El tricloroetileno ( TCE ) es un halocarbono extremadamente tóxico con la fórmula C2HCl3 , comúnmente utilizado como disolvente industrial para desengrasar metales . Es un líquido transparente, incoloro, no inflamable y volátil con un olor agradable y suave similar al del cloroformo [3] y un sabor dulce. [9] Su nombre IUPAC es tricloroeteno . El tricloroetileno causa varios tipos de cáncer y la enfermedad de Parkinson en los seres humanos.
El tricloroetileno se ha comercializado bajo diversos nombres comerciales. Las abreviaturas industriales incluyen TCE , tricloro , Trike , Tricky y tri . Bajo los nombres comerciales Trimar y Trilene , se utilizó como anestésico volátil y como analgésico obstétrico inhalado . No debe confundirse con el 1,1,1-tricloroetano , un compuesto similar que se conocía comúnmente como cloroteno .
El tricloroetileno es un contaminante persistente con baja solubilidad en agua y alta densidad líquida. Ha estado involucrado en múltiples incidentes de contaminación internacionales y ha causado daños irreparables a la naturaleza y a los seres humanos. El tricloroetileno es el tema de la película de semificción de 1998 A Civil Action .
El registro más antiguo de la síntesis del tricloroetileno se remonta a 1836. Auguste Laurent lo obtuvo a partir de la acción del hidróxido de potasio sobre el 1,1,2,2-tetracloroetano y el 1,1,1,2-tetracloroetano y lo anotó como C 4 HCl 3 (en aquel entonces se pensaba que el peso atómico del carbono era la mitad de lo que realmente era). Laurent no investigó más sobre el compuesto. [10] [11]
El descubrimiento del tricloroetileno se atribuye en gran medida a E. Fischer, quien lo realizó en 1864 mediante la reducción del hexacloroetano con hidrógeno. Fischer investigó el TCE y observó que su punto de ebullición oscilaba entre 87 y 90 grados Celsius. [12] [13] [14] La producción comercial comenzó en Alemania en 1920 y en los EE. UU. en 1925. [15]
El uso de tricloroetileno en las industrias alimentaria y farmacéutica está prohibido en gran parte del mundo desde la década de 1970 debido a las preocupaciones sobre su toxicidad. La legislación ha obligado a sustituir el tricloroetileno en muchos procesos en Europa, ya que el producto químico fue clasificado como carcinógeno con una frase de riesgo R45 , Puede provocar cáncer . Se están promocionando muchas alternativas químicas desengrasantes, como Ensolv y Leksol; sin embargo, cada una de ellas se basa en bromuro de n -propilo , que lleva una frase de riesgo R60, Puede perjudicar la fertilidad , y no sería un sustituto legalmente aceptable.
El tricloroetileno es un buen analgésico en concentraciones de 0,35 a 0,5%. [16] El tricloroetileno se utilizó en el tratamiento de la neuralgia del trigémino a partir de 1916. [17]
El desarrollo del tricloroetileno , que fue desarrollado por Imperial Chemical Industries en Gran Bretaña bajo el nombre comercial "Trilene" (de tricloroetileno ) , fue aclamado como una revolución anestésica. En los Estados Unidos se lo conocía principalmente como "Trimar". El sufijo -mar indica que se estudió y desarrolló en la Universidad de Maryland , por ejemplo, "Fluoromar" para fluroxeno y "Vinamar" para etilviniléter ". [18] Desde la década de 1940 hasta la de 1980, tanto en Europa como en América del Norte, el tricloroetileno se utilizó como anestésico volátil administrado casi invariablemente con óxido nitroso . Comercializado en el Reino Unido por Imperial Chemical Industries bajo el nombre comercial Trilene , estaba coloreado de azul (con un tinte llamado azul waxoline en una concentración de 1:200.000) [19] para evitar confusiones con el cloroformo de olor similar. El trilene se estabilizó con timol al 0,01% . [19]
Originalmente se pensaba que poseía menos hepatotoxicidad que el cloroformo , y sin la desagradable acritud e inflamabilidad del éter , el TCE reemplazó a los anestésicos anteriores, el cloroformo y el éter , en la década de 1940. No obstante, pronto se descubrió que el uso de TCE tenía varios inconvenientes. Estos incluían la promoción de arritmias cardíacas , baja volatilidad y alta solubilidad que impedían una rápida inducción anestésica, reacciones con la cal sodada utilizada en sistemas de absorción de dióxido de carbono, disfunción neurológica prolongada cuando se usaba con cal sodada y evidencia de hepatotoxicidad como se había encontrado con el cloroformo. Los componentes alcalinos de los absorbentes de dióxido de carbono reaccionaron con el tricloroetileno y liberaron dicloroacetileno , una neurotoxina.
