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Toluène
Toluène 
structure et représentations du toluène Général Nom IUPAC Toluène Synonymes Méthylbenzène
Toluol
PhénylméthaneNo CAS No EINECS PubChem SMILES InChI Apparence liquide incolore, d'odeur caractéristique.[1] Propriétés chimiques Formule brute C7H8 [Isomères] Masse molaire 92,1384 g∙mol-1
C 91,25 %, H 8,75 %,Propriétés physiques T° fusion -95 °C[1] T° ébullition 111 °C[1] Solubilité 0,53 g/L dans l'eau
infinie dans l'éthanol, l'acétone, l'hexane, le dichlorométhaneMasse volumique (eau = 1) : 0.87[1] T° d’auto-inflammation 480 °C[1] Point d’éclair 4 °C (c.f.)[1] Limites d’explosivité dans l’air en volume % dans l'air : 1.1-7.1[1] Pression de vapeur saturante 29 hPa (20 °C) Viscosité dynamique 0.59.10-3 Pa.s Viscosité cinématique 0,681 m².s-1 Propriétés optiques Indice de réfraction 1.494 (25 °C) Précautions Directive 67/548/EEC 
Xn
FPhrases R : 11, 38, 48/20, 63, 65, 67, Phrases S : 2, 36/37, 62, [2] Transport - 1294 NFPA 704 SIMDUT[4] 
SGH[5] 
DangerClassification du CIRC Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[3] Inhalation Naussée, vomissements Écotoxicologie LogP 2.69[1] DJA 0,22 mg/kg p.c./jour[6] Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. Le toluène, également appelé méthylbenzène ou phénylméthane est un hydrocarbure aromatique sous la forme d'un liquide transparent, très répandu et utilisé comme produit de départ industriel ou comme solvant. Il dissout un grand nombre d'huiles, graisses, résines (naturelles ou de synthèse). Il a une odeur caractéristique (type dissolvant pour peinture) rappelant celle, douceâtre, du benzène apparenté.
Sommaire
Historique
Le nom de toluène dérive du nom plus ancien toluöl qui fait référence à l'extrait de tolu, un extrait aromatique de l'arbre tropical Myroxylon balsamum duquel il a été extrait pour la première fois. On doit ce nom au chimiste Suédois Jöns Jacob Berzelius. Sa synthèse fut découverte par Rudolf Fittig.
Propriétés chimiques
Le toluène réagit comme un hydrocarbure aromatique normal par substitution électrophile aromatique. Le groupe méthyle le rend approximativement 25 fois plus réactif que le benzène dans ce genre de réactions. Par sulfonation il donne l'acide paratoluènesulfonique, tandis que sa chloration par le chlore en présence de chlorure ferrique donne un mélange d'isomères ortho et para de chlorotoluène. La nitration par l'acide nitrique donne un mélange d'ortho- et de para-nitrotoluène. En chauffant, la réaction se poursuit pour donner le dinitrotoluène et finalement le trinitrotoluène (TNT) qui est explosif.
Le groupe méthyle peut également réagir dans d'autres réactions d'oxydation. Le permanganate de potassium donne l'acide benzoïque, tandis que le chlorure de chromyle donne le benzaldéhyde. Une halogénation en conditions radicalaires donne les halogénures de benzyle. Par exemple, avec la N-Bromosuccinimide en présence d'AIBN, on obtient le bromure de benzyle.
L'hydrogénation catalytique du toluène donne le méthylcyclohexane. À cause de la stabilité particulière du système aromatique, cette réaction requiert une pression élevée d'hydrogène.
Propriétés physiques
Le toluène est un liquide aux conditions normales de pression et de tempéraure . Il est quasi--insoluble dans l'eau (0,535 g/l à 25 °C), mais miscible à beaucoup de solvants organiques (acétone, oxyde de diéthyle, chloroforme, éthanol…), et soluble dans l’acide acétique glacial.
Le toluène a une constante molale cryoscopique de 3,55 °C∙kg/mol et une constante molale ébullioscopique de 3,40 °C∙kg/mol. Sa vapeur est plus lourde que l'air, et forme avec de dernier un mélange explosif.
