El acrilonitrilo es un compuesto orgánico con la fórmula CH 2 CHCN y la estructura H 2 C=CH−C≡N . Es un líquido incoloro y volátil . Tiene un olor acre a ajo o cebolla. [4] Su estructura molecular consiste en un grupo vinilo ( −CH=CH 2 ) unido a un nitrilo ( −C≡N ). Es un monómero importante para la fabricación de plásticos útiles como el poliacrilonitrilo . Es reactivo y tóxico en dosis bajas. [5]
El acrilonitrilo es uno de los componentes del plástico ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) . [6]
El acrilonitrilo es un compuesto orgánico con la fórmula CH 2 CHCN y la estructura H 2 C=CH−C≡N . Es un líquido incoloro y volátil aunque las muestras comerciales pueden ser amarillas debido a las impurezas . Tiene un olor acre a ajo o cebolla. [4] Su estructura molecular consiste en un grupo vinilo ( −CH=CH 2 ) unido a un nitrilo ( −C≡N ). Es un monómero importante para la fabricación de plásticos útiles como el poliacrilonitrilo . Es reactivo y tóxico en dosis bajas. [5]
El acrilonitrilo fue sintetizado por primera vez por el químico francés Charles Moureu en 1893. [7] El acrilonitrilo se produce mediante amoxidación catalítica de propileno , también conocido como proceso SOHIO . En 2002, la capacidad de producción mundial se estimó en 5 millones de toneladas por año, [5] [8] aumentando a alrededor de 6 millones de toneladas en 2017. [9] El acetonitrilo y el cianuro de hidrógeno son importantes subproductos que se recuperan para la venta. [5] De hecho, la escasez de acetonitrilo en 2008-2009 fue causada por una disminución en la demanda de acrilonitrilo. [10]
En el proceso SOHIO, se hacen pasar propileno , amoníaco y aire (oxidante) a través de un reactor de lecho fluidizado que contiene el catalizador a 400–510 °C y 50–200 kPa g . Los reactivos pasan a través del reactor sólo una vez, antes de enfriarse en ácido sulfúrico acuoso. El exceso de propileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y dinitrógeno que no se disuelven se expulsan directamente a la atmósfera o se incineran. La solución acuosa se compone de acrilonitrilo, acetonitrilo, ácido cianhídrico y sulfato de amonio (del exceso de amoníaco). Una columna de recuperación elimina la masa de 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 más mejoras. [5]
Se están explorando varias rutas de química verde para obtener acrilonitrilo a partir de materias primas renovables, como la biomasa lignocelulósica , el glicerol (de la producción de biodiesel ) o el 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 mediante 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 estos, la ruta del glicerol se considera en general la más viable, aunque ninguno de estos métodos ecológicos es comercialmente competitivo. [12] [13]
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. (RBN). La hidrodimerización del acrilonitrilo [15] [16] produce adiponitrilo , utilizado en la síntesis de ciertos nailon :
El acrilonitrilo también es un precursor en la fabricación de acrilamida y ácido acrílico . [5]
La hidrogenación del acrilonitrilo es una ruta para obtener propionitrilo. La hidrólisis con ácido sulfúrico da sulfato de acrilamida, CH=CHC(O)NH 2 ·H 2 SO 4 . Esta sal se puede convertir en acrilamida mediante tratamiento con una base o en acrilato de metilo mediante tratamiento con metanol . [5]
La reacción del acrilonitrilo con nucleófilos próticos es una ruta común para una variedad de productos químicos especiales. El proceso se llama cianoetilación :
Los nucleófilos próticos típicos son alcoholes , tioles y especialmente aminas . [17]
El acrilonitrilo y sus derivados, como el 2-cloroacrilonitrilo, son dienófilos en las reacciones de Diels-Alder .
El acrilonitrilo es moderadamente tóxico con LD50 = 81 mg/kg (ratas). Sufre polimerización explosiva . El material ardiendo libera vapores de cianuro de hidrógeno y óxidos de nitrógeno . Está clasificado como carcinógeno de Clase 2B (posiblemente cancerígeno) por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC), [18] y los trabajadores expuestos a altos niveles de acrilonitrilo en el aire son diagnosticados con más frecuencia con cáncer de pulmón que el resto de la población. [19] El acrilonitrilo es uno de los siete tóxicos del humo del cigarrillo que están más asociados con la carcinogénesis del tracto respiratorio . [20] El mecanismo de acción del acrilonitrilo parece implicar 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 la apoptosis en células madre mesenquimales del cordón umbilical humano . [23]
Se evapora rápidamente a temperatura ambiente (20 °C) hasta alcanzar concentraciones peligrosas; La irritación de la piel , la irritación respiratoria y la irritación de los ojos son los efectos inmediatos de esta exposición. [24] Las vías de exposición para los seres humanos incluyen emisiones , gases de escape de automóviles y humo de cigarrillos que pueden exponer al sujeto humano directamente si inhala o fuma. Las rutas de exposición incluyen la inhalación, la vía oral y, hasta cierto punto, la vía dérmica (probada con humanos voluntarios y en estudios con ratas). [25] La exposición repetida causa sensibilización de la piel y puede causar daño al sistema nervioso central y al hígado . [24]
Hay dos procesos principales de excreción de acrilonitrilo. El método principal es la excreción en la orina cuando el acrilonitrilo se metaboliza directamente conjugado con glutatión . El otro método es cuando el acrilonitrilo se convierte enzimáticamente en óxido de 2-cianoetileno, lo que producirá productos finales de cianuro que finalmente formarán tiocianato , que se excreta por la orina. [25] Por lo tanto, la exposición se puede detectar mediante extracciones de sangre y muestras de orina. [18]
Una gran cantidad de acrilonitrilo (aproximadamente 6.500 toneladas) se filtró de una planta industrial de polímeros propiedad de Aksa Akrilik después del violento terremoto del 17 de agosto en Turquía. Más de 5.000 personas resultaron afectadas y los animales expuestos murieron. [26] La empresa sólo notó la fuga 8 horas después del incidente. Los trabajadores de la salud no conocían los efectos del acrilonitrilo en la salud e intentaron tratar a las víctimas con analgésicos y líquidos intravenosos. [27] Un abogado, Ayşe Akdemir, demandó a la empresa con 44 familias como demandantes. [27] Aksa Akrilik fue demandada por 200 residentes afectados por el acrilonitrilo. [28] La Asociación Médica Turca confirmó un aumento en los casos de cáncer en el área , [28] ya que la tasa de cáncer en el área afectada aumentó en un 80%, desde 1999 hasta abril de 2002. [27] En 2003, el propietario de Aksa Akrilik ha muerto de cáncer de pulmón relacionado con la exposición al acrilonitrilo. [27] En 2001, esta es la fuga de acrilonitrilo más grande conocida. [26]
El acrilonitrilo no se forma naturalmente en la Tierra. Se ha detectado en niveles inferiores a ppm en sitios industriales. Persiste en el aire hasta por una semana. Se descompone al reaccionar con oxígeno y radicales hidroxilo para formar cianuro de formilo y formaldehído . [29] El acrilonitrilo es perjudicial para la vida acuática . [24] Se ha detectado acrilonitrilo en la atmósfera de Titán , una luna de Saturno . [30] [31] [32] Las simulaciones por computadora sugieren que en Titán existen condiciones tales que el compuesto podría formar estructuras similares a las membranas celulares y vesículas de la Tierra, llamadas azotosomas. [30] [31]