La introducción del halotano en 1956 redujo considerablemente el uso del TCE como anestésico general en la década de 1960, ya que el halotano permitía tiempos de inducción y recuperación mucho más rápidos y era considerablemente más fácil de administrar. El tricloroetileno se ha utilizado en la producción de halotano. [20]
El trileno también se utilizó como analgésico inhalatorio, principalmente durante el parto, a menudo autoaplicado por la paciente. El tricloroetileno se introdujo para la anestesia obstétrica en 1943 y se utilizó hasta la década de 1980. [16] Su uso como anestésico se prohibió en los Estados Unidos en 1977, pero el uso anestésico en el Reino Unido se mantuvo hasta fines de la década de 1980 (especialmente para el parto). [17] La toxicidad fetal y las preocupaciones sobre el potencial carcinógeno del TCE llevaron a su abandono en los países desarrollados en la década de 1980. El TCE se utilizó con halotano en el aparato de anestesia de campo triservicio utilizado por las fuerzas armadas del Reino Unido en condiciones de campo. En 2000, el TCE todavía se usaba como anestésico en África. [21]
En la actualidad, la mayor parte del tricloroetileno se produce a partir de etileno . Primero, el etileno se clora sobre un catalizador de cloruro férrico para producir 1,2-dicloroetano :
Cuando se calienta a unos 400 °C con cloro adicional, el 1,2-dicloroetano se convierte en tricloroetileno:
Esta reacción puede ser catalizada por una variedad de sustancias. El catalizador más comúnmente utilizado es una mezcla de cloruro de potasio y cloruro de aluminio . Sin embargo, también se pueden utilizar varias formas de carbono poroso. Esta reacción produce tetracloroetileno como subproducto y, dependiendo de la cantidad de cloro que se alimente a la reacción, el tetracloroetileno puede incluso ser el producto principal. Por lo general, el tricloroetileno y el tetracloroetileno se juntan y luego se separan por destilación .
Sin embargo, antes de principios de la década de 1970, la mayor parte del tricloroetileno se producía en un proceso de dos pasos a partir del acetileno . En primer lugar, el acetileno se trataba con cloro utilizando un catalizador de cloruro férrico a 90 °C para producir 1,1,2,2-tetracloroetano según la ecuación química :
El 1,1,2,2-tetracloroetano se deshidroclora para dar tricloroetileno. Esto se puede lograr con una solución acuosa de hidróxido de calcio :
o en fase de vapor calentándolo a 300–500 °C sobre un catalizador de cloruro de bario o cloruro de calcio :
Las impurezas comunes en el TCE de grado reactivo y técnico son el metilcloroformo , el tetracloruro de carbono , el dicloruro de etileno , los tetracloroetanos , el benceno y el fenol . Sin embargo, estos compuestos están presentes en cantidades muy pequeñas y no presentan ningún riesgo. [17]
El tricloroetileno es un disolvente eficaz para una variedad de materiales orgánicos . Se utiliza principalmente para la limpieza. El tricloroetileno es un ingrediente en varias tintas de impresión , barnices y formulaciones de pintura industrial , como ingrediente activo. [22] [17] Otros usos incluyen operaciones de teñido y acabado, formulaciones adhesivas, la industria del caucho , adhesivos, lacas y decapantes de pintura . Se aplica antes del enchapado , anodizado y pintado. [23]
Cuando el tricloroetileno se empezó a producir ampliamente en la década de 1920, su principal uso era extraer aceites vegetales de materiales vegetales como la soja , el coco y la palma . Otros usos en la industria alimentaria incluían la descafeinización del café (eliminación de la cafeína ) y la preparación de extractos aromatizantes de lúpulo y especias . [17] El TCE se utilizaba como depresor del punto de congelación en extintores de incendios de tetracloruro de carbono . [17]
El tricloroetileno también es un terminador de cadena para el cloruro de polivinilo . [17] La cloración produce pentacloroetano .