En RMN du proton, le toluène se présente sous la forme de plusieurs pics entre 7.28 ppm et 7 ppm pour les hydrogènes du cycle benzénique et d'un singulet à 2.38 ppm pour les hydrogènes du groupement méthyle. En RMN du carbone, le toluène se présentent sous plusieurs pics, à 137.8 ppm pour le carbone en α du méthyl, à 129.09 ppm pour les carbones β , à 128.28 ppm pour les carbones γ et à 125.38 pour le carbone opposé au méthyle. Le carbone du groupement méthyl présente un pic à 25 ppm.
Production et synthèse
Le toluène est naturellement présent en faible proportion dans le pétrole brut. Il est habituellement produit par reformage catalytique dans le procédé de fabrication de l'essence. On l'obtient également par craquage dans le procédé de fabrication de l'éthylène ou alors, à partir du charbon. Sa purification finale se fait par distillation ou par extraction.
Utilisation
Le toluène sert :
- à élever l'indice d'octane dans les carburants, mélangé avec du benzène et des xylènes. Il est donc présent dans divers carburants pétroliers.
- de solvant d’extraction dans l’industrie cosmétique (parfum) et dans l’industrie pharmacochimique
- comme solvant ou élément de fabrication de peintures, vernis, laques, cires et encres(imprimerie..),
- de produit de départ pour divers procédés industriels : synthèse du caoutchouc, du phénol, du TNT, du diisocyanate de toluène (TDI), nécessaire pour obtenir la mousse de polyuréthane, benzène et xylènes, nitrotoluène, chlorure de benzyle, benzaldéhyde, acide p-toluènesulfonique, vinyltoluène, etc.
- pour la fabrication d'adhésifs et de colles,
- pour le tannage du cuir.
Toxicologie, écotoxicologie, précautions & métabolisme
C'est un produit nocif et écotoxique (souvent présent dans certains sols industriels pollués). Sa toxicité aiguë est faible, mais il a comme premiers organes-cibles le système nerveux central (cerveau, moelle). C'est aussi un irritant pour la peau, l'œil et le système respiratoire.
Chez l'animal de laboratoire, l'exposition à des taux significatifs de toluène induit des symptômes généraux : hyperactivité, irritation de la peau et surtout des muqueuses (écoulement nasal, larmes), irritation des voies respiratoires, avec essoufflement. À des taux d'exposition supérieurs à 2000 ppm dans l'air, le stade suivant est celui d'une narcose (ataxie, dégradation des fonctions cognitives, troubles de l’équilibre et altérations neurochimiques. La mort est due à un arrêt respiratoire induit par une déplession du système nerveux central).
L'irritation augmente selon la durée d'exposition et la dose ; chez le lapin, un érythème modéré puis un œdème léger apparaissent après 72 h, irréversibles à 7 jours, et - chez le lapin toujours - un rinçage de l'œil exposé après 4 et 30 secondes ne diminuent pas l’intensité de l’irritation.Sa toxicité chronique a été étudié chez l'animal de laboratoire (souris, rat) chez lequel on observe :
- une augmentation de poids de divers organes impliqués dans la détoxication (foie, rein par exemple après exposition à 1250 ppm durant 15 jours chez le rat... à 2500 ppm le rat grossi, avec augmentation du poids du cerveau, du cœur, des poumons et des testicules, avec des symptômes de dyspnée et d'ataxie).
- une modification du taux de neurotransmetteurs
- une neurotoxicité affectant notamment l’hippocampe et le cervelet (avec altération de l'audition[7],[8])
- une exposition longue (2 ans à 1500 ppm )chez le rat a induit une inflammation des muqueuses nasales avec érosion de l’épithélium olfactif, métaplasie et dégénérescence de l’épithélium respiratoire, mais en dessous de 300 ppm, aucun symptôme n'a été observé (La NOAEL ou concentration sans effet toxique observé était de 625 ppm pour une exposition de 6,5 heures par jour, 5 jours par semaine durant 15 semaines ; ou de 300 ppm sur une durée d'exposition de 2 ans. Par voie orale, la NOEL était pour le rat et la souris de 625 mg/kg/j pendant 13 semaines)[9],[10].
Le toluène ne semble pas avoir d'effets sur l'ADN in vivo, alors qu'il en a in vitro.
Via la peau ou par inhalation, il ne semble pas cancérogène[11],[12],[13],[14], mais en tant que solvant pourrait contribuer à l'entrée dans l'organisme de produits cancérigènes.
Le toluène est reprotoxique[15] (altération de la fécondité à des taux où il n'est pas toxique pour la mère, chez le rat). Il altère aussi la fertilité des mâles via une altération de la spermatogenèse et/ou peut-être du fonctionnement de l'épididyme : réduction de 20 % du nombre de spermatozoïdes sans réduction de leur mobilité sous 6000 ppm. A delà, le nombre de spermatozoïdes diminue, ainsi que leur mobilité, mais sans modification de poids des testicules ou de la spermatogenèse testiculaire, et sans altération du taux d'hormones après un mois d’exposition[17]. La fertilité n'est pas affectée en deçà de 600 ppm.
Il passe facilement dans l'embryon, induisant au delà de 600 ppm chez l'animal (pas de donnée pour l'homme) un retard de croissance et de poids à la naissance et des troubles psychomoteurs postnataux qui traduisent la neurotoxicité du toluène pour le cerveau embryonnaire, bien que sans malformations externes .[16],[17], y compris par inhalation[18]. Il n’est pas réputé tératogène in vivo ni in vitro. L’UE l’a classé toxique pour la reproduction, catégorie 3, R 63.Cinétique dans l'organisme
Même sous forme liquide il franchit mal la barrière de la peau (14 à 23 mg/cm2/h) et sous forme vapeur encore moins (4,6 μg/cm2/h pour la souris nude exposée à 1 000 ppm, alors que de la peau de rat, in vitro, en absorbe 0,78 μg/cm2/min.[19]).
Il traverse cependant aisément la muqueuse pulmonaire, dans les deux sens (10-20 % du toluène ingéré et/ou inhalé est ensuite excrété sous forme de vapeur via l'expiration). Le taux de benzène exhalé augmente après ingestion d'alcool éthylique, ce dernier inhibant le métabolisme du toluène, ce qui diminue son excrétion sous urinaire.
L'inhalation de vapeurs de toluène est nocive. A hautes doses, elle induit des nausées. L'inhalation chronique de toluène de façon prolongée provoque des dommages irréversibles au cerveau. A partir des poumons, il est transporté par le sang, pour moitié fixé à l'hémoglobine et pour moitié dans le sérum (chez l'homme... Chez le rat, il est majoritairement véhiculé par le sérum). Il est détectable dans le sang 10 à 15 minutes après le début de l’exposition (à un taux d'autant plus élevé que le taux de benzène était élevé dans l'air respiré ; le degré d’absorption (50 % environ de la concentration) dépendant aussi du taux de ventilation pulmonaire. On peut donc supposer que les joggers courant à proximité d'un grand axe de circulation y sont plus exposés. Il passe rapidement dans le cerveau : des rats expérimentalement exposés montrent un pic dans le sang 53 minutes après l'exposition et 5 minutes plus tard (58 mn) dans le cerveau (riche en tissus gras). On le trouve aussi dans les moelles osseuse et épinière, les tissus adipeux, le foie et les reins.
Le toluène est également très bien absorbé via le tractus gastro-intestinal ; avec (chez l’homme et le rat) un pic détectable dans le sang environ deux heures après son ingestion.
Il est à peine filtré par la barrière placentaire ; chez le rat, la concentration dans le fœtus est environ 75 % de celle du sang maternel. Le lait maternel, s'il en contient en permet aussi le transfert de la mère à l'enfant(chez l’homme et l’animal).La toxicité du toluène s'explique par son métabolisme. Comme le toluène est très faiblement soluble dans l'eau, il ne peut pas quitter l'organisme par les voies traditionnelles (urine, fèces, transpiration). Il doit être métabolisé pour être excrété. Le groupe méthyle du toluène s'oxyde plus facilement que le noyau aromatique. Cette réaction est réalisée dans le foie par les monooxygénases à cytochromes P450. Il s'ensuit que 95% du toluène est transformé en alcool benzylique. Ce sont les 5% restant qui créent les métabolites toxiques, les époxydes du noyau aromatique. La grande majorité de ces époxydes est conjuguée à la glutathione, cependant le peu qui parvient à s'échapper endommage gravement la machinerie cellulaire en allant alkyler certaines protéines, voire même l'ADN.
