Naphthalin

Strukturformel
Allgemeines
Name	Naphthalen (IUPAC)
Andere Namen	Naphthalin, Naphthacen
Summenformel	C10H8
CAS-Nummer	91-20-3
SMILES	c1cccc2c1cccc2
Eigenschaften
Molare Masse	128,173 g·mol–1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,14 g·cm−3
Schmelzpunkt	80 °C
Siedepunkt	218 °C
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung Xn Gesundheits- schädlich N Umwelt- gefährlich R- und S-Sätze R: 22-40-50/53 S: (1/2-)36/37-46-60-61
MAK	10 ml·m−3 bzw. 50 mg·m−3
WGK	3
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Naphthalin (von griechisch naphtha = Erdöl) ist ein farbloser Feststoff mit der Summenformel C₁₀H₈, der schon bei Raumtemperatur sublimiert. Es ist ein bicyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit charakteristischem Geruch nach Teer. Naphthalin ist gesundheitsschädlich und umweltgefährlich.

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Geschichte

Naphthalin wurde 1819 vom britischen Chemiker Alexander Garden aus dem Steinkohleteer isoliert. 1866 wurde die Naphthalinformel zum ersten Mal von Emil Erlenmeyer aufgestellt. Traditionell wird Naphthalin auch zu den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) gezählt, obwohl es nach der Definition kein PAK ist; das Naphthalinmolekül besteht nur aus zwei annellierten Benzolringen, es weist jedoch fast alle anderen Eigenschaften eines PAKs auf.

Eigenschaften

In Wasser ist Naphthalin weitgehend unlöslich, nur 0,03 g Naphthalin lösen sich bei Raumtemperatur in einem Liter Wasser. In kurzkettigen Alkoholen ist es schlecht, in unpolaren Lösungsmitteln wie Benzol (1.130 g/l), Kohlenstoffsulfid, Ether, Toluol (910 g/l), Xylol (783 g/l), und Chloroform dagegen gut löslich. Naphthalin bildet weiße Kristallblättchen aus, die bei 80 °C zu einer farblosen Flüssigkeit schmelzen, welche bei 218 °C siedet. Wie man an dem charakteristischen, intensiv aromatischen teerähnlichen Geruch erkennt, sublimiert Naphthalin schon bei Raumtemperatur merklich. Die Geruchsschwelle liegt je nach Person bei 0,14 bis 125 mg/m³. Naphthalin hat einen brennenden Geschmack. Naphthalindämpfe sind brennbar, der Flammpunkt liegt bei 79,8 °C und die Zündtemperatur bei 540 °C. Die Dichte beträgt 1,15 g/cm³, Naphthalin geht daher in Wasser unter.

Reaktionsverhalten

Naphthalin verbrennt mit leuchtender, rußender Flamme. Es reagiert heftig mit Oxidationsmitteln wie Chromtrioxid und Stickstoffoxiden. Das chemische Verhalten weist große Ähnlichkeit mit dem des Benzols auf, es ist jedoch aufgrund der Molekülstruktur reaktiver als das Benzol, aber weniger reaktiv als der tricyclische Aromaten, wie beispielsweise Anthracen. Das Naphthalinmolekül weist 10 π-Elektronen auf. Es geht wie Benzol elektrophile Substitutionsreaktionen ein. Azulen, auch ein aromatischer Kohlenwasserstoff, ist ein Isomer des Naphthalins, es besteht aus einem Fünfer- und einem Siebenerkohlenstoffring, es ist aufgrund einer dipolaren Struktur jedoch tiefblau und deutlich reaktiver als Naphthalin. Naphthalin kann unter gemäßigten Bedingungen zu Tetralin (C₁₀H₁₂) hydriert werden. Die weitere Hydrierung unter drastischeren Bedingungen führt zum Decalin (C₁₀H₁₈).

Die Salze des Naphthalins sind orange- oder mennigrot, das Ion des Naphthalin wird Naphthylrest genannt und hat die Summenformel C₁₀H₇. Mit konzentrierter Salpetersäure bildet Naphthalin je nach den gewählten Reaktionsbedingungen 1-Nitronaphthalin oder 2-Nitronaphthalin.

Nachweis

Die Oxidation mit Chromaten und Permanganaten oder großtechnisch mit Sauerstoff an einem Katalysator ergibt Phthalsäure. Naphthalin kann UV-spektroskopisch oder per High Performance Liquid Chromatography-Verfahren nachgewiesen werden. Spuren von Naphthalin werden per GC/MS detektiert.

Vorkommen in der Natur

Spuren von Naphthalin werden von Magnolien und einigen Hirscharten produziert. Außerdem wurde Naphthalin bei einer Termitenart nachgewiesen, die es offenbar als Abwehrstoff gegen natürliche Feinde wie Ameisen und giftige Pilze verwenden.

Gewinnung und Verwendung

Naphthalin wird aus der Mittelölfraktion des Steinkohlenteers (bis zu 11 Prozent), sowie Braunkohlen- und Holzteer, Crackgasöl oder auch aus Kohle, wenn diese verkokt wird, gewonnen. Im Steinkohleteer ist es mengenmäßig die größte Komponente. Es kommt auch in Petroleum und anderen fossilen Energieträgern vor und entsteht auch bei der Verbrennung von Holz oder Tabak. Naphthalin wird von Gaswerksstandorten und Holzimprägnierwerken emittiert, des Weiteren entsteht es auch auf Mülldeponien.

Naphthalin war früher der Hauptbestandteil von Mottenkugeln, wird aber heute wegen seines unangenehmen Geruchs oft durch andere Substanzen ersetzt. Des Weiteren ist, wie man heute weiß, Naphthalin kaum insektizid wirksam. Es sind sogar Fälle bekannt, dass Insekten das Fressen von Naphthalin unbeschadet überstanden haben sollen. (Unter Chemikern heißt es, um Motten mit Naphthalin abzuwehren, besorge man sich eine Schleuder und erschieße die Motten mit den Mottenkugeln.) Es kam auch in dem Anfang des 20. Jahrhunderts verwendeten Leuchtgas vor und verstopfte oft die Gasleitungen, da es sich als Feststoff abschied. Trotz seines gesundheitlichen Gefährdungspotentials wurde es zum Beispiel medizinisch zur Darmdesinfektion verwendet.

Hauptsächlich wird es zur Synthese des Phthalsäureanhydrids benötigt, welches zu Lösungsmitteln, Kunststoffen und Kraftstoffen weiterverarbeitet wird. Es wird auch zur Herstellung der Lösemittel und Kraftstoffzusätze Decalin und Tetralin benötigt, für die Herstellung von Azofarbstoffen, zur Synthese des Holzschutzmittels Chlornaphthalin, von Insektiziden (Carbamaten) sowie von PVC-Weichmacher-Zwischenprodukten. Es wird außerdem zur Herstellung von Alkylnapththalinsulfaten benötigt, welche als Seifen benutzt werden. Weitere industriell wichtige Abkömmlinge sind die Naphthole, Bromnaphthaline, Naphthylamine und Nitronaphthaline.

1987 wurden ungefähr eine Million Tonnen Naphthalin produziert. West-Europa ist mit 250.000 Tonnen der Hauptproduzent des Naphthalins, dann folgen Ost-Europa (200.000 Tonnen), Japan (200.000 Tonnen) und die USA (125.000 Tonnen).

Gefahren und Metabolismus

Die letale Dosis (oral) liegt für den Menschen bei 5 g. Naphthalin führt auf der Haut zu starken Reizungen und zur Dermatitis. Naphthalin kann die roten Blutzellen schädigen. Beim Einatmen kann es zu Schleimhautreizungen, Kopfschmerzen und Übelkeit, Erbrechen und Verwirrtheitszuständen führen. Bei Einnahme führt es zu Magen-Darm-Störungen, Atemlähmung, Krämpfen und Tremor. Es ist trotz seiner geringen Löslichkeit in Wasser wassergefährdend (WGK 2). Eine Schädigung der Augenhornhaut, der Leber und Nieren ist durch Naphthalin möglich. Zwischen einem Luftvolumenanteil von 0,9 bis 5,9 Prozent bildet es explosive Gemische. Eine krebserregende Wirkung des Naphthalins wird vermutet.

In den Mikrosomen der menschlichen Leberzellen wird Naphthalin von Cytochrom P450 metabolisiert. Die Oxidation führt über die kurzlebige Epoxid-Zwischenstufe zu den primären Metaboliten:

• trans-1,2-Dihydro-1,2-Naphthalindiol ("Dihydrodiol")
• 1-Naphthol und
• 2-Naphthol

Der Cytochrom Untertyp CYP1A2 erzeugt dabei v.a. das Dihydrodiol und 1-Naphthol, während der Untertyp CYP3A4 im wesentlichen 2-Naphthol produziert. Als sekundäre Metaboliten entstehen aus 2-Naphthol direkt 2,6- und 1,7-Dihydroxynaphthalin. Dagegen werden Dihydrodiol und 1-Naphthol nicht weiter in den Mikrosomen abgebaut.

Derivate

Siehe auch

• Naphtha
• Naphthene

Literatur

• Roger Gläser:Alkylierung von Naphthalin mit Alkoholen an mikro- und mesoporösen Molekularsiebkatalysatoren in gasförmiger und überkritischer Reaktionsphase. Shaker Verlag (30. November 1997), ISBN 3826530942
• BUA – Stoffberichte 39. Naphthalin. Wiley/VCH, Weinh. (1989) ISBN 3527280669
• Harald Derner:Untersuchungen über den Resonanz-Ramaneffekt an Anthracen, Naphthalin und p-nitro-p-dimethylamino-azobenzol. ISBN 3810722170
• Karsten Strey:Neue Naphthalincarbonsäureester. Kovac Verlag 1996, ISBN 3860644521
• Cho TM, Rose RL, Hodgson E.:In vitro metabolism of naphthalene by human liver microsomal cytochrome P450 enzymes, Drug Metab Dispos, 2006 Jan;34(1):176–83.