El etilenglicol ( nombre IUPAC : etano-1,2-diol) es un compuesto orgánico (un diol vecinal [7] ) con la fórmula (CH 2 OH) 2 . Se utiliza principalmente con dos fines: como materia prima en la fabricación de fibras de poliéster y para formulaciones anticongelantes . Es un líquido viscoso, inodoro, incoloro y inflamable. Tiene un sabor dulce, pero es tóxico en altas concentraciones . Esta molécula ha sido observada en el espacio exterior. [8]
El etilenglicol se produce a partir de etileno (eteno), a través del óxido de etileno intermedio . El óxido de etileno reacciona con el agua para producir etilenglicol según la ecuación química :
C 2 H 4 O + H 2 O → HO − CH 2 CH 2 −OH
Esta reacción puede ser catalizada por ácidos o bases , o puede ocurrir a pH neutro a temperaturas elevadas. Los mayores rendimientos de etilenglicol se producen a pH ácido o neutro con un gran exceso de agua. En estas condiciones se pueden alcanzar rendimientos de etilenglicol del 90%. Los principales subproductos son los oligómeros dietilenglicol , trietilenglicol y tetraetilenglicol . La separación de estos oligómeros y agua requiere mucha energía. Anualmente se producen alrededor de 6,7 millones de toneladas. [9]
Se logra una mayor selectividad mediante el uso del proceso OMEGA de Shell . En el proceso OMEGA, el óxido de etileno se convierte primero con dióxido de carbono (CO 2 ) en carbonato de etileno . Luego, este anillo se hidroliza con un catalizador base en un segundo paso para producir monoetilenglicol con una selectividad del 98%. [10] En este paso se libera nuevamente el dióxido de carbono y se puede devolver al circuito de proceso. El dióxido de carbono proviene en parte de la producción de óxido de etileno, donde una parte del etileno se oxida completamente .
El etilenglicol se produce a partir de monóxido de carbono en países con grandes reservas de carbón y regulaciones ambientales menos estrictas. La carbonilación oxidativa de metanol a oxalato de dimetilo proporciona un enfoque prometedor para la producción de C
1-etilenglicol a base de. [11] El oxalato de dimetilo se puede convertir en etilenglicol con altos rendimientos (94,7%) [12] mediante hidrogenación con un catalizador de cobre: [13]
Debido a que el metanol se recicla, sólo se consumen monóxido de carbono, hidrógeno y oxígeno. Una planta con una capacidad de producción de 200 000 toneladas de etilenglicol por año está en Mongolia Interior , y para 2012 estaba prevista una segunda planta en la provincia china de Henan con una capacidad de 250 000 toneladas por año. [14] A partir de 2015 [actualizar], cuatro plantas en China con una capacidad de 200 000 t/a cada una estaban en funcionamiento y al menos 17 más les seguirían. [15]
La oruga de la polilla de la cera, Galleria mellonella , tiene bacterias intestinales con la capacidad de degradar el polietileno (PE) en etilenglicol. [16] [17] [18]
Según la mayoría de las fuentes, el químico francés Charles-Adolphe Wurtz (1817-1884) preparó por primera vez etilenglicol en 1856. [19] Primero trató el "yoduro de etileno" ( C 2 H 4 I 2 ) con acetato de plata y luego hidrolizó el "resultante". diacetato de etileno" con hidróxido de potasio . Wurtz llamó a su nuevo compuesto "glicol" porque compartía cualidades tanto con el alcohol etílico (con un grupo hidroxilo) como con la glicerina (con tres grupos hidroxilo). [20] En 1859, Wurtz preparó etilenglicol mediante la hidratación de óxido de etileno . [21] Parece que no hubo fabricación o aplicación comercial de etilenglicol antes de la Primera Guerra Mundial , cuando se sintetizó a partir de dicloruro de etileno en Alemania y se utilizó como sustituto del glicerol en la industria de explosivos .
En los Estados Unidos, la producción semicomercial de etilenglicol a través de etilenclorhidrina comenzó en 1917. La primera planta comercial de glicol a gran escala fue construida en 1925 en South Charleston, Virginia Occidental , por Carbide and Carbon Chemicals Co. (ahora Union Carbide Corp.) . En 1929, casi todos los fabricantes de dinamita utilizaban etilenglicol . En 1937, Carbide puso en marcha la primera planta basada en el proceso de Lefort para la oxidación en fase de vapor de etileno a óxido de etileno. Carbide mantuvo el monopolio del proceso de oxidación directa hasta 1953, cuando se comercializó y se ofreció el proceso de diseño científico para su concesión de licencia.
El uso principal del etilenglicol es como agente anticongelante en el refrigerante , por ejemplo, en automóviles y sistemas de aire acondicionado que colocan el enfriador o los controladores de aire en el exterior o deben enfriar por debajo de la temperatura de congelación del agua. En los sistemas geotérmicos de calefacción /refrigeración, el etilenglicol es el fluido que transporta el calor mediante el uso de una bomba de calor geotérmica . El etilenglicol obtiene energía de la fuente (lago, océano, pozo de agua ) o disipa el calor al sumidero, dependiendo de si el sistema se utiliza para calefacción o refrigeración.