El TCE también se ha utilizado como disolvente para limpieza en seco , aunque en su mayoría ha sido reemplazado por tetracloroetileno , excepto para la limpieza localizada, donde todavía se utiliza bajo el nombre comercial Picrin. [ cita requerida ]
Quizás el mayor uso del TCE es como desengrasante para piezas metálicas. Se ha utilizado ampliamente en desengrasado y limpieza desde la década de 1920 debido a su bajo costo, baja inflamabilidad, baja toxicidad y alta efectividad como disolvente. La demanda de TCE como desengrasante comenzó a disminuir en la década de 1950 a favor del menos tóxico 1,1,1-tricloroetano . Sin embargo, la producción de 1,1,1-tricloroetano se ha eliminado gradualmente en la mayor parte del mundo bajo los términos del Protocolo de Montreal debido a su efecto de agotamiento de la capa de ozono . Como resultado, el tricloroetileno ha experimentado un resurgimiento en su uso como desengrasante. [17]
El tricloroetileno se utiliza para eliminar la grasa y la lanolina de la lana antes de tejer . [17]
El TCE también se ha utilizado en los Estados Unidos para limpiar motores de cohetes alimentados con queroseno (no se utilizó para limpiar motores alimentados con hidrógeno, como el motor principal del transbordador espacial ). Durante el encendido estático, el combustible RP-1 dejaría depósitos de hidrocarburos y vapores en el motor. Estos depósitos tuvieron que ser eliminados del motor para evitar la posibilidad de explosión durante la manipulación del motor y el encendido futuro. Se utilizó TCE para limpiar el sistema de combustible del motor inmediatamente antes y después de cada prueba de encendido. El procedimiento de lavado implicaba bombear TCE a través del sistema de combustible del motor y dejar que el disolvente se desbordara durante un período que oscilaba entre varios segundos y 30-35 minutos, según el motor. En algunos motores, el generador de gas del motor y la cúpula de oxígeno líquido (LOX) también se lavaron con TCE antes del encendido de prueba. [24] [25] El motor del cohete F-1 tenía su cúpula de LOX, el generador de gas y la camisa de combustible de la cámara de empuje limpiados con TCE durante los preparativos del lanzamiento. [25]
El TCE también se utiliza en la fabricación de una gama de refrigerantes fluorocarbonados [26] como el 1,1,1,2-tetrafluoroetano, más comúnmente conocido como HFC 134a. El TCE también se utilizó en aplicaciones de refrigeración industrial debido a sus altas capacidades de transferencia de calor y su especificación de baja temperatura.
A pesar de su uso generalizado como desengrasante de metales , el tricloroetileno en sí es inestable en presencia de metal durante una exposición prolongada. Ya en 1961, la industria manufacturera reconoció este fenómeno cuando se añadieron aditivos estabilizadores a la formulación comercial. Dado que la inestabilidad reactiva se acentúa con las temperaturas más altas, la búsqueda de aditivos estabilizadores se realizó calentando el tricloroetileno hasta su punto de ebullición bajo un condensador de reflujo y observando la descomposición. La documentación definitiva del 1,4-dioxano como agente estabilizador para el TCE es escasa debido a la falta de especificidad en la literatura de patentes temprana que describe las formulaciones de TCE. [27] [28] La epiclorhidrina , el óxido de butileno , el N - metilpirrol y el acetato de etilo son estabilizadores comunes para el TCE, siendo la epiclorhidrina el más persistente y eficaz. [29] Otros estabilizadores químicos incluyen cetonas como la metiletilcetona .
