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Acroleína

La acroleína (nombre sistemático: propeno ) es el aldehído insaturado más simple . Es un líquido incoloro con un aroma desagradable y acre. El olor a grasa quemada (como cuando el aceite de cocina se calienta hasta su punto de humo ) es causado por el glicerol presente en la grasa quemada que se descompone en acroleína. Se produce industrialmente a partir del propeno y se utiliza principalmente como biocida y como componente básico de otros compuestos químicos, como el aminoácido metionina .

Historia

La acroleína fue nombrada y caracterizada por primera vez como un aldehído por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius en 1839. Había estado trabajando con ella como un producto de degradación térmica del glicerol , un material utilizado en la fabricación de jabón. El nombre es una contracción de "acrid" (en referencia a su olor penetrante) y "oleum" (en referencia a su consistencia similar al aceite). En el siglo XX, la acroleína se convirtió en un intermediario importante para la producción industrial de ácido acrílico y plásticos acrílicos. [4]

Producción

La acroleína se prepara industrialmente mediante la oxidación del propeno . El proceso utiliza aire como fuente de oxígeno y requiere óxidos metálicos como catalizadores heterogéneos : [5]

CH 3 CH=CH 2 + O 2 → CH 2 =CHCHO + H 2 O

En América del Norte, Europa y Japón se producen anualmente de esta manera unas 500.000 toneladas de acroleína. Además, todo el ácido acrílico se produce mediante la formación transitoria de acroleína.

El propano representa una materia prima prometedora pero desafiante para la síntesis de acroleína (y ácido acrílico). El principal desafío es, de hecho, la sobreoxidación de este ácido.

Cuando el glicerol (también llamado glicerina) se calienta a 280 °C, se descompone en acroleína:

(CH 2 OH) 2 CHOH → CH 2 =CHCHO + 2 H 2 O

Esta ruta es atractiva cuando el glicerol se cogenera en la producción de biodiesel a partir de aceites vegetales o grasas animales. La deshidratación del glicerol ha sido demostrada, pero no ha demostrado ser competitiva con la ruta a partir de productos petroquímicos . [6] [7]

Métodos de nicho o de laboratorio

La ruta industrial original para la acroleína, desarrollada por Degussa, implica la condensación aldólica de formaldehído y acetaldehído :

HCHO + CH3CHO CH2 = CHCHO + H2O

La acroleína también se puede producir a escala de laboratorio mediante la acción del bisulfato de potasio sobre el glicerol (glicerina). [8]

Reacciones

La acroleína es un compuesto relativamente electrofílico y reactivo, de ahí su alta toxicidad. Es un buen aceptor de Michael , de ahí su útil reacción con tioles. Forma acetales fácilmente, siendo uno destacado el espirociclo derivado del pentaeritritol , dialilideno pentaeritritol. La acroleína participa en muchas reacciones de Diels-Alder , incluso consigo misma. A través de las reacciones de Diels-Alder, es un precursor de algunas fragancias comerciales, incluido el aldehído de mirac ("lyral") y el norborneno -2-carboxaldehído. [5] El monómero 3,4-epoxiciclohexilmetil-3',4'-epoxiciclohexano carboxilato también se produce a partir de la acroleína mediante la intermediación del tetrahidrobenzaldehído .

Usos

Usos militares

La acroleína se utilizaba en la guerra debido a sus propiedades irritantes y vesicantes. Los franceses utilizaron esta sustancia química en sus granadas de mano y proyectiles de artillería [9] durante la Primera Guerra Mundial bajo el nombre de "Papite". [10]

Biocida

La acroleína se utiliza principalmente como herbicida de contacto para controlar malezas sumergidas y flotantes, así como algas, en canales de riego . Se utiliza a un nivel de 10 ppm en aguas de riego y recirculación. En la industria del petróleo y el gas , se utiliza como biocida en aguas de perforación , así como eliminador de sulfuro de hidrógeno y mercaptanos . [5]

Precursor químico

Se obtienen numerosos compuestos útiles a partir de la acroleína, aprovechando su bifuncionalidad. El aminoácido metionina se produce mediante la adición de metanotiol seguida de la síntesis de Strecker . La acroleína se condensa con acetaldehído y aminas para dar metilpiridinas . [11] También es un intermediario en la síntesis de quinolinas de Skraup .

La acroleína se polimeriza en presencia de oxígeno y en agua en concentraciones superiores al 22 %. El color y la textura del polímero dependen de las condiciones. El polímero es un sólido transparente y amarillo. En agua, forma un plástico duro y poroso. [ cita requerida ]

La acroleína se ha utilizado como fijador en la preparación de muestras biológicas para microscopía electrónica . [12]

Riesgos para la salud

La acroleína es tóxica y es un fuerte irritante para la piel, los ojos y las fosas nasales. [5] La principal vía metabólica de la acroleína es la alquilación del glutatión . La OMS sugiere una "ingesta oral tolerable de acroleína" de 7,5 μg por día por kg de peso corporal. Aunque la acroleína se encuentra en las patatas fritas (y otros alimentos fritos), los niveles son solo de unos pocos μg por kg. [13] En respuesta a las exposiciones ocupacionales a la acroleína, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de los EE. UU. ha establecido un límite de exposición permisible en 0,1 ppm (0,25 mg/m 3 ) en un promedio ponderado en el tiempo de ocho horas. [14] La acroleína actúa de manera inmunosupresora y puede promover las células reguladoras, [15] previniendo así la generación de alergias por un lado, pero también aumentando el riesgo de cáncer.

Se identificó la acroleína como uno de los químicos involucrados en el incidente de contaminación tóxica del río Kim Kim en 2019. [16]

Humo de cigarrillo

Existen conexiones entre el gas acroleína en el humo de los cigarrillos de tabaco y el riesgo de cáncer de pulmón . [17] La ​​acroleína es uno de los siete tóxicos en el humo del cigarrillo que están más asociados con la carcinogénesis del tracto respiratorio . [18] El mecanismo de acción de la acroleína parece involucrar la inducción de especies reactivas de oxígeno aumentadas y daño del ADN relacionado con el estrés oxidativo . [19]

En términos del "cociente de salud no cancerígeno" [ jerga ] para los componentes del humo del cigarrillo, la acroleína domina, contribuyendo 40 veces más que el siguiente componente, el cianuro de hidrógeno . [20] El contenido de acroleína en el humo del cigarrillo depende del tipo de cigarrillo y de la glicerina añadida , lo que supone hasta 220 μg de acroleína por cigarrillo. [21] [22] Es importante destacar que, si bien la concentración de los componentes en el humo principal se puede reducir mediante filtros, esto no tiene un efecto significativo en la composición del humo secundario donde suele residir la acroleína y que se inhala al fumar pasivamente . [23] [24] Los cigarrillos electrónicos , utilizados normalmente, solo generan niveles "insignificantes" de acroleína (menos de 10 μg "por calada"). [25] [26]

Metabolito de quimioterapia

El tratamiento con ciclofosfamida e ifosfamida produce acroleína. [27] La ​​acroleína producida durante el tratamiento con ciclofosfamida se acumula en la vejiga urinaria y, si no se trata, puede causar cistitis hemorrágica.

Producción endógena

La acroleína es un componente de la reuterina . [28] La reuterina puede ser producida por microbios intestinales cuando hay glicerol presente. La reuterina producida por microbios es una fuente potencial de acroleína. [29]

Métodos analíticos

La "prueba de acroleína" es para detectar la presencia de glicerina o grasas . Se calienta una muestra con bisulfato de potasio y se libera acroleína si la prueba es positiva. Cuando una grasa se calienta fuertemente en presencia de un agente deshidratante como el bisulfato de potasio ( KHSO
4
), la porción de glicerol de la molécula se deshidrata para formar el aldehído insaturado , acroleína (CH 2 =CH–CHO), que tiene el olor característico de la grasa de cocina quemada. Existen métodos más modernos. [13]

En los EE. UU., los métodos 603 y 624.1 de la EPA están diseñados para medir la acroleína en corrientes de aguas residuales industriales y municipales . [30] [31]

Referencias

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