède: le 9.10-dithioanthratracène. Il se propulse en ligne droite lorsqu'il est chauffé sur une surface plane en cuivre, et il peut se déplacer comme s'il avait deux pieds.

Les chercheurs pensaient que la molécule était potentiellement utilisable en informatique moléculaire.

Piézochromaticité

Certains dérivés d'anthracène ont des propriétés piézochromiques, c'est-à-dire qu'ils ont la capacité de changer de couleur en fonction de la pression qui leur est appliquée. Par conséquent, ils peuvent être utilisés comme détecteurs de pression.

L'anthracène est également utilisé dans la fabrication de soi-disant écrans de fumée.

Écologique

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants environnementaux, principalement l'eau, des efforts sont donc faits pour réduire la présence toxique de ces composés.

L'anthracène est un matériau (HAP) et est utilisé comme modèle pour étudier l'application de la méthode de pyrolyse hydrique à la dégradation des composés HAP.

La pyrolyse hydrique est utilisée dans le traitement des eaux industrielles. Son action sur l'anthracène a produit la formation des composés d'oxydation: anthrone, anthroquinone et xanthone, ainsi que des dérivés d'hydroanthracène.

Ces produits sont moins stables que l'anthracène et sont donc moins persistants dans l'environnement et peuvent être plus facilement éliminés que les composés HAP.

Autres

-Anthracène est oxydé pour donner naissance à l'anthroquinone, utilisée dans la synthèse de colorants et colorants

-Anthracène est utilisé pour protéger le bois. Il est également utilisé comme insecticide, acaricide, herbicide et rodenticide.

-L'antibiotique anthracycline a été utilisé en chimiothérapie, car il inhibe la synthèse d'ADN et d'ARN. La molécule d'anthracycline est prise en sandwich entre les bases ADN / ARN, inhibant la réplication des cellules cancéreuses à croissance rapide.

Références

1. Fernández Palacios S. et al. (2017). Propriétés piézochromiques des dérivés du pyridil divinyl anthracène: une étude conjointe Raman et DFT. Université de Malaga.
2. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organique. Amines. (10 ^e édition.). Wiley Plus.
3. Wikipédia. (2018). Anthracène. Récupéré de: en.wikipedia.org
4. PubChem. (2019). Anthracène. Récupéré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Somashekar MN et Chetana PR (2016). Une revue sur l'anthracène et ses dérivés: applications. Recherche et revues: Journal of Chemistry.