Cuando se inhala, el tricloroetileno produce depresión del sistema nervioso central que resulta en anestesia general . Estos efectos pueden ser mediados por el tricloroetileno que actúa como un modulador alostérico positivo de los receptores inhibidores GABA A y glicina . [30] [31] Su alta solubilidad en sangre resulta en una inducción más lenta y menos deseable de la anestesia. En concentraciones bajas, es relativamente no irritante para el tracto respiratorio. Concentraciones más altas resultan en taquipnea . Pueden ocurrir muchos tipos de arritmias cardíacas y son exacerbadas por la epinefrina (adrenalina). Se observó en la década de 1940 que el TCE reaccionaba con sistemas de absorción de dióxido de carbono (CO 2 ) ( cal sodada ) para producir dicloroacetileno por deshidrocloración y fosgeno . [32] La disfunción de los nervios craneales (especialmente el quinto nervio craneal) era común cuando la anestesia con TCE se administraba utilizando sistemas de absorción de CO 2 . La relajación muscular con anestesia con TCE suficiente para la cirugía era deficiente. Por estas razones, así como por problemas de hepatotoxicidad , el TCE perdió popularidad en América del Norte y Europa frente a anestésicos más potentes como el halotano en la década de 1960. [33]
Los síntomas de exposición aguda no médica son similares a los de intoxicación alcohólica , comenzando con dolor de cabeza, mareos y confusión y progresando con una exposición creciente hasta la inconsciencia. [34] Gran parte de lo que se sabe sobre los efectos crónicos del tricloroetileno en la salud humana se basa en exposiciones ocupacionales. Además de los efectos en el sistema nervioso central, la exposición al tricloroetileno en el lugar de trabajo se ha asociado con efectos tóxicos en el hígado y el riñón. [34] Un historial de exposición prolongada a altas concentraciones de tricloroetileno es un riesgo ambiental sospechoso de enfermedad de Parkinson . [35]
El tricloroetileno se metaboliza a tricloroepoxietano (óxido de TCE) que rápidamente se isomeriza a tricloroacetaldehído (cloral). [36] El cloral se hidrata a hidrato de cloral en el cuerpo. El hidrato de cloral se reduce a 2,2,2-tricloroetanol o se oxida a ácido tricloroacético . El ácido monocloroacético , [37] el ácido dicloroacético [38] y el triclorometano [37] [39] [40] también se detectaron como metabolitos menores del TCE.
Con una gravedad específica mayor a 1 (más denso que el agua), el tricloroetileno puede estar presente como un líquido denso en fase no acuosa (DNAPL) si se derraman cantidades suficientes en el medio ambiente.
