El 1-butanol se produce naturalmente como un producto menor de la fermentación de azúcares y otros sacáridos con etanol [6] y está presente en muchos alimentos y bebidas. [7] [8] También es un saborizante artificial permitido en los Estados Unidos, [9] utilizado en mantequilla, crema, fruta, ron, whisky, helados, dulces, productos horneados y cordiales. [10] También se utiliza en una amplia gama de productos de consumo. [7]
El mayor uso del 1-butanol es como intermediario industrial, particularmente para la fabricación de acetato de butilo (en sí mismo un saborizante artificial y disolvente industrial). Es un petroquímico derivado del propileno . Las cifras de producción estimadas para 1997 son: Estados Unidos 784.000 toneladas; Europa Occidental 575.000 toneladas; Japón 225.000 toneladas. [8]
Producción
Desde la década de 1950, la mayor parte del 1-butanol se produce mediante la hidroformilación de propeno (proceso oxo) para formar preferentemente el butiraldehído n-butanal. Los catalizadores típicos se basan en cobalto y rodio. Luego se hidrogena el butiraldehído para producir butanol.
Un segundo método para producir butanol implica la reacción de Reppe de propileno con CO y agua: [11]
CH 3 CH=CH 2 + H 2 O + 2 CO → CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH + CO 2
Antiguamente el butanol se preparaba a partir de crotonaldehído , que se puede obtener a partir de acetaldehído .
El butanol también se puede producir mediante fermentación de biomasa por bacterias. Antes de la década de 1950, Clostridium acetobutylicum se utilizaba en la fermentación industrial para producir butanol. Las investigaciones de las últimas décadas mostraron resultados de otros microorganismos que pueden producir butanol mediante fermentación.
El butanol se puede producir mediante hidrogenación de furano sobre catalizador de Pd o Pt a alta temperatura y alta presión. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2014/gc/c3gc41183d
El 1-butanol se ha propuesto como sustituto del combustible diésel y de la gasolina . Se produce en pequeñas cantidades en casi todas las fermentaciones (ver aceite de fusel ). Clostridium produce rendimientos mucho mayores de butanol. Se están realizando investigaciones para aumentar el rendimiento de biobutanol a partir de biomasa .
El butanol se considera un biocombustible potencial ( butanol fuel ). El butanol al 85 por ciento se puede utilizar en automóviles diseñados para gasolina sin ningún cambio en el motor (a diferencia del etanol al 85 por ciento), y proporciona más energía para un volumen determinado que el etanol, casi tanta como la gasolina. Por tanto, un vehículo que utilice butanol arrojaría un consumo de combustible más comparable al de la gasolina que al del etanol. También se puede añadir butanol al combustible diésel para reducir las emisiones de hollín. [12]
La producción o, en algunos casos, el uso de las siguientes sustancias puede provocar exposición al 1-butanol: cuero artificial , ésteres butílicos , cemento de caucho , tintes, esencias de frutas, lacas, películas cinematográficas y fotográficas, impermeables, perfumes, plásticos de piroxilina , rayón , vidrio de seguridad, barniz de goma laca y telas impermeabilizantes. [7]
Ocurrencia en la naturaleza
El butan-1-ol se produce naturalmente como resultado de la fermentación de carbohidratos en varias bebidas alcohólicas, incluida la cerveza, [13] brandis de uva, [14] vino, [15] y whisky. [16] Se ha detectado en los volátiles del lúpulo, [17] jaca, [18] leches tratadas térmicamente, [19] melón almizclero, [20] queso, [21] semillas de guisantes del sur, [22] y cocidos. arroz. [23] El 1-butanol también se forma durante la fritura de aceite de maíz, aceite de semilla de algodón, trilinoleína y trioleína. [24]
El butan-1-ol es uno de los " alcoholes fusel " (del alemán "mal licor"), que incluyen alcoholes que tienen más de dos átomos de carbono y tienen una solubilidad significativa en agua. [25] Es un componente natural de muchas bebidas alcohólicas, aunque en concentraciones bajas y variables. [26] [27] Se cree que (junto con alcoholes fusel similares) es responsable de resacas severas , aunque los experimentos en modelos animales no muestran evidencia de esto. [28]
El 1-butanol se utiliza como ingrediente en saborizantes procesados y artificiales, [29] y para la extracción de proteínas libres de lípidos de la yema de huevo, [30] materiales saborizantes naturales y aceites vegetales, la fabricación de extracto de lúpulo para la elaboración de cerveza y como un disolvente para eliminar pigmentos del concentrado de proteína de hoja de cuajada húmeda . [31]
Metabolismo y toxicidad.
La toxicidad aguda del 1-butanol es relativamente baja, con valores de LD 50 oral de 790 a 4 360 mg/kg (rata; valores comparables para el etanol son 7 000 a 15 000 mg/kg). [8] [32] [11] Se metaboliza completamente en los vertebrados de una manera similar al etanol : la alcohol deshidrogenasa convierte el 1-butanol en butiraldehído ; Luego, la aldehído deshidrogenasa lo convierte en ácido butírico . El ácido butírico puede metabolizarse completamente en dióxido de carbono y agua mediante la vía de β-oxidación . En la rata, sólo el 0,03% de una dosis oral de 2.000 mg/kg se excretó en la orina. [33] En dosis subletales, el 1-butanol actúa como un depresor del sistema nervioso central , similar al etanol: un estudio en ratas indicó que la potencia intoxicante del 1-butanol es aproximadamente 6 veces mayor que la del etanol, posiblemente debido a su transformación más lenta por la alcohol deshidrogenasa. [34]
Otros peligros
El 1-butanol líquido, como ocurre con la mayoría de los disolventes orgánicos, es extremadamente irritante para los ojos; El contacto repetido con la piel también puede causar irritación. [8] Se cree que esto es un efecto genérico del desgrasado . No se ha observado sensibilización cutánea. La irritación de las vías respiratorias sólo se produce en concentraciones muy altas (>2400 ppm). [35]
Con un punto de inflamación de 35 °C, el 1-butanol presenta un riesgo de incendio moderado: es ligeramente más inflamable que el queroseno o el combustible diésel , pero menos inflamable que muchos otros disolventes orgánicos comunes. El efecto depresor sobre el sistema nervioso central (similar a la intoxicación por etanol) es un peligro potencial cuando se trabaja con 1-butanol en espacios cerrados, aunque el umbral de olor (0,2-30 ppm) está muy por debajo de la concentración que tendría algún efecto neurológico. [35] [36]
^ "1-Butanol - Resumen de compuestos". El proyecto PubChem . Estados Unidos: Centro Nacional de Información Biotecnológica.
^ [Información del producto n-Butanol, The Dow Chemical Company, formulario n.º 327-00014-1001, página 1]
^ Dubey, Gyan (2008). "Estudio de densidades, viscosidades y velocidades del sonido de mezclas líquidas binarias de butan-1-ol con n-alcanos (C6, C8 y C10) a T = (298,15, 303,15 y 308,15) K". La Revista de Termodinámica Química . 40 (2): 309–320. doi :10.1016/j.jct.2007.05.016.
^ Hazelwood, Lucie A.; Daran, Jean-Marc; van Maris, Antonio JA; Pronk, Jack T.; Dickinson, J. Richard (2008), "La vía de Ehrlich para la producción de alcohol fusel: un siglo de investigación sobre el metabolismo de Saccharomyces cerevisiae ", Appl. Reinar. Microbiol. , 74 (8): 2259–66, Bibcode :2008ApEnM..74.2259H, doi :10.1128/AEM.02625-07, PMC 2293160 , PMID 18281432 .
^ abc Butanoles: cuatro isómeros, monografía núm. 65 de Criterios de salud ambiental, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN92-4-154265-9.
^ abcd n-Butanol (PDF) , Informe de evaluación inicial de los PEID, Ginebra: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, abril de 2005.
^ 21 CFR § 172.515; 42 FR 14491, 15 de marzo de 1977, según enmendada.
^ Salón, RL; Oser, BL (1965), "Progresos recientes en la consideración de ingredientes aromatizantes en el marco de la enmienda sobre aditivos alimentarios. III. Sustancias gras", Food Technol. : 151, citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ Antoni, D.; Zverlov, V. y Schwarz, WH (2007). "Biocombustibles a partir de microbios". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 77 (1): 23–35. doi :10.1007/s00253-007-1163-x. PMID 17891391. S2CID 35454212.
^ Bonte, W. (1979), "Sustancias congéneres en cervezas alemanas y extranjeras", Blutalkohol , 16 : 108-24, citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ Schreier, Peter; Cajón, Friedrich; Winkler, Friedrich (1979), "Composición de constituyentes volátiles neutros en aguardientes de uva", J. Agric. Química de los alimentos. , 27 (2): 365–72, doi :10.1021/jf60222a031.
^ Bonte, W. (1978), "Contenido de congéneres del vino y bebidas similares", Blutalkohol , 15 : 392–404, citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ Postel, W.; Adam, L. (1978), "Caracterización cromatográfica de gases del whisky. III. Whisky irlandés", Branntweinwirtschaft , 118 : 404–7, citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ Tressl, Roland; Friese, Lotario; Fendesack, Friedrich; Koeppler, Hans (1978), "Estudios de la composición volátil del lúpulo durante el almacenamiento", J. Agric. Química de los alimentos. , 26 (6): 1426–30, doi :10.1021/jf60220a036.
^ Espadas, G.; Bobbio, PA; Hunter, GLK (1978), "Constituyentes volátiles de la fruta de jack ( Arthocarpus heterophyllus )", J. Food Sci. , 43 (2): 639–40, doi :10.1111/j.1365-2621.1978.tb02375.x.
^ Jaddou, Haytham A.; Pavey, John A.; Manning, Donald J. (1978), "Análisis químico de volátiles de sabor en leches tratadas térmicamente", J. Dairy Res. , 45 (3): 391–403, doi :10.1017/S0022029900016617, S2CID 85985458.
^ Yabumoto, K.; Yamaguchi, M.; Jennings, WG (1978), "Producción de compuestos volátiles mediante melón, Cucumis melo ", Food Chem. , 3 (1): 7–16, doi :10.1016/0308-8146(78)90042-0.
^ Dumont, Jean-Pierre; Adda, Jacques (1978), "Aparición de sesquiterpones en volátiles del queso de montaña", J. Agric. Química de los alimentos. , 26 (2): 364–67, doi :10.1021/jf60216a037.
^ Pescador, Gordon S.; Legendre, Michael G.; Lovgren, Norman V.; Schuller, Walter H.; Wells, John A. (1979), "Constituyentes volátiles de la semilla de guisante del sur [ Vigna unguiculata (L.) Walp.]", J. Agric. Química de los alimentos. , 27 (1): 7–11, doi :10.1021/jf60221a040.
^ Yajima, Izumi; Yanai, Tetsuya; Nakamura, Mikio; Sakakibara, Hidemasa; Habu, Tsutomu (1978), "Componentes volátiles del sabor del arroz cocido", Agric. Biol. Química. , 42 (6): 1229–33, doi : 10.1271/bbb1961.42.1229.
^ Chang, SS; Peterson, KJ; Ho, C. (1978), "Reacciones químicas implicadas en la fritura de alimentos", J. Am. Química del petróleo. Soc. , 55 (10): 718–27, doi :10.1007/BF02665369, PMID 730972, S2CID 97273264, citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ Atsumi, S.; Hanai, T.; Liao, JC (2008). "Vías no fermentativas para la síntesis de alcoholes superiores de cadena ramificada como biocombustibles". Naturaleza . 451 (7174): 86–89. Código Bib :2008Natur.451...86A. doi : 10.1038/naturaleza06450. PMID 18172501. S2CID 4413113.
^ Woo, Kang-Lyung (2005), "Determinación de alcoholes de bajo peso molecular, incluido el aceite de fusel, en varias muestras mediante extracción con éter dietílico y cromatografía de gases capilar", J. AOAC Int. , 88 (5): 1419–27, doi : 10.1093/jaoac/88.5.1419 , PMID 16385992.
^ Lachenmeier, Dirk W.; Alto, Simone; Schulz, Katja (2008), "Definición de niveles máximos de alcoholes superiores en bebidas alcohólicas y productos alcohólicos sucedáneos", Regul. Toxico. Farmacéutico. , 50 (3): 313–21, doi :10.1016/j.yrtph.2007.12.008, PMID 18295386.
^ Hori, Hisako; Fujii, Wataru; Hatanaka, Yutaka; Suwa, Yoshihide (2003), "Efectos del aceite de fusel en modelos animales con resaca", Alcohol. Clínico. Exp. Res. , 27 (8 suplementos): 37S–41S, doi : 10.1097/01.ALC.0000078828.49740.48 , PMID 12960505.
^ Mellan, I. (1950), Solventes industriales , Nueva York: Van Nostrand Reinhold, págs., citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ Meslar, Harry W.; White, Harold B. III (1978), "Preparación de extractos proteicos libres de lípidos de yema de huevo", Anal. Bioquímica. , 91 (1): 75–81, doi :10.1016/0003-2697(78)90817-5, PMID 9762085.
^ Bray, Walter J.; Humphries, Catherine (1978), "Fraccionamiento con disolventes del jugo de hojas para preparar productos proteicos verdes y blancos", J. Sci. Agricultura alimentaria. , 29 (10): 839–46, Bibcode :1978JSFA...29..839B, doi :10.1002/jsfa.2740291003.
^ Etanol (PDF) , Informe de evaluación inicial de los PEID, Ginebra: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, agosto de 2005.
^ Gaillard, D.; Derache, R. (1965), "Métabilisation de différents alcools présents dans les biossons alcooliques chez le rat", Trav. Soc. Farmacéutico. Montpellier , 25 : 541–62, citado en Butanols: four isomers, monografía de Criterios de Salud Ambiental No. 65, Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 1987, ISBN 92-4-154265-9.
^ McCreery, Nueva Jersey; Hunt, WA (1978), "Correlatos físico-químicos de la intoxicación por alcohol", Neurofarmacología , 17 (7): 451–61, doi :10.1016/0028-3908(78)90050-3, PMID 567755, S2CID 19914287.
^ ab Wysocki, CJ; Dalton, P. (1996), Umbrales de olor e irritación para el 1-butanol en humanos , Filadelfia: Monell Chemical Senses Center, citado en n-Butanol (PDF) , Informe de evaluación inicial de los PEID, Ginebra: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, abril de 2005.
^ Cometto-Muñiz, J. Enrique; Cain, William S. (1998), "Sensibilidad trigeminal y olfativa: comparación de modalidades y métodos de medición", Int. Arco. Ocupar. Reinar. Salud , 71 (2): 105–10, Bibcode :1998IAOEH..71..105C, doi :10.1007/s004200050256, PMID 9580447, S2CID 25246408.
