El sulfolano (también tetrametilenosulfona , nombre sistemático : 1λ6 - tiolano-1,1-diona ) es un compuesto organosulfurado , formalmente una sulfona cíclica , con la fórmula ( CH2 ) 4SO2 . Es un líquido incoloro comúnmente utilizado en la industria química como disolvente para destilación extractiva y reacciones químicas. El sulfolano fue desarrollado originalmente por Shell Oil Company en la década de 1960 como disolvente para purificar el butadieno . [1] [2] El sulfolano es un disolvente aprótico polar y es miscible con agua.
El sulfolano se clasifica como una sulfona , un grupo de compuestos organosulfurados que contienen un grupo funcional sulfonilo . El grupo sulfona es un átomo de azufre con enlaces dobles a dos átomos de oxígeno y enlaces simples a dos centros de carbono. El doble enlace azufre-oxígeno es polar, lo que confiere buena solubilidad en agua, mientras que el anillo de cuatro carbonos proporciona estabilidad no polar . Estas propiedades le permiten ser miscible tanto en agua como en hidrocarburos , lo que da lugar a su uso generalizado como disolvente para purificar mezclas de hidrocarburos.
El método original desarrollado por Shell Oil Company consistía en permitir primero que el butadieno reaccionara con dióxido de azufre mediante una reacción queletrópica para dar sulfoleno . Luego se hidrogenó usando níquel Raney como catalizador para dar sulfolano. [3] [4]
Poco después, se descubrió que tanto el rendimiento del producto como la vida útil del catalizador podían mejorarse añadiendo peróxido de hidrógeno y luego neutralizándolo a un pH de aproximadamente 5-8 antes de la hidrogenación. Los avances han continuado a lo largo de los años, también en los catalizadores utilizados. Recientemente, se descubrió que Ni-B/MgO mostraba una actividad catalítica superior a la del níquel Raney y otros catalizadores comunes que se han utilizado en la hidrogenación de sulfoleno.
También se han desarrollado otras síntesis, como la oxidación del tetrahidrotiofeno con peróxido de hidrógeno. Esta reacción produce sulfóxido de tetrametileno, que luego puede oxidarse aún más. Debido a que la primera oxidación ocurre a baja temperatura y la segunda a mayor temperatura, la reacción se puede controlar en cada etapa. Esto da mayor libertad para la manipulación de la reacción, lo que potencialmente puede conducir a mayores rendimientos y pureza.
El sulfolano se utiliza ampliamente como disolvente industrial , especialmente en la extracción de hidrocarburos aromáticos a partir de mezclas de hidrocarburos y para purificar gas natural . [3] El primer uso comercial a gran escala del sulfolano, el proceso de sulfinol, fue implementado por primera vez por Shell Oil Company en marzo de 1964 en la planta de gas Person cerca de Karnes City, Texas. El proceso de sulfinol purifica el gas natural eliminando H 2 S , CO 2 , COS y mercaptanos del gas natural con una mezcla de alcanolamina y sulfolano.
Poco después de que se implementara el proceso del sulfinol, se descubrió que el sulfolano era muy eficaz para separar compuestos aromáticos de alta pureza de mezclas de hidrocarburos mediante extracción líquido-líquido . Este proceso es muy utilizado en refinerías y en la industria petroquímica . Debido a que el sulfolano es uno de los solventes industriales más eficientes para purificar aromáticos, el proceso opera con una relación solvente-alimentación relativamente baja, lo que hace que el sulfolano sea relativamente rentable en comparación con solventes de propósito similar. Además, es selectivo en una gama que complementa la destilación ; donde el sulfolano no puede separar dos compuestos, la destilación puede hacerlo fácilmente y viceversa, manteniendo las unidades de sulfolano útiles para una amplia gama de compuestos con un costo adicional mínimo.
Si bien el sulfolano es muy estable y, por lo tanto, puede reutilizarse muchas veces, eventualmente se degrada en subproductos ácidos . Se han desarrollado una serie de medidas para eliminar estos subproductos, lo que permite reutilizar el sulfolano y aumentar la vida útil de un suministro determinado. Algunos métodos que se han desarrollado para regenerar el sulfolano gastado incluyen destilación al vacío y al vapor, retroextracción, adsorción y columnas de resina de intercambio catiónico aniónico.
El sulfolano también se agrega al ácido fluorhídrico como supresor de vapor, [5] comúnmente para uso en la unidad de alquilación de una refinería . Este ácido fluorhídrico "modificado" es menos propenso a la vaporización si se libera en su forma líquida.
El agua subterránea en partes de la ciudad de North Pole, Alaska , ha sido contaminada con sulfolano debido a la contaminación de una refinería de petróleo ahora cerrada. [6] Debido a esta contaminación, los residentes afectados han recibido fuentes alternativas de agua potable. [6] Se están realizando estudios en animales sobre la toxicidad del sulfolano, financiados a través del Programa Nacional de Toxicología del gobierno federal de EE. UU . [7] No se han realizado estudios in vivo a largo plazo en animales, lo que impide llegar a una conclusión firme sobre si el sulfolano es un carcinógeno, aunque los estudios in vitro no han logrado demostrar ningún cambio canceroso en células bacterianas o animales. En estudios con animales, altas dosis de sulfolano han inducido impactos negativos en el sistema nervioso central, incluyendo hiperactividad, convulsiones e hipotermia; Aún se están estudiando los impactos de dosis más bajas, especialmente a largo plazo. [8]