El etilenglicol puro tiene una capacidad calorífica específica aproximadamente la mitad que la del agua. Entonces, aunque proporciona protección contra la congelación y un mayor punto de ebullición, el etilenglicol reduce la capacidad calorífica específica de las mezclas de agua en relación con el agua pura. Una mezcla 1:1 en masa tiene una capacidad calorífica específica de aproximadamente 3140 J/(kg·°C) (0,75 BTU/(lb·°F)), tres cuartas partes de la del agua pura, por lo que requiere mayores caudales en la misma masa. Comparaciones del sistema con el agua.
La mezcla de etilenglicol con agua proporciona beneficios adicionales a las soluciones refrigerantes y anticongelantes, como prevenir la corrosión y la degradación ácida, además de inhibir el crecimiento de la mayoría de microbios y hongos. [22] Las mezclas de etilenglicol y agua a veces se denominan informalmente en la industria concentrados, compuestos, mezclas o soluciones de glicol.
Tabla de propiedades térmicas y físicas del etilenglicol líquido saturado: [23] [24]
El etilenglicol puro se congela a aproximadamente -12 °C (10,4 °F) pero, cuando se mezcla con agua, la mezcla se congela a una temperatura más baja. Por ejemplo, una mezcla de 60% de etilenglicol y 40% de agua se congela a -45 °C (-49 °F). [9] El dietilenglicol se comporta de manera similar. La disminución del punto de congelación de algunas mezclas puede explicarse como una propiedad coligativa de las soluciones, pero, en mezclas altamente concentradas como las del ejemplo, se esperan desviaciones del comportamiento ideal de la solución debido a la influencia de fuerzas intermoleculares . Es importante tener en cuenta que, aunque el agua pura y destilada tendrá una mayor capacidad calorífica específica que cualquier mezcla de anticongelante y agua, los anticongelantes comerciales también suelen contener un aditivo anticorrosivo para evitar que el agua pura corroa los conductos de refrigerante en el bloque del motor, la culata (s), bomba de agua y radiador.
Existe una diferencia en la proporción de mezcla, dependiendo de si se trata de etilenglicol o propilenglicol. Para el etilenglicol, las proporciones de mezcla suelen ser 30/70 y 35/65, mientras que las proporciones de mezcla del propilenglicol son habitualmente 35/65 y 40/60. Es importante que la mezcla sea resistente a las heladas a la temperatura de funcionamiento más baja. [25]
Debido a las bajas temperaturas bajo cero, el etilenglicol se utiliza como líquido descongelador para parabrisas y aviones, como anticongelante en motores de automóviles y como componente de mezclas de vitrificación (anticristalización) para la conservación a baja temperatura de tejidos y órganos biológicos.
El uso de etilenglicol no sólo reduce el punto de congelación de las mezclas acuosas, sino que también eleva su punto de ebullición. Esto da como resultado que el rango de temperatura de funcionamiento de los fluidos caloportadores se amplíe en ambos extremos de la escala de temperaturas. El aumento en la temperatura de ebullición se debe a que el etilenglicol puro tiene un punto de ebullición mucho más alto y una presión de vapor más baja que el agua pura.
En la industria del plástico , el etilenglicol es un precursor importante de las fibras y resinas de poliéster . El tereftalato de polietileno , utilizado para fabricar botellas de plástico para refrescos , se prepara a partir de etilenglicol.
El etilenglicol se utiliza en la industria del gas natural para eliminar el vapor de agua del gas natural antes de su posterior procesamiento, de forma muy similar al trietilenglicol (TEG).
Debido a su alto punto de ebullición y afinidad por el agua, el etilenglicol es un desecante útil . El etilenglicol se usa ampliamente para inhibir la formación de clatratos (hidratos) de gas natural en largas tuberías multifásicas que transportan gas natural desde campos de gas remotos hasta una instalación de procesamiento de gas. El etilenglicol se puede recuperar del gas natural y reutilizar como inhibidor después del tratamiento de purificación que elimina el agua y las sales inorgánicas.
El gas natural se deshidrata con etilenglicol. En esta aplicación, el etilenglicol fluye desde la parte superior de una torre y se encuentra con una mezcla ascendente de vapor de agua y gases de hidrocarburos . El gas seco sale por la parte superior de la torre. El glicol y el agua se separan y el glicol se recicla. En lugar de eliminar el agua, también se puede utilizar etilenglicol para reducir la temperatura a la que se forman los hidratos . La pureza del glicol utilizado para la supresión de hidratos (monoetilenglicol) suele ser de alrededor del 80 %, mientras que la pureza del glicol utilizado para la deshidratación (trietilenglicol) suele ser del 95 a más del 99 %. Además, la tasa de inyección para la supresión de hidratos es mucho menor que la tasa de circulación en una torre de deshidratación de glicol .
