El sulfolano (también tetrametilensulfona , nombre sistemático : 1λ 6 -tiolano-1,1-diona ) es un compuesto organosulfurado , formalmente una sulfona cíclica , con la fórmula ( C H 2 ) 4 S O 2 . Es un líquido incoloro comúnmente utilizado en la industria química como disolvente para destilación extractiva y reacciones químicas. El sulfolano fue desarrollado originalmente por la Shell Oil Company en la década de 1960 como disolvente para purificar 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 doblemente enlazado a dos átomos de oxígeno y simplemente enlazado a dos centros de carbono. El doble enlace azufre-oxígeno es polar, lo que le 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 la Shell Oil Company consistía en permitir que el butadieno reaccionara con dióxido de azufre a través de una reacción quelotrópica para dar sulfoleno . Luego, este se hidrogenaba utilizando níquel Raney como catalizador para dar sulfolano. [3] [4]
Poco tiempo 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, incluso en los catalizadores utilizados. Recientemente, se descubrió que el Ni-B/MgO mostró 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. Como la primera oxidación se produce a baja temperatura y la segunda a una temperatura más alta, la reacción puede controlarse en cada etapa. Esto brinda 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 de mezclas de hidrocarburos y para purificar gas natural . [3] El primer uso comercial a gran escala del sulfolano, el proceso 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 sulfinol purifica el gas natural eliminando H2S , CO2 , COS y mercaptanos del gas natural con una mezcla de alcanolamina y sulfolano.
Poco después de que se implementara el proceso sulfinol, se descubrió que el sulfolano era altamente efectivo para separar compuestos aromáticos de alta pureza de mezclas de hidrocarburos mediante extracción líquido-líquido . Este proceso se usa ampliamente 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 un rango 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, se puede reutilizar muchas veces, con el tiempo se degrada y genera subproductos ácidos . Se han desarrollado varias 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 usado incluyen la destilación al vacío y al vapor, la retroextracción, la adsorción y las columnas de resina de intercambio aniónico-catión.
El sulfolano también se añade al ácido fluorhídrico como supresor de vapor, [5] comúnmente para su 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.
Las aguas subterráneas en partes de la ciudad de North Pole, Alaska , han sido contaminadas 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 los EE. UU . [7] No se han realizado estudios in vivo a largo plazo en animales, lo que impide cualquier conclusión firme sobre si el sulfolano es un carcinógeno, aunque los estudios in vitro no han podido demostrar ningún cambio cancerígeno 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; los impactos de dosis más bajas, especialmente a largo plazo, aún se están estudiando. [8]