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 penetrante 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 a bajas dosis. [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 penetrante 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 a bajas dosis. [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 conocida 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 para 2017. [9] El acetonitrilo y el cianuro de hidrógeno son subproductos importantes que se recuperan para la venta. [5] De hecho, la escasez de acetonitrilo de 2008-2009 fue causada por una disminución en la demanda de acrilonitrilo. [10]
En el proceso SOHIO, el propileno , el amoníaco y el aire (oxidante) pasan 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 enfriados en ácido sulfúrico acuoso. El exceso de propileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y dinitrógeno que no se disuelven se ventilan directamente a la atmósfera o se incineran. La solución acuosa consta de acrilonitrilo, acetonitrilo, ácido cianhídrico y sulfato de amonio (del exceso de amoníaco). Una columna de recuperación elimina el agua a granel, 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 en 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 biomasa lignocelulósica , glicerol (de la producción de biodiésel ) o ácido glutámico (que 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 la descarboxilación oxidativa al ácido 3-cianopropanoico, seguida de una descarbonilación-eliminación al acrilonitrilo. [14] De estos, la ruta del glicerol se considera ampliamente como la más viable, aunque ninguno de estos métodos verdes es comercialmente competitivo. [12] [13]
El acrilonitrilo se utiliza principalmente como monómero para preparar poliacrilonitrilo , un homopolímero , o varios copolímeros importantes , como el estireno-acrilonitrilo (SAN), el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el 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 nailones :
El acrilonitrilo también es un precursor en la fabricación de acrilamida y ácido acrílico . [5]
La hidrogenación del acrilonitrilo es una vía para obtener propionitrilo. La hidrólisis con ácido sulfúrico produce 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 vía común para la obtención de una variedad de productos químicos especiales. El proceso se denomina cianoetilación :
Los nucleófilos próticos típicos son los alcoholes , los tioles y, especialmente, las 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 una polimerización 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 sobre el Cáncer (IARC), [18] y los trabajadores expuestos a altos niveles de acrilonitrilo en el aire son diagnosticados con mayor frecuencia con cáncer de pulmón que el resto de la población. [19] El acrilonitrilo es uno de los siete tóxicos en el humo del cigarrillo que están más asociados con la carcinogénesis del tracto respiratorio . [20] El mecanismo de acción del acrilonitrilo parece involucrar estrés oxidativo y daño oxidativo del 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) para alcanzar concentraciones peligrosas; la irritación de la piel , la irritación respiratoria y la irritación ocular son los efectos inmediatos de esta exposición. [24] Las vías de exposición para los humanos incluyen emisiones , escape de automóviles y humo de cigarrillo que pueden exponer al sujeto humano directamente si inhala o fuma. Las vías de exposición incluyen inhalación, oral y, en cierta medida, absorción dérmica (probado 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]
Existen dos procesos principales de excreción del acrilonitrilo. El método principal es la excreción en la orina, cuando el acrilonitrilo se metaboliza al conjugarse directamente con glutatión . El otro método es cuando el acrilonitrilo se convierte enzimáticamente en óxido de 2-cianoetileno, que producirá productos finales de cianuro que finalmente forman tiocianato , que se excreta a través de la orina. [25] Por lo tanto, la exposición se puede detectar mediante extracciones de sangre y muestras de orina. [18]
En julio de 2024, la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer actualizó la clasificación del acrilonitrilo de "posiblemente cancerígeno" a "carcinógeno para los seres humanos". La Agencia encontró pruebas suficientes que lo vinculan con el cáncer de pulmón . [26] [27]
Una gran cantidad de acrilonitrilo (aproximadamente 6500 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 5000 personas se vieron afectadas y los animales expuestos murieron. [28] La fuga fue notada por la empresa solo 8 horas después del incidente. Los trabajadores de la salud no sabían sobre los efectos sobre la salud del acrilonitrilo y trataron de tratar a las víctimas con analgésicos y líquidos intravenosos. [29] Un abogado, Ayşe Akdemir, demandó a la empresa con 44 familias como demandantes. [29] Aksa Akrilik fue demandada por 200 residentes que fueron afectados por el acrilonitrilo. [30] La Asociación Médica Turca confirmó un aumento de los casos de cáncer en la zona , [30] ya que la tasa de cáncer en la zona afectada aumentó en un 80%, desde 1999 hasta abril de 2002. [29] En 2003, el propietario de Aksa Akrilik murió de cáncer de pulmón relacionado con la exposición al acrilonitrilo. [29] A partir de 2001, esta es la fuga de acrilonitrilo más grande conocida. [28]
El acrilonitrilo no se forma de forma natural en la Tierra. Se ha detectado en niveles inferiores a ppm en sitios industriales. Persiste en el aire hasta una semana. Se descompone al reaccionar con el oxígeno y el radical hidroxilo para formar cianuro de formilo y formaldehído . [31] El acrilonitrilo es nocivo para la vida acuática . [24] Se ha detectado acrilonitrilo en la atmósfera de Titán , una luna de Saturno . [32] [33] [34] 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. [32] [33]