Los usos menores del etilenglicol incluyen la fabricación de condensadores, como producto químico intermedio en la fabricación de 1,4-dioxano , como aditivo para prevenir la corrosión en sistemas de refrigeración líquida para ordenadores personales y en el interior de dispositivos de lentes de tipo tubo de rayos catódicos. de televisores de retroproyección. El etilenglicol también se utiliza en la fabricación de algunas vacunas , pero no está presente en estas inyecciones. Se utiliza como ingrediente menor (1 a 2%) en el betún para zapatos y también en algunas tintas y tintes. El etilenglicol ha tenido cierto uso como tratamiento contra la pudrición y los hongos de la madera, tanto como tratamiento preventivo como posterior. Se ha utilizado en algunos casos para tratar objetos de madera parcialmente podridos que se exhibirán en museos. Es uno de los pocos tratamientos que tienen éxito para combatir la podredumbre en embarcaciones de madera y es relativamente barato. El etilenglicol también puede ser uno de los ingredientes menores de las soluciones de limpieza de pantallas, junto con el ingrediente principal, el alcohol isopropílico . El etilenglicol se usa comúnmente como conservante de muestras biológicas, especialmente en las escuelas secundarias durante la disección como una alternativa más segura al formaldehído . También se utiliza como parte del fluido hidráulico a base de agua que se utiliza para controlar los equipos submarinos de producción de petróleo y gas.
El etilenglicol se utiliza como grupo protector en síntesis orgánica para proteger compuestos carbonílicos como cetonas y aldehídos. [26]
El dióxido de silicio reacciona a reflujo calentado bajo dinitrógeno con etilenglicol y una base de metal alcalino para producir silicatos pentacoordinados altamente reactivos que brindan acceso a una amplia variedad de nuevos compuestos de silicio. [27] Los silicatos son esencialmente insolubles en todos los disolventes polares excepto el metanol.
El etilenglicol se utiliza como grupo protector de los grupos carbonilo en síntesis orgánica . El tratamiento de una cetona o aldehído con etilenglicol en presencia de un catalizador ácido (p. ej., ácido p-toluenosulfónico ; BF 3 ·Et 2 O ) da el correspondiente 1,3- dioxolano , que es resistente a bases y otros nucleófilos. A continuación, el grupo protector 1,3-dioxolano puede eliminarse mediante hidrólisis ácida adicional . [28] En este ejemplo, la isoforona se protegió usando etilenglicol con ácido p-toluenosulfónico con un rendimiento moderado. Se eliminó el agua mediante destilación azeotrópica para desplazar el equilibrio hacia la derecha. [29]
El etilenglicol tiene una toxicidad relativamente alta para los mamíferos cuando se ingiere, aproximadamente a la par con el metanol , con una LD oral Lo = 786 mg/kg para humanos. [30] El mayor peligro se debe a su sabor dulce , que puede atraer a niños y animales. Tras la ingestión, el etilenglicol se oxida a ácido glicólico , que a su vez se oxida a ácido oxálico , que es tóxico . Este y sus subproductos tóxicos afectan primero al sistema nervioso central , luego al corazón y finalmente a los riñones. La ingestión de cantidades suficientes es fatal si no se trata. [31] Sólo en Estados Unidos se registran varias muertes anualmente. [32]
Se encuentran disponibles productos anticongelantes para uso automotriz que contienen propilenglicol en lugar de etilenglicol. Generalmente se consideran más seguros de usar, ya que el propilenglicol no es tan apetecible [nota 1] y se convierte en el cuerpo en ácido láctico , un producto normal del metabolismo y el ejercicio. [35]
Australia, el Reino Unido y diecisiete estados de EE. UU. (a partir de 2012) exigen la adición de un sabor amargo ( benzoato de denatonio ) al anticongelante. En diciembre de 2012, los fabricantes de anticongelantes estadounidenses acordaron voluntariamente agregar un sabor amargo a todo el anticongelante que se vende en el mercado de consumo de Estados Unidos. [36]
En 2022, varios cientos de niños murieron de insuficiencia renal aguda en Indonesia y Gambia porque el jarabe de paracetamol elaborado por Maiden Pharmaceuticals, con sede en Nueva Delhi, contenía etilenglicol y dietilenglicol , ingredientes que se han relacionado con muertes infantiles por lesión renal aguda en Gambia. . [37] En diciembre de 2022, el Ministerio de Salud de Uzbekistán dijo que niños murieron como resultado del etilenglicol en el jarabe para la tos elaborado por Marion Biotech, con sede en Noida , cerca de Nueva Delhi. [38]
El etilenglicol es una sustancia química de alto volumen de producción . Se descompone en el aire en unos 10 días y en el agua o el suelo en unas pocas semanas. Entra al medio ambiente a través de la dispersión de productos que contienen etilenglicol, especialmente en los aeropuertos, donde se utiliza como agente descongelante para pistas y aviones. [39] Si bien las dosis bajas prolongadas de etilenglicol no muestran toxicidad, en dosis casi letales (≥ 1000 mg/kg por día) el etilenglicol actúa como teratógeno . "Basado en una base de datos bastante extensa, induce variaciones y malformaciones esqueléticas en ratas y ratones por todas las vías de exposición". [40]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )(PDF; 5,4 MB), Folleto 2011.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )