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- InChI=1S/C6H6/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H
YClé : UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-NY
- c1ccccc1
Yvérifier ( qu'est-ce que ?) Y
NLe benzène est un composé chimique organique de formule moléculaire C₆H₆ . La molécule de benzène est composée de six atomes de carbone liés entre eux en un cycle hexagonal plan, chaque atome étant lié à un atome d'hydrogène . Comme il ne contient que des atomes de carbone et d'hydrogène, le benzène est un hydrocarbure .
Le benzène est un constituant naturel du pétrole et l'un des produits pétrochimiques élémentaires . Grâce à ses liaisons π continues et cycliques entre les atomes de carbone et au respect des règles d'aromaticité et de la règle de Hückel , le benzène est classé comme hydrocarbure aromatique . Liquide incolore et hautement inflammable à l'odeur douceâtre, il contribue en partie à l'arôme de l'essence . Il est principalement utilisé comme précurseur dans la fabrication de composés chimiques à structure plus complexe, tels que l'éthylbenzène et le cumène , dont des milliards de kilogrammes sont produits chaque année. Bien que le benzène soit un produit chimique industriel majeur , son utilisation dans les produits de consommation courante est limitée en raison de sa toxicité. Le benzène est un composé organique volatil .
Le benzène est classé comme cancérogène . Ses effets spécifiques sur la santé humaine , notamment les conséquences à long terme d'une exposition accidentelle, ont été rapportés par des médias tels que le New York Times . Par exemple, un article de 2022 indiquait que la contamination au benzène dans la région métropolitaine de Boston engendrait des risques à de multiples endroits et pourrait, à terme, provoquer des cas de leucémie .
résine de benjoin ), une résine aromatique connue depuis l'Antiquité en Asie du Sud-Est, puis introduite en Europe au XVIe siècle par les pharmaciens et parfumeurs via les routes commerciales. Un composé acide était obtenu par sublimation du benjoin et nommé « fleurs de benjoin », ou acide benzoïque. L'hydrocarbure dérivé de l'acide benzoïque a ainsi reçu les noms de benzine , benzol et benzène . Michael Faraday a isolé et identifié le benzène pour la première fois en 1825 à partir du résidu huileux issu de la production de gaz d'éclairage, et l'a nommé bicarbonate d'hydrogène . En 1833, Eilhard Mitscherlich l'a produit par distillation de l'acide benzoïque (issu de la gomme benjoin ) et de chaux . Il a donné au composé le nom de benzine . En 1836, le chimiste français Auguste Laurent nomma la substance « phène » ; ce mot est devenu la racine du mot anglais « phenol », qui est le benzène hydroxylé , et de « phenyl », le radical formé par abstraction d'un atome d'hydrogène du benzène.En 1845, Charles Blachford Mansfield , sous la direction d' August Wilhelm von Hofmann , isola le benzène à partir de goudron de houille . Quatre ans plus tard, Mansfield entreprit la première production industrielle de benzène, basée sur le procédé du goudron de houille. Progressivement, les chimistes prirent conscience qu'un certain nombre de substances étaient chimiquement apparentées au benzène, formant une famille chimique diversifiée. En 1855, Hofmann fut le premier à employer le terme « aromatique » pour désigner cette parenté, en référence à une propriété caractéristique de plusieurs de ses membres. En 1997, du benzène fut détecté dans l'espace lointain .
Formule de l'anneau
| propositions historiques de structures benzéniques | |||||
|---|---|---|---|---|---|
 |  |  | |||
| Par Adolf Karl Ludwig Claus (1867) | Répertorié, mais non soutenu, par James Dewar (1869) | Par Albert Ladenburg (1869) | |||
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| Par Friedrich August Kekulé (1865/1872) | |||||
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| Par Henry Edward Armstrong (1887) L'utilisation d'un cercle pour désigner un noyau de benzène est apparue pour la première fois en 1925. | Par Adolf von Baeyer (1888) | Par Friedrich Karl Johannes Thiele (1899) | |||
La formule empirique du benzène était connue depuis longtemps, mais sa structure hautement polyinsaturée , avec un seul atome d'hydrogène pour chaque atome de carbone , était difficile à déterminer. Archibald Scott Couper en 1858 et Johann Josef Loschmidt en 1861 ont suggéré des structures possibles contenant plusieurs doubles liaisons ou plusieurs cycles, mais à cette époque, les connaissances en chimie aromatique étaient très limitées, et les chimistes n'ont donc pas pu fournir de preuves suffisantes pour privilégier une formule particulière.
Mais de nombreux chimistes, notamment en Allemagne, avaient commencé à travailler sur les substances aromatiques, et les données pertinentes affluaient. En 1865, le chimiste allemand Friedrich August Kekulé publia un article en français (car il enseignait alors en Belgique francophone) suggérant que la structure comportait un cycle de six atomes de carbone avec des liaisons simples et doubles alternées. L'année suivante, il publia un article beaucoup plus long en allemand sur le même sujet. Kekulé s'appuya sur des preuves accumulées au cours des années précédentes – à savoir, l'existence apparente d'un seul isomère pour chaque monodérivé du benzène, et l'existence apparente d'exactement trois isomères pour chaque dérivé disubstitué – ce qui correspond aujourd'hui aux substitutions ortho, méta et para des arènes – pour étayer sa structure proposée. Le cycle symétrique de Kekulé pouvait expliquer ces faits curieux, ainsi que le rapport carbone/hydrogène 1:1 du benzène.
En 1929, la nature cyclique du benzène fut finalement confirmée par la cristallographe Kathleen Lonsdale grâce à la diffraction des rayons X. À partir de grands cristaux d' hexaméthylbenzène , un dérivé du benzène possédant le même noyau de six atomes de carbone, Lonsdale obtint des diagrammes de diffraction. En calculant plus de trente paramètres, elle démontra que le cycle benzénique ne pouvait être qu'un hexagone plan et fournit des mesures précises des longueurs de toutes les liaisons carbone-carbone de la molécule.
Nomenclature
En 1867, le chimiste allemand Wilhelm Körner proposa les préfixes ortho-, méta- et para- pour distinguer les dérivés disubstitués du benzène ; toutefois, il ne les utilisa pas pour préciser la position relative des substituants sur le cycle benzénique. C’est le chimiste allemand Carl Gräbe qui, en 1869, utilisa le premier les préfixes ortho-, méta- et para- pour désigner la position relative des substituants sur un cycle aromatique disubstitué (en l’occurrence, le naphtalène). En 1870, le chimiste allemand Viktor Meyer appliqua pour la première fois la nomenclature de Gräbe au benzène.
Candidatures anticipées
En 1903, Ludwig Roselius popularisa l'utilisation du benzène pour décaféiner le café . Cette découverte mena à la production du café Sanka . Ce procédé fut par la suite abandonné. Historiquement, le benzène était un composant important de nombreux produits de consommation courante, tels que le dégrippant , plusieurs décapants pour peinture , des colles à caoutchouc , des détachants et d'autres produits. La fabrication de certaines de ces formulations contenant du benzène cessa vers 1950, bien que le dégrippant ait continué à en contenir des quantités importantes jusqu'à la fin des années 1970.
Occurrence
On trouve des traces de benzène dans le pétrole et le charbon. Il s'agit d'un sous-produit de la combustion incomplète de nombreux matériaux. Jusqu'à la Seconde Guerre mondiale , le benzène était principalement obtenu comme sous-produit de la production de coke (ou « huile légère de four à coke ») pour l' industrie sidérurgique . Cependant, dans les années 1950, la demande croissante de benzène, notamment de la part de l' industrie des polymères en plein essor , a nécessité sa production à partir du pétrole. Aujourd'hui, la majeure partie du benzène provient de l' industrie pétrochimique , seule une petite fraction étant produite à partir du charbon. Du benzène a été détecté sur Mars .
Structure
La diffraction des rayons X révèle que le benzène est une molécule plane à symétrie de rotation d'ordre six, appartenant au groupe de symétrie . Les longueurs des liaisons carbone-carbone du benzène sont de 140 picomètres (pm) , supérieures à celles d'une double liaison C=C (135 pm) mais inférieures à celles d'une liaison simple CC (147 pm).
En termes de liaison, la description par orbitales moléculaires (OM) fait intervenir trois orbitales π liantes. Une description par liaison de valence repose sur une superposition de structures de résonance . Sa grande stabilité et ses propriétés chimiques distinctives se manifestent par le phénomène d' aromaticité . Pour refléter la nature délocalisée de la liaison, le benzène est souvent représenté par un cercle inscrit dans un hexagone d'atomes de carbone.
Les dérivés du benzène apparaissent suffisamment souvent comme composant de molécules organiques, à tel point que le Consortium Unicode leur a attribué un symbole dans le bloc technique divers , qui va de U+2300 à U+23FF, avec le code U+232C (⌬) pour le représenter avec trois doubles liaisons alternées, et U+23E3 (⏣) pour une version délocalisée.
dérivés du benzène
Dans les hétérocycles , les atomes de carbone du cycle benzénique sont remplacés par d'autres éléments. Les variations les plus importantes contiennent de l'azote . Le remplacement d'un groupe CH par N donne la pyridine , C₅H₅N . Bien que le benzène et la pyridine soient structurellement apparentés, le benzène ne peut pas être converti en pyridine. Le remplacement d'une seconde liaison CH par N donne, selon la position du second atome d'azote, la pyridazine , la pyrimidine ou la pyrazine .
Production
Quatre procédés chimiques contribuent à la production industrielle de benzène : le reformage catalytique , l’hydrodésalkylation du toluène , la dismutation du toluène et le vapocraquage , etc. Selon le profil toxicologique du benzène de l’ATSDR , entre 1978 et 1981, les reformats catalytiques représentaient environ 44 à 50 % de la production totale de benzène aux États-Unis.
reformage catalytique
Lors du reformage catalytique, un mélange d' hydrocarbures dont les points d'ébullition se situent entre 60 et 200 °C est mélangé à de l'hydrogène gazeux, puis exposé à un catalyseur bifonctionnel à base de chlorure de platine ou de chlorure de rhénium à une température de 500 à 525 °C et à des pressions comprises entre 8 et 50 atm. Dans ces conditions, les hydrocarbures aliphatiques forment des cycles et perdent de l'hydrogène pour devenir des hydrocarbures aromatiques. Les produits aromatiques de la réaction sont ensuite séparés du mélange réactionnel (ou reformate) par extraction à l'aide de divers solvants , tels que le diéthylène glycol ou le sulfolane , puis le benzène est séparé des autres aromatiques par distillation. L'étape d'extraction des aromatiques du reformate vise à obtenir des aromatiques présentant la plus faible teneur en composés non aromatiques. La récupération des aromatiques, communément appelés BTX (isomères du benzène, du toluène et du xylène), comprend ces étapes d'extraction et de distillation.
De la même manière que pour ce reformage catalytique, UOP et BP ont commercialisé une méthode permettant de transformer le GPL (principalement du propane et du butane) en composés aromatiques.
hydrodésalkylation du toluène
L'hydrodésalkylation du toluène le convertit en benzène. Ce procédé, qui utilise beaucoup d'hydrogène, consiste à mélanger le toluène avec de l'hydrogène, puis à le faire passer sur un catalyseur d'oxyde de chrome , de molybdène ou de platine à une température de 500 à 650 °C et une pression de 20 à 60 atm. Parfois, des températures plus élevées sont utilisées en l'absence de catalyseur (dans des conditions réactionnelles similaires). Dans ces conditions, le toluène subit une désalkylation pour former du benzène et du méthane .
- C6H6 + CH4 "}},"i":0}}] C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4
Cette réaction irréversible s'accompagne d'une réaction secondaire d'équilibre qui produit du biphényle (diphényle) à température plus élevée :
- 2 des xylènes et des composés aromatiques plus lourds à la place du toluène, avec une efficacité similaire.
On parle souvent de méthodologie « intentionnelle » pour produire du benzène, par opposition aux procédés d'extraction BTX (benzène-toluène-xylène) classiques.
dismutation du toluène
La dismutation du toluène ( TDP ) est la conversion du toluène en benzène et en xylène .