Le toluène est excrété principalement via l'urine sous forme d'acide benzoïque - obtenu par oxydation enzymatique de l'alcool benzylique - et sous forme d'acide hippurique obtenu par conjugaison de l'acide benzoïque avec la glycine.
Synergies
De nombreuses synergies sont probables, car le toluène est un puissant solvant. On sait par exemple que l'association toluène - xylène induit par compétition métabolique, une augmentation du taux (sanguin et cérébral) de toluène.[20].
Valeurs limites d’exposition professionnelle contraignantes
Il en existe dans certains pays. Par exemple en France, elles sont de 50 ppm soit 192 mg/m³ (pour 8 h) et de 100 ppm soit 384 mg/m³ (pour une exposition de court terme, ou 15 mn)[21]. Aux États-Unis,ce seuil est plus bas (50 ppm à ne pas dépasser pour 8 h d'exposition).
Notes et références
- ↑ a , b , c , d , e , f , g et h TOLUENE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
- ↑ ESIS. Consulté le 6 décembre 2008
- ↑ IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme » sur http://monographs.iarc.fr, 16 janvier 2009, CIRC. Consulté le 22 août 2009
- ↑ « Toluène » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme canadien responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
- ↑ Numéro index dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
- ↑ Concentrations/doses journalières admissibles et concentrations/doses tumorigènes des substances d'intérêt prioritaire calculées en fonction de critères sanitaires, publié par Santé Canada
- ↑ Campo P et al. Toluene-induced hearing loss: A mid-frequency location of the cochlear lesions. Neurotoxicology and Teratology, 1997; 19: 129-40.
- ↑ Campo P et al. Combined effects of simultaneous exposure to toluene and ethanol on auditory function in rats. Neurotoxicology and Teratology, 1998; 20: 321-332.
- ↑ Guillot J-P et al. Evaluation of the cutaneous-irritation potential of 56 compounds. Food and Chemical Toxicology, 1982; 20: 563-572.
- ↑ Guillot J-P et al. Evaluation of the ocular-irritation potential of 56 compounds. Food and Chemical Toxicology, 1982; 20: 573-582.
- ↑ Toxicity summary for toluene. Toxicity profiles, Risk Assessment Information System; 1994. Consultable sur le site http://risk.lsd.ornl.gov/tox/rap_toxp.shtml
- ↑ Toxicology and carcinogenesis studies of toluene (Cas n° 108-88-3) in F344/N Rats and B6C3F1 Mice (Inhalation Studies). Toxicity Review TR- 371, NTP; 1990. lien NIEHS
- ↑ Toluene. ln: IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. Lyon: IARC, 1999; 71 (2); 829-864.
- ↑ Toxicology and carcinogenesis studies of toluene (Cas n° 108-88-3) in F344/N Rats and B6C3F1 Mice (Inhalation Studies). Toxicity Review TR-371, NTP; 1990. tr371.html Site NIEHS
- ↑ Toluène. DEMETER. Documents pour l’évaluation médicale des produits toxiques vis-à-vis de la reproduction. cédérom 29. Paris: INRS; 2006
- ↑ Dalgaard M et al. – Developmental toxicity of toluene in male rats : effects on semen quality, testis morphology, and apoptotic neurodegeneration. Archives of Toxicology, 2001; 75 (2): 103-109.
- ↑ Wilkins-Haug L – Teratogen update: toluene. Teratology, 1997; 55: 145-151.
- ↑ Ono A et al. – Toluene inhalation induced epididymal sperm dysfunction in rats. Toxicology, 1999, 139 (3): 193-205.
- ↑ Fiche toxicologique INRS, accessible via les liens externes de cette page
- ↑ Fiche toxicologique INRS, accessible via les liens externes de cette page
- ↑ Art. R. 231-58 du Code du travail français
Voir aussi
- Xylène, benzène avec deux groupement méthyle
- Nitrotoluène , toluène substitué par un groupement nitro
- Dinitrotoluène, toluène substitué par eux groupements nitro
- Trinitrotoluène toluène substitué par trois groupements nitro
- Toluidine, toluène substitué par un groupement amine
Liens externes
- (fr) Fiche toxicologique de l'INRS
- (fr) Base de données BIOTOX (INRS)
- (fr)Fiche internationale de sécurité
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