Benzotriazole

Le benzotriazole est couramment employé comme additif anticorrosif dans les liquides de refroidissement industriels ainsi que dans les fluides hydrauliques et dans les fluides dégivreurs et anti-givre utilisés en aviation. Des stabilisateurs UV à base de benzotriazole (BZT-UV) sont des additifs fréquemment utilisés pour protéger de nombreux biens de consommation de la dégradation par la lumière^[6] ; il est aussi utilisé dans les détergents à lave-vaisselles pour la protection de l’argent ^[7]. Il est aussi utilisé comme agent anti-voile dans les révélateurs pour la photographie argentique. Il est aussi utilisé dans le watercooling informatique (mélangé à de l'eau déminéralisée).

Benzotriazole
Structure du benzotriazole
Identification
Synonymes	azimidobenzene aziminobenzene 2,3-diazaindole 1,2,3-triazaindène
No CAS	95-14-7
No ECHA	100.002.177
No CE	202-394-1
No RTECS	DM1225000
PubChem	7220
ChEBI	242720
SMILES	n1c2ccccc2nn1 PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1/C6H5N3/c1-2-4-6-5(3-1)7-9-8-6/h1-4H,(H,7,8,9)
Propriétés chimiques
Formule	C6H5N3  [Isomères]
Masse molaire[1]	119,124 ± 0,005 8 g/mol C 60,5 %, H 4,23 %, N 35,27 %,
Propriétés physiques
T° fusion	99 °C [2]
T° ébullition	350 °C [2]
Solubilité	19 g·l-1 (eau,20 °C) [2]
Masse volumique	1,36 g·cm-3 (solide,20 °C)[2]
T° d'auto-inflammation	400 °C [2]
Point d’éclair	212 °C [2]
Pression de vapeur saturante	0,053 mbar à 20 °C 2,7 mbar à 159 °C [2]
Thermochimie
ΔfH0gaz	335,5 kJ·mol-1 [3]
ΔfH0solide	236,5 kJ·mol-1 [3]
Cp	178,7 J·K-1·mol-1 (solide,25 °C) [3]
PCI	−3 312,2 kJ·mol-1 (solide) [3]
Cristallographie
Système cristallin	monoclinique[4]
Classe cristalline ou groupe d’espace	P21 [4]
Paramètres de maille	a = 11,92 Å b = 23,55 Å c = 4,13 Å α = β = 94,45 ° γ = Z = 8[4]
Volume	1 155 Å3 [4]
Précautions
Directive 67/548/EEC[2]
Xn Symboles : Xn : Nocif Phrases R : R36 : Irritant pour les yeux. R20/22 : Nocif par inhalation et par ingestion. R52/53 : Nocif pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique. Phrases R : 20/22, 36, 52/53,
Transport[2]
46    2926    Code Kemler : 46 : matière solide inflammable ou auto-échauffante, toxique Numéro ONU : 2926 : SOLIDE ORGANIQUE INFLAMMABLE, TOXIQUE, N.S.A. Classe : 4.1 Étiquettes : 4.1 : Matières solides inflammables, matières autoréactives, matières solides explosibles désensibilisées et matières qui polymérisent 6.1 : Matières toxiques Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Écotoxicologie
DL50	615 mg·kg-1 (souris, oral) 238 mg·kg-1 (souris, i.v.) 400 mg·kg-1 (souris, i.p.) [5]
LogP	1,44 [2]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Propriétés physico-chimiques

Il existe un tautomère du benzotriazole:

Méthode d'analyse

Plusieurs méthodes sont utilisées, mais la méthode couramment employée afin de détecter et quantifier les benzotriazoles dans l’eau est la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) ^[8],[9],[10].

Préparation de l’échantillon

L’échantillon d’eau à analyser doit être nettoyé et préconcentré. Dans un premier temps, l’échantillon d’eau (1 - 2,5 L) est filtré afin de retirer les particules solides en suspension. Comme les benzotriazoles à analyser sont solubles dans l’eau, cette étape n’altère en rien l’analyse. Une quantité connue d’étalon interne ayant une structure et des propriétés semblables est ajouté à l’échantillon afin de vérifier toute erreur de manipulation. L’échantillon est ensuite acidifié à un pH de 2. Dans un deuxième temps, une extraction sur support solide (SPE) est effectuée avec une cartouche de type phase inversée (ex. OASIS HLB, Waters©)^[10]. La cartouche est conditionnée avec 10mL d’acétonitrile, 10mL de méthanol et 10mL d’eau ultra pure à pH 2. L’échantillon est élué à un débit de 10mL/min. La cartouche est ensuite lavée 2 fois avec 5mL d’eau acidifiée (pH 2), séchée avec un jet d’azote durant 90 min et éluée 3 fois avec un mélange acétonitrile/méthanol (50:50; v/v). L’extrait est finalement concentré jusqu’à l’obtention d’un volume de 500μL^[11].

Séparation et détection

Les composés sont séparés grâce à la chromatographie liquide. Une colonne C18 est utilisée avec un gradient d’élution d’un mélange acétonitrile/eau/acide formique. Après séparation, les composés sont détectés à l’aide de la spectrométrie de masse (triple quadripole) utilisant l’ionisation par électronébuliseur en mode positif. L’étalonnage externe est la méthode de quantification utilisée. Aucun effet de matrice n’est observé^[11].

D’autres benzotriazoles, comme le 4- et 5-methyl-1H-benzotriazole, 5,6-dimethyl-1H-benzotriazole, 5-chloro-1H-benzotriazole, sont aussi détectés dans l’eau (dans l’eau potable le cas échéant)^[11].

Environnement, toxicologie, écotoxicologie

Malgré une présence répandue dans les écosystèmes aquatiques, les effets de composés du Benzotriazole restent « largement inconnus ».

Au début des années 2000, il était estimé peu toxique pour l'Homme, mais présente des propriétés de perturbateur endocrinien (anti-oestrogénique)^[12].

On retrouve dans l'eau des stabilisateurs UV à base de benzotriazole, où selon une étude récente (2020), ils se bioaccumulent dans le foie des truitelles, en modifiant leur fonctionnement^[6]

On sait que le Benzotriazole est résistant à la biodégradation^[13] et qu'il n’est que partiellement éliminé lors des traitements des eaux usées^[9].
Sa bonne solubilité dans l'eau, sa toxicité et la valeur du coefficient de partition octanol-eau de ce composé en font un contaminant émergent ^[14] fréquemment retrouvé dans les eaux superficielles (cours d'eau et lacs) ; voir tableau ci-dessous^[15].

Pour réduire l'apport de benzotriazole via les eaux usées traitées dans l'environnement, un bioréacteur à membranes (membrane bioreactor - MBR) peut être employé, de même que l’ozonation (qui supprime quasi totalement le benzotriazole des eaux usées). Ces deux méthodes pourraient aider à diminuer considérablement la concentration en benzotriazole dans les eaux^[8].

Tableau sommaire de la présence de benzotriazole dans les eaux environnementales

Matrice	Localité	Méthode de détection et analyse	Concentration observée ng/L	Référence
Eau souterraine	Allemagne	LC-MS/MS	< 10	Anal. Chem. 77 (2005) 7415-7420.
Eau de lac	Suisse	LC-MS/MS	100-1200	Environ. Sci. Technol. 40 (2006) 7186-7192.
Eaux usées municipales	Allemagne	LC-MS/MS	9600	Anal. Chem. 77 (2005) 7415-7420.
	Suisse	LC-MS/MS	10000-100000	Environ. Sci. Pollut. Res. 13 (2006) 333-341.
	Pays-Bas	LC-MS/MS	8000	Int. J. Mass Spectrom. 282 (2009) 99-107.
Eau de rivière	Allemagne	GC-MS	38-1474	Environ. Sci. Pollut. Res. 16 (2009) 702-710.
	Suisse	LC-MS/MS	636-3690	Environ. Sci. Pollut. Res. 13 (2006) 333-341.
	Pays-Bas	LC-MS/MS	100-1000	Int. J. Mass Spectrom. 282 (2009) 99-107.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. Entrée « Benzotriazole » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 24 mars 2010 (JavaScript nécessaire)
3. (en) « 1H-Benzotriazole », sur NIST/WebBook, consulté le 24 mars 2010
4. A. Escandre, J.L. Galigné et J. Lapasset, « Structure cristalline et moléculaire du benzotriazole », Acta Crystallographica Section B:Structural Crystallography and Crystal Chemistry, vol. 30,‎ 1974, p. 1490-1495 (DOI 10.1107/S0567740874005139)
5. (en) « Benzotriazole », sur ChemIDplus, consulté le 24 mars
6. Maeva Giraudo Tash‐Lynn L. Colson Amila O. De Silva Zhe Lu Pierre Gagnon Lorraine Brown Magali Houde (2020) Food‐borne exposure of juvenile rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) to benzotriazole UV stabilizers alone and in mixture induces specific transcriptional changes ; 31 January 2020 ; https://doi.org/10.1002/etc.4676 ; Environmental Toxicology and Chemistry (ETC)
7. Richardson, S. D., Environmental Mass Spectrometry: Emerging Contaminants and Current Issues, Anal. Chem., 80, (2008), p. 4373-4402.
8. Weiss, S., Jakobs, J., Reemtsma, T., Discharge of Three Benzotriazole Corrosion Inhibitors with Municipal Wastewater and Improvements by Membrane Bioreactor Treatment and Ozonation, Environ. Sci. Technol., 40, (2006), p. 7193-7199.
9. Weiss, S., Reemtsma, T., Determination of Benzotriazole Corrosion Inhibitors from Aqueous Environmental Samples by Liquid Chromatography-Electrospray Ionization-Tandem Mass Spectrometry, Anal. Chem., 77, (2005), p. 7415-7420.
10. Giger, W., Schaffner, C., Kohler, H.-P. E., Benzotriazole and Tolyltriazole as Aquatic Contaminants. 1. Input and Occurrence in Rivers and Lakes, Environ. Sci. Technol., 40, (2006), p. 7186-7192.
11. Van Leerdam, J. A., Hogenboom, A. C., Van der Kooi, M. M. E., Voogt, P., Determination of Polar 1H-Benzotriazoles and Benzothiazoles in water by Solid-Phase-Extraction and Liquid Chromatography LTQ FT Orbitrap Mass Spectrometry, Int. J. Mass Spectrom., 282, (2009), p. 99-107.
12. Marinel la Farré, Sandra Pérez, Lina Kantiani, Damià Barceló, « Fate and toxicity of emerging pollutants, their metabolites and transformation products in the aquatic environment », TrAC Trends in Analytical Chemistry, vol. 27, n^o 11,‎ 2008, p. 991–1007 (DOI 10.1016/j.trac.2008.09.010)
13. Fiche de données de sécurité/ Fiche signalétique pour le benzotriazol, sur le site internet de Sigma-Aldrich : Sigma-Aldrich, Consulté en ligne le 16 mars 2010
14. Richardson, S. D., Environmental Mass Spectrometry: Emerging Contaminants and Current Issues, Anal. Chem., 78, (2006), p. 4021-4045.
15. W Giger, C Schaffner et HP Kohler, « Benzotriazole and tolyltriazole as aquatic contaminants. 1. Input and occurrence in rivers and lakes », Environmental Science & Technology, vol. 40, n^o 23,‎ 2006, p. 7186–92 (PMID 17180965, DOI 10.1021/es061565j)

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