Étant donné que la demande en para -xylène ( p -xylène ) dépasse largement celle des autres isomères du xylène, une variante du procédé TDP, appelée TDP sélectif (STDP), peut être utilisée. Dans ce procédé, le flux de xylène sortant de l'unité TDP est composé à environ 90 % de p- xylène. Dans certains systèmes, le rapport benzène/xylènes est même modifié pour favoriser les xylènes.Le vapocraquage est un procédé de production d'éthylène et d'autres alcènes à partir d'hydrocarbures aliphatiques . Selon la matière première utilisée pour produire les oléfines, le vapocraquage peut générer un sous-produit liquide riche en benzène appelé essence de pyrolyse . Cette essence peut être mélangée à d'autres hydrocarbures comme additif pour l'essence, ou être traitée par un procédé d'extraction pour récupérer les composés aromatiques BTX (benzène, toluène et xylènes).Le phénol et les halogénobenzènes peuvent être réduits par des métaux. L'acide benzoïque et ses sels subissent une décarboxylation pour former du benzène. La réaction du composé diazonium dérivé de l'aniline avec l'acide hypophosphoreux donne du benzène. La trimérisation de l'acétylène par un alcyne conduit également au benzène. Enfin, la décarboxylation complète de l'acide méllitique permet d'obtenir du benzène.l'éthylbenzène (et d'autres alkylbenzènes ), le cumène , le cyclohexane et le nitrobenzène . En 1988, il a été rapporté que les deux tiers des produits chimiques répertoriés par l' American Chemical Society contenaient au moins un cycle benzénique . Plus de la moitié de la production mondiale de benzène est transformée en éthylbenzène, précurseur du styrène , utilisé dans la fabrication de polymères et de plastiques comme le polystyrène . Environ 20 % de la production mondiale de benzène sert à la fabrication du cumène, nécessaire à la production de phénol et d'acétone, composants des résines et des adhésifs. Le cyclohexane absorbe environ 10 % de la production mondiale de benzène ; il est principalement utilisé dans la fabrication de fibres de nylon, transformées en textiles et en plastiques techniques. De plus petites quantités de benzène servent à la fabrication de certains types de caoutchouc , de lubrifiants , de colorants , de détergents , de médicaments , d'explosifs et de pesticides . En 2013, la Chine était le plus grand consommateur de benzène, suivie des États-Unis. La production de benzène est actuellement en expansion au Moyen-Orient et en Afrique, tandis que les capacités de production en Europe occidentale et en Amérique du Nord stagnent.
Le toluène est aujourd'hui souvent utilisé comme substitut du benzène, notamment comme additif pour carburants. Leurs propriétés de solvant sont similaires, mais le toluène est moins toxique et possède une plage de température à l'état liquide plus étendue. Le toluène est également transformé en benzène.
Composant de l'essence
Utilisé comme additif dans l'essence , le benzène augmente l' indice d'octane et réduit le cliquetis . De ce fait, l'essence contenait souvent plusieurs pour cent de benzène avant les années 1950, date à laquelle le tétraéthylplomb l'a remplacé comme additif antidétonant le plus répandu. Avec l'élimination progressive de l'essence au plomb à l'échelle mondiale entre les années 1970 et 1990, le benzène a fait sa réapparition comme additif, bien que son utilisation soit strictement limitée dans la plupart des pays. Aux États-Unis , par exemple , les inquiétudes concernant ses effets néfastes sur la santé et le risque de contamination des eaux souterraines ont conduit à une réglementation stricte de sa teneur dans l'essence, avec des limites généralement fixées autour de 1 % . Les spécifications européennes pour l'essence imposent désormais la même limite de 1 % pour la teneur en benzène. L' Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) a introduit une nouvelle réglementation en 2011 abaissant la teneur en benzène dans l'essence à 0,62 %
Dans certaines langues européennes, le mot désignant le pétrole ou l'essence est un cognat exact de « benzène ». Par exemple, toutes les langues germaniques et scandinaves utilisent le terme « bensin » ou « benzin » pour désigner l'essence. En turc et dans de nombreuses langues turques, le mot « benzin » est employé pour désigner l'essence. En catalan et en italien , le mot « benzina » peut être utilisé pour l'essence. En polonais et en grec, le mot « benzyna » est également utilisé pour désigner l'essence.
Les réactions les plus courantes du benzène impliquent la substitution d'un proton par d'autres groupes. La substitution électrophile aromatique est une méthode générale de fonctionnalisation du benzène. Le benzène est suffisamment nucléophile pour subir une substitution par des ions acylium et des carbocations alkyles , donnant ainsi des dérivés substitués.
L'exemple le plus courant de cette réaction est l' éthylation du benzène.