El primer informe conocido sobre TCE en aguas subterráneas fue dado en 1949 por dos químicos públicos ingleses que describieron dos casos separados de contaminación de pozos por liberaciones industriales de TCE. [41] Según las encuestas federales y estatales disponibles, entre el 9% y el 34% de las fuentes de suministro de agua potable analizadas en los EE. UU. pueden tener algún tipo de contaminación por TCE, aunque la EPA ha informado que la mayoría de los suministros de agua cumplen con el nivel máximo de contaminante (MCL) de 5 ppb. [42]
En general, los niveles atmosféricos de TCE son más altos en áreas de concentración industrial y poblacional. Los niveles atmosféricos tienden a ser más bajos en regiones rurales y remotas. Las concentraciones promedio de TCE medidas en el aire en los Estados Unidos están generalmente entre 0,01 ppb y 0,3 ppb, aunque se han reportado niveles medios de hasta 3,4 ppb. [43] Se han medido niveles de TCE en el rango bajo de partes por mil millones en alimentos; sin embargo, se midieron niveles de hasta 140 ppb en algunas muestras de alimentos. [43] Se han encontrado niveles de TCE por encima del nivel de fondo [ ¿cómo? ] en hogares en proceso de renovación . [44]
Las agencias estatales, federales e internacionales clasifican al tricloroetileno como un carcinógeno conocido o probable para los seres humanos. En 2014, la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer actualizó su clasificación del tricloroetileno al Grupo 1, lo que indica que existe evidencia suficiente de que puede causar cáncer de riñón en los seres humanos, así como también cierta evidencia de cáncer de hígado y linfoma no Hodgkin . [45]
En la Unión Europea , el Comité Científico de Valores Límite de Exposición Profesional (SCOEL) recomienda un límite de exposición para los trabajadores expuestos al tricloroetileno de 10 ppm (54,7 mg/m 3 ) para un TWA de 8 horas y de 30 ppm (164,1 mg/m 3 ) para un STEL (15 minutos). [46]
La legislación vigente de la UE destinada a proteger a los trabajadores contra los riesgos para su salud (incluida la Directiva sobre agentes químicos 98/24/CE [47] y la Directiva sobre carcinógenos 2004/37/CE [48] ) actualmente no impone requisitos mínimos vinculantes para controlar los riesgos para la salud de los trabajadores durante la fase de uso o a lo largo del ciclo de vida del tricloroetileno.
En 2023, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) determinó que el tricloroetileno presenta un riesgo de daño a la salud humana en varios usos, incluso durante la fabricación, el procesamiento, la mezcla, el reciclaje , el desengrasado con vapor, como lubricante, adhesivo, sellador , producto de limpieza y aerosol. Es peligroso tanto por inhalación como por exposición dérmica y se asoció más fuertemente con efectos inmunosupresores para la exposición aguda, así como con efectos autoinmunes para la exposición crónica. [49] Al 1 de junio de 2023, dos estados de EE. UU. ( Minnesota y Nueva York ) han actuado según los hallazgos de la EPA y han prohibido el tricloroetileno en todos los casos, excepto en investigación y desarrollo. [50] [51] Según la EPA de los Estados Unidos, en octubre de 2023 "propuso prohibir la fabricación (incluida la importación), el procesamiento y la distribución comercial de TCE para todos los usos, con plazos de cumplimiento más largos y controles en el lugar de trabajo (incluido un límite de exposición) para algunos procesamientos y usos industriales y comerciales hasta que las prohibiciones entren en vigor" [ necesita actualización ] para "proteger a todos, incluidos los transeúntes, de los efectos nocivos para la salud del TCE". [52]
Las investigaciones recientes se han centrado en la remediación in situ del tricloroetileno en el suelo y las aguas subterráneas utilizando permanganato de potasio en lugar de su eliminación para su tratamiento y eliminación fuera del sitio. Se han identificado bacterias naturales con la capacidad de degradar el TCE. Dehalococcoides sp. degrada el tricloroetileno mediante decloración reductiva en condiciones anaeróbicas. En condiciones aeróbicas, Pseudomonas fluorescens puede cometabolizar el TCE. La contaminación del suelo y las aguas subterráneas por TCE también se ha remediado con éxito mediante tratamiento químico y extracción. La bacteria Nitrosomonas europaea puede degradar una variedad de compuestos halogenados, incluido el tricloroetileno. [53] Se ha informado que la tolueno dioxigenasa está involucrada en la degradación del TCE por Pseudomonas putida . [54] En algunos casos, Xanthobacter autotrophicus puede convertir hasta el 51% del TCE en CO y CO 2 . [54]
La contaminación de las aguas subterráneas y del agua potable por vertidos industriales, incluido el tricloroetileno, es una preocupación importante para la salud humana y ha precipitado numerosos incidentes y demandas en los Estados Unidos.
El libro de no ficción de 1995 A Civil Action fue escrito sobre una demanda ( Anderson v. Cryovac ) contra los manifestantes que siguieron