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acrilonitrilo

2-Propenenitrile Cyanoethene [[Vinyl group|Vinyl]] [[cyanide]] (VCN) Cyanoethylene Propenenitrile Vinyl nitrile"},"Section1":{"wt":"{{Chembox Identifiers\n|InChIKey = NLHHRLWOUZ...

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El acrilonitrilo es un compuesto orgánico con la fórmula CH₂CHCN y la estructura H₂C =CH−C≡N . Es un líquido incoloro y volátil . Tiene un olor penetrante que recuerda al ajo o la cebolla. [ 4 ] Su estructura molecular consiste en un grupo vinilo ( −CH=CH₂ ) unido a un nitrilo ( −C≡N ). Es un monómero importante para la fabricación de plásticos útiles como el poliacrilonitrilo . Es tóxico en dosis bajas. [ 5 ]

El acrilonitrilo es uno de los componentes del plástico ABS ( acrilonitrilo butadieno estireno ). [ 6 ]

Producción

El acrilonitrilo fue sintetizado por primera vez por el químico francés Charles Moureu en 1893. [ 7 ] El acrilonitrilo se produce mediante amoxidación catalítica del propileno , también conocida como proceso SOHIO . En 2002, la capacidad de producción mundial se estimó en 5 millones de toneladas por año, [ 5 ] [ 8 ] aumentando a aproximadamente 6 millones de toneladas para 2017. [ 9 ] El acetonitrilo y el cianuro de hidrógeno son subproductos importantes que se recuperan para su venta. [ 5 ] De hecho, la escasez de acetonitrilo de 2008-2009 fue causada por una disminución en la demanda de acrilonitrilo. [ 10 ]  

2 CH 3 −CH=CH 2 + 2 NH 3 + 3 O 2 → 2 CH 2 =CH−C≡N + 6 H 2 O

En el proceso SOHIO, el propileno , el amoníaco y el aire (oxidante) se hacen pasar a través de un reactor de lecho fluidizado que contiene el catalizador a 400–510  °C y 50–200  kPa g . Los reactivos pasan por el reactor solo una vez, antes de ser neutralizados en ácido sulfúrico acuoso. El exceso de propileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y dinitrógeno que no se disuelve se libera directamente a la atmósfera o se incinera. La solución acuosa consta de acrilonitrilo, acetonitrilo, ácido cianhídrico y sulfato de amonio (proveniente del exceso de amoníaco). Una columna de recuperación elimina el agua, y el acrilonitrilo y el acetonitrilo se separan por destilación. Uno de los primeros catalizadores útiles fue el fosfomolibdato de bismuto ( Bi 9 PMo 12 O 52 ) soportado sobre sílice. [ 11 ] Desde entonces se han realizado mejoras adicionales. [ 5 ]

Rutas alternativas

Se están explorando varias rutas de química verde para la obtención de acrilonitrilo a partir de materias primas renovables, como biomasa lignocelulósica , glicerol (de la producción de biodiésel ) o ácido glutámico (que a su vez puede producirse a partir de materias primas renovables). La ruta lignocelulósica implica la fermentación de la biomasa a ácido propiónico y ácido 3-hidroxipropiónico , que luego se convierten en acrilonitrilo por deshidratación y amoxidación . [ 12 ] [ 9 ] La ruta del glicerol comienza con su deshidratación a acroleína , que sufre amoxidación para dar acrilonitrilo. [ 13 ] La ruta del ácido glutámico emplea descarboxilación oxidativa a ácido 3-cianopropanoico, seguida de una descarbonilación-eliminación a acrilonitrilo. [ 14 ] De estas, la ruta del glicerol se considera ampliamente la más viable, aunque ninguno de estos métodos verdes es comercialmente competitivo. [ 12 ] [ 13 ]

Usos

El acrilonitrilo se utiliza principalmente como monómero para preparar poliacrilonitrilo , un homopolímero , o varios copolímeros importantes , como estireno-acrilonitrilo (SAN), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), acrilonitrilo estireno acrilato (ASA) y otros cauchos sintéticos como el acrilonitrilo butadieno (NBR). La hidrodimerización del acrilonitrilo [ 15 ] [ 16 ] produce adiponitrilo , utilizado en la síntesis de ciertos nylons :

2 CH 2 =CHCN + 2 e − + 2 H + → NCCH 2 −CH 2 −CH 2 −CH 2 CN

La hidrólisis con ácido sulfúrico produce sulfato de acrilamida, CH=CHC(O)NH₂ · H₂SO₄ . Esta sal se puede convertir en acrilamida y en acrilato de metilo . [ 5 ] La hidrogenación del acrilonitrilo es una vía para obtener propionitrilo . La reacción del acrilonitrilo con nucleófilos próticos se denomina cianoetilación .

YH + H 2 C = CHCN → Y − CH 2 −CH 2 CN

Los nucleófilos próticos típicos son los alcoholes , los tioles y, especialmente, las aminas . [ 17 ] Cuando se utiliza cianuro de hidrógeno, el producto es succinonitrilo . [ 18 ]

El acrilonitrilo y sus derivados, como el 2-cloroacrilonitrilo, son dienófilos en las reacciones de Diels-Alder .

Efectos sobre la salud

El acrilonitrilo es tóxico con una LD50 = 81  mg/kg (ratas). Puede polimerizarse de forma explosiva. El material en combustión libera humos de cianuro de hidrógeno y óxidos de nitrógeno . Está clasificado como carcinógeno de clase 1 (carcinógeno) por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) [ 19 ] , y los trabajadores expuestos a altos niveles de acrilonitrilo en el aire son diagnosticados con cáncer de pulmón con mayor frecuencia que el resto de la población [ 20 ] .

El acrilonitrilo parece causar estrés oxidativo y daño oxidativo al ADN . [ 21 ] El acrilonitrilo aumenta el cáncer en pruebas de dosis altas en ratas y ratones machos y hembras [ 22 ] e induce apoptosis en células madre mesenquimales del cordón umbilical humano . [ 23 ]

Se evapora rápidamente a temperatura ambiente (20  °C) hasta alcanzar concentraciones peligrosas; la irritación cutánea , respiratoria y ocular son los efectos inmediatos de esta exposición. [ 24 ] Las vías de exposición para los humanos incluyen emisiones , gases de escape de automóviles y humo de cigarrillos que pueden exponer directamente al sujeto humano si inhala o fuma. Las vías de exposición incluyen la inhalación, la absorción oral y, en cierta medida, la absorción dérmica (probada con voluntarios humanos y en estudios con ratas). [ 25 ] La exposición repetida causa sensibilización cutánea y puede causar daño al sistema nervioso central y al hígado . [ 24 ]

El acrilonitrilo se excreta en la orina como conjugado del glutatión . Parte del acrilonitrilo se convierte enzimáticamente en óxido de 2-cianoetileno, que produce cianuro y tiocianato , los cuales también se excretan en la orina. [ 25 ] Por lo tanto, la exposición puede detectarse mediante extracciones de sangre y análisis de orina. [ 19 ]

En julio de 2024, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer elevó la clasificación del acrilonitrilo de "posiblemente cancerígeno" a cancerígeno para los humanos. La Agencia encontró evidencia suficiente que lo vincula con el cáncer de pulmón . [ 26 ] [ 27 ]

Utilizar en botellas de plástico

En junio de 1974, Coca-Cola introdujo la botella de plástico Easy-Goer de 32 onzas, fabricada con acrilonitrilo/estireno, que ofrecía ahorro de energía durante la fabricación, mayor durabilidad y menor peso que las botellas de vidrio. [ 28 ] En marzo de 1977, tras una demanda presentada por el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales, la FDA revocó la aprobación de las botellas de acrilonitrilo alegando efectos adversos en animales de prueba. [ 29 ] Monsanto , fabricante de las botellas de Coca-Cola, refutó la decisión, afirmando que "las pruebas repetidas han demostrado que no hay migración detectable de acrilonitrilo al contenido de la botella". Tras varias apelaciones ante los tribunales, en septiembre de 1977 la FDA finalizó su prohibición. [ 30 ] [ 31 ]

Incidentes

Una gran cantidad de acrilonitrilo (aproximadamente 6500 toneladas) se filtró de una planta de polímeros industriales propiedad de Aksa Akrilik después del violento terremoto del 17 de agosto de 1999 en Turquía. Más de 5000 personas resultaron afectadas y los animales expuestos murieron. [ 32 ] La fuga solo fue detectada por la empresa 8 horas después del incidente. Los trabajadores de la salud desconocían los efectos del acrilonitrilo en la salud e intentaron tratar a las víctimas con analgésicos y fluidos intravenosos. [ 33 ] Una abogada, Ayşe Akdemir, demandó a la empresa con 44 familias como demandantes. [ 33 ] Aksa Akrilik fue demandada por 200 residentes que fueron afectados por el acrilonitrilo. [ 34 ] La Asociación Médica Turca confirmó un aumento en los casos de cáncer en la zona , [ 34 ] ya que la tasa de cáncer en la zona afectada aumentó un 80%, desde 1999 hasta abril de 2002. [ 33 ] En 2003, el propietario de Aksa Akrilik murió de cáncer de pulmón relacionado con la exposición al acrilonitrilo. [ 33 ]

Aparición

Los microorganismos que contienen enzimas nitrilo hidratasa (NHase) degradan el acrilonitrilo dañino. [ 35 ]

Se ha detectado acrilonitrilo a nivel de sub-ppm en sitios industriales. Persiste en el aire hasta por una semana. Se descompone al reaccionar con oxígeno y radical hidroxilo para formar cianuro de formilo y formaldehído . [ 36 ] El acrilonitrilo es nocivo para la vida acuática . [ 24 ] Se ha detectado acrilonitrilo en la atmósfera de Titán , una luna de Saturno . [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] Las simulaciones por computadora sugieren que en Titán existen condiciones tales que el compuesto podría formar estructuras similares a las membranas celulares y vesículas en la Tierra, llamadas azotosomas. [ 37 ] [ 38 ]

Referencias

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