Environ 24 700 000 tonnes d'éthylbenzène ont été produites en 1999. L' alkylation de Friedel-Crafts du benzène (et de nombreux autres cycles aromatiques) à l'aide d'un halogénure d'alkyle en présence d'un catalyseur acide de Lewis fort est une réaction très instructive, mais d'une importance industrielle bien moindre. De même, l' acylation de Friedel-Crafts est un exemple apparenté de substitution électrophile aromatique . Cette réaction consiste en l' acylation du benzène (ou de nombreux autres cycles aromatiques) par un chlorure d'acyle en présence d'un catalyseur acide de Lewis fort, tel que le chlorure d'aluminium ou le chlorure de fer(III) .
Sulfonation, chloration, nitration
L'utilisation de la substitution électrophile aromatique permet d'introduire de nombreux groupes fonctionnels sur le noyau benzénique. La sulfonation du benzène fait intervenir l' oléum , un mélange d'acide sulfurique et de trioxyde de soufre . Les dérivés sulfonés du benzène sont des détergents efficaces . Lors de la nitration , le benzène réagit avec les ions nitronium (NO₂⁺ ) , un électrophile puissant produit par la réaction des acides sulfurique et nitrique. Le nitrobenzène est le précurseur de l' aniline . La chloration est réalisée avec du chlore pour produire du chlorobenzène en présence d'un catalyseur acide de Lewis tel que le chlorure d'aluminium.
Hydrogénation
L'hydrogénation est réalisée en introduisant de l'hydrogène dans des composés insaturés sous haute pression en présence de catalyseurs hétérogènes , tels que du nickel finement divisé . Cette réaction convertit le benzène en cyclohexane . Les dérivés du benzène sont également convertis en leurs équivalents saturés respectifs. Alors que les alcènes peuvent être hydrogénés à température ambiante, le benzène et ses dérivés sont des substrats plus réticents, nécessitant des températures supérieures à 100 °C pour que l'hydrogénation ait lieu. Cette réaction est mise en œuvre à l'échelle industrielle. Typiquement, le benzène est totalement saturé en cyclohexane lors de l'hydrogénation. Cependant, dans des conditions appropriées, le benzène peut être partiellement hydrogéné pour donner du cyclohexène ou des cyclohexadiènes. Une réaction similaire est la réduction de Birch , un procédé non catalytique qui convertit le benzène en cyclohexadiène.
Complexes métalliques
Le benzène est un excellent ligand dans la chimie organométallique des métaux à faible valence. Les complexes contenant du benzène comprennent le complexe sandwich Cr(C 6 H 6 ) 2 ainsi que le complexe demi-sandwich [RuCl 2 (C 6 H 6 )] 2 .
Effets sur la santé
Le benzène est classé comme cancérogène , ce qui augmente le risque de cancer et d'autres maladies. Il est également une cause notoire d' insuffisance médullaire . De nombreuses données épidémiologiques, cliniques et de laboratoire établissent un lien entre le benzène et l'anémie aplasique, la leucémie aiguë , les anomalies de la moelle osseuse et les maladies cardiovasculaires. Parmi les hémopathies malignes spécifiques auxquelles le benzène est associé, on peut citer : la leucémie aiguë myéloïde (LAM), l'anémie aplasique, le syndrome myélodysplasique (SMD), la leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) et la leucémie myéloïde chronique (LMC).
L'activité cancérogène du benzène a été découverte en 1897 par le pharmacologue suédois American Petroleum Institute (API) a déclaré en 1948 que « la seule concentration absolument sans danger pour le benzène est zéro ». Il n'existe pas de seuil d'exposition sans risque ; même de faibles quantités peuvent être nocives. Le Département de la Santé et des Services sociaux des États-Unis (DHHS) classe le benzène comme cancérogène pour l'homme. Une exposition prolongée à des concentrations excessives de benzène dans l'air provoque la leucémie, un cancer potentiellement mortel des organes hématopoïétiques. En particulier, la leucémie myéloïde aiguë (LMA) ou la leucémie aiguë non lymphoïde (LANL) sont causées par le benzène. Le CIRC a classé le benzène comme « cancérogène avéré pour l'homme » ( Groupe 1 ).
Le benzène étant omniprésent dans l'essence et les carburants hydrocarbonés utilisés partout dans le monde, l'exposition humaine au benzène constitue un problème de santé publique mondial. Le benzène cible le foie, les reins, les poumons, le cœur et le cerveau et peut provoquer des cassures de l'ADN et des dommages chromosomiques ; il est donc mutagène . Le benzène provoque des cancers chez les animaux, y compris chez l'homme. Il a été démontré que le benzène provoque des cancers chez les deux sexes de plusieurs espèces d'animaux de laboratoire exposés par différentes voies.
Exposition au benzène
Selon l' Agence pour les substances toxiques et le registre des maladies (ATSDR) (2007), le benzène est une substance chimique à la fois synthétique et naturelle, issue de divers processus tels que les éruptions volcaniques, les feux de forêt, la synthèse de produits chimiques comme le phénol , la production de fibres synthétiques et la fabrication de caoutchoucs , de lubrifiants , de pesticides , de médicaments et de colorants . Les principales sources d'exposition au benzène sont la fumée de tabac , les stations-service, les gaz d'échappement des véhicules et les émissions industrielles ; l'ingestion et l'absorption cutanée du benzène peuvent également se produire par contact avec de l'eau contaminée. Le benzène est métabolisé par le foie et excrété dans l' urine . La mesure des concentrations de benzène dans l'air et l'eau est réalisée par prélèvement sur tubes de charbon actif , puis analysée par chromatographie en phase gazeuse . Chez l'humain, le dosage du benzène peut être effectué par des analyses d'urine , de sang et d'haleine ; cependant, ces méthodes présentent toutes des limites, car le benzène est rapidement métabolisé par l'organisme.
L’exposition au benzène peut conduire progressivement à une anémie aplasique , une leucémie et un myélome multiple .
L’Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) réglemente les niveaux de benzène sur les lieux de travail. La concentration maximale admissible de benzène dans l’air des locaux de travail pendant une journée de travail de 8 heures et une semaine de travail de 40 heures est de 1 ppm. Le benzène étant cancérigène , l’Institut national de la sécurité et de la santé au travail (NIOSH) recommande à tous les travailleurs de porter un appareil respiratoire spécial lorsqu’ils sont susceptibles d’être exposés à des niveaux de benzène dépassant la limite d’exposition recommandée (sur 8 heures) de 0,1 ppm.
limites d'exposition au benzène
L’ Agence américaine de protection de l’environnement (EPA) a fixé la concentration maximale admissible de benzène dans l’eau potable à 0,005 mg/L (5 ppb), conformément à la réglementation américaine sur l’eau potable (National Primary Drinking Water Regulations). Cette réglementation vise à prévenir la leucémogenèse induite par le benzène . L’ objectif de concentration maximale admissible (MCLG), un objectif sanitaire non contraignant qui garantit une marge de sécurité suffisante pour prévenir les effets néfastes, est une concentration nulle de benzène dans l’eau potable. L’EPA exige que tout déversement ou rejet accidentel de benzène de 4,5 kg (10 livres ) ou plus dans l’environnement soit signalé.
L’ Administration américaine de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a fixé une limite d’exposition admissible de 1 partie par million de parties d’air (1 ppm) de benzène sur le lieu de travail, pour une journée de travail de 8 heures et une semaine de travail de 40 heures. La limite d’exposition à court terme au benzène dans l’air est de 5 ppm pendant 15 minutes. Ces limites légales reposent sur des études démontrant clairement les risques pour la santé des travailleurs exposés au benzène. Le risque lié à une exposition à 1 ppm pendant toute une vie professionnelle a été estimé à 5 décès supplémentaires par leucémie pour 1 000 employés exposés. (Cette estimation ne tient pas compte d’un seuil pour les effets cancérogènes du benzène.) L’OSHA a également établi un seuil d’intervention de 0,5 ppm afin d’encourager des expositions encore plus faibles sur le lieu de travail.
L’ Institut national américain pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH) a révisé la concentration immédiatement dangereuse pour la vie et la santé (IDLH) du benzène à 500 ppm. La définition actuelle du NIOSH d’une condition IDLH, telle que présentée dans la logique de sélection des appareils respiratoires du NIOSH, est une situation présentant un risque d’exposition à des contaminants aéroportés lorsque cette exposition est susceptible d’entraîner la mort ou des effets néfastes immédiats ou différés et permanents sur la santé, ou d’empêcher l’évacuation de cet environnement. L’objectif de l’établissement d’une valeur IDLH est (1) de garantir que le travailleur puisse s’échapper d’un environnement contaminé donné en cas de défaillance de l’équipement de protection respiratoire et (2) de constituer un niveau maximal au-delà duquel seul un appareil respiratoire hautement fiable offrant une protection maximale au travailleur est autorisé. En septembre 1995, le NIOSH a publié une nouvelle politique pour l’élaboration de limites d’exposition recommandées (LER) pour les substances, y compris les cancérogènes. Comme le benzène peut provoquer le cancer, le NIOSH recommande que tous les travailleurs portent un équipement respiratoire spécial lorsqu'ils sont susceptibles d'être exposés au benzène à des niveaux dépassant la REL (10 heures) de 0,1 ppm. La limite d'exposition à court terme du NIOSH (STEL – 15 min) est de 1 ppm.
L'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) a adopté des valeurs limites d'exposition (VLE) pour le benzène à 0,02 ppm TWA en 2024.
La réglementation allemande est définie par les Technische Regeln für Gefahrstoffe (Règles techniques allemandes relatives aux substances dangereuses ). La limite d'exposition professionnelle en Allemagne est fixée par la norme TRGS 900. La norme TRGS 910, quant à elle, établit le niveau de risque pour les substances chimiques cancérigènes et précise la quantité à réduire. La limite d'exposition européenne est d'environ 0,66 mg/m³. Selon les critères d'évaluation nationaux, la concentration cible (AC) de la norme TRGS 910 est de 0,2 mg/m³ et la limite supérieure temporaire de concentration (TC) est de 1,9 mg/m³.
Des recherches scientifiques montrent une corrélation entre la leucémie et l'exposition au benzène ; une exposition moyenne au benzène inférieure à 5 µg/m³ a réduit de près d'un tiers la fréquence des leucémies liées au benzène. Ces données, issues du projet VegAS, soulignent l'importance de maîtriser les niveaux de benzène, ce polluant ayant engendré des problèmes dans le pays. Ce projet a été financé par le ministère fédéral de l'Environnement et de la Protection de la nature .
Sur le marché du benzène, l'Allemagne figure parmi les trois premiers producteurs de l'Union européenne. C'est BASF qui est responsable de la gestion des produits chimiques tels que le benzène. L'Allemagne se classe également parmi les six premiers exportateurs et importateurs mondiaux de benzène . Elle est le septième importateur mondial. Au sein de l'UE, elle compte parmi les plus importants acteurs du commerce du benzène.
Toxicologie
Biomarqueurs d'exposition
Plusieurs tests permettent de déterminer l'exposition au benzène. Le benzène lui-même peut être mesuré dans l'haleine, le sang ou l'urine ; cependant, ces analyses sont généralement limitées aux 24 premières heures suivant l'exposition en raison de l'élimination relativement rapide de ce composé par expiration ou biotransformation. La majorité des habitants des pays développés présentent des concentrations basales mesurables de benzène et d'autres hydrocarbures aromatiques pétroliers dans le sang. Dans l'organisme, le benzène est transformé par voie enzymatique en une série de produits d'oxydation, notamment l'acide muconique , le phénol , le catéchol , l'hydroquinone et le 1,2,4-trihydroxybenzène . La plupart de ces métabolites présentent un intérêt en tant que biomarqueurs d'exposition humaine, car ils s'accumulent dans l'urine proportionnellement à l'importance et à la durée de l'exposition, et peuvent y persister plusieurs jours après la fin de celle-ci. Les limites d’exposition biologique actuelles de l’ACGIH pour l’exposition professionnelle sont de 500 μg/g de créatinine pour l’acide muconique et de 25 μg/g de créatinine pour l’acide phénylmercapturique dans un échantillon d’urine prélevé en fin de poste.
Biotransformations
Bien qu'il ne s'agisse pas d'un substrat métabolique courant, le benzène peut être oxydé par les bactéries et les eucaryotes . Chez les bactéries, l'enzyme dioxygénase ajoute un atome d'oxygène au cycle, et le produit instable est immédiatement réduit (par le NADH ) en un diol cyclique possédant deux doubles liaisons, ce qui rompt l'aromaticité. Ce diol est ensuite réduit par le NADH en catéchol . Le catéchol est alors métabolisé en acétyl-CoA et en succinyl-CoA , utilisés par les organismes principalement dans le cycle de l'acide citrique pour la production d'énergie.
Le métabolisme du benzène chez l'homme est complexe et débute dans le foie. Plusieurs enzymes interviennent, notamment le cytochrome P450 2E1 (CYP2E1), la quinine oxydoréductase (NQ01 ou DT-diaphorase ou NAD(P)H déshydrogénase (quinone 1) ), le glutathion (GSH) et la myéloperoxydase (MPO). Le CYP2E1 intervient à plusieurs étapes : la conversion du benzène en oxépine (oxyde de benzène), du phénol en hydroquinone , puis de l'hydroquinone en benzènetriol et en catéchol . L'hydroquinone, le benzènetriol et le catéchol sont ensuite convertis en polyphénols. Dans la moelle osseuse, la MPO transforme ces polyphénols en benzoquinones. Ces intermédiaires et métabolites induisent une génotoxicité par de multiples mécanismes, notamment l'inhibition de la topoisomérase II (qui maintient la structure chromosomique), la perturbation des microtubules (qui maintiennent la structure et l'organisation cellulaires), la génération de radicaux libres oxygénés (espèces instables) pouvant entraîner des mutations ponctuelles, l'augmentation du stress oxydatif, l'induction de cassures de l'ADN et l'altération de la méthylation de l'ADN (pouvant affecter l'expression des gènes). Le NQ01 et le GSH orientent le métabolisme vers une voie moins toxique. Le NQ01 métabolise la benzoquinone en polyphénols (contrecarrant ainsi l'effet de la MPO). Le GSH est impliqué dans la formation de Le glutathion semble jouer un rôle important en protégeant contre les cassures de l'ADN induites par le benzène et est identifié comme un nouveau biomarqueur d'exposition et d'effet. Le benzène provoque des aberrations chromosomiques dans les leucocytes du sang périphérique et la moelle osseuse, expliquant l'incidence plus élevée de leucémie et de myélome multiple liée à une exposition chronique. Ces aberrations peuvent être surveillées par hybridation in situ en fluorescence (FISH) avec des sondes ADN afin d'évaluer les effets du benzène, en complément des tests hématologiques comme marqueurs d'hématotoxicité. Le métabolisme du benzène fait intervenir des enzymes codées par des gènes polymorphes. Des études ont montré que le génotype à ces loci peut influencer la susceptibilité aux effets toxiques de l'exposition au benzène. Les individus porteurs d'une variante de la NAD(P)H:quinone oxydoréductase 1 (NQO1), de l'époxyde hydrolase microsomale (EPHX) et d'une délétion de la glutathion S-transférase T1 (GSTT1) ont montré une fréquence plus élevée de cassures simple brin de l'ADN.
Oxydation biologique et activité cancérogène
Pour comprendre les effets cancérigènes du benzène, il est possible d'examiner les produits de son oxydation biologique. Le benzène pur, par exemple, s'oxyde dans l'organisme pour former un époxyde, l'oxyde de benzène , qui n'est pas facilement éliminé et peut interagir avec l'ADN, entraînant des mutations nocives.l'acide benzoïque (un conservateur) et l'acide ascorbique (vitamine C) peuvent interagir et produire du benzène. En mars 2006, l' Agence britannique des normes alimentaires (FSA ) a mené une enquête sur 150 marques de boissons gazeuses. Elle a constaté que quatre d'entre elles contenaient des niveaux de benzène supérieurs aux limites fixées par l'Organisation mondiale de la santé (OMS) . Les lots concernés ont été retirés de la vente. Des problèmes similaires ont été signalés par la Food and Drug Administration (FDA) américaine.
Contamination de l'approvisionnement en eau
En 2005, l'approvisionnement en eau de la ville de Harbin, en Chine, qui compte près de neuf millions d'habitants, a été interrompu en raison d'une importante contamination au benzène. Du benzène s'est déversé dans la rivière Songhua , qui alimente la ville en eau potable, après une explosion survenue le 13 novembre 2005 dans une usine de la China National Petroleum Corporation (CNPC) dans la ville de Jilin.
Lorsque les conduites d’eau en plastique sont soumises à une forte chaleur, l’eau peut être contaminée par du benzène.
Génocide
L’Allemagne nazie utilisait le benzène administré par injection comme l’une de ses nombreuses méthodes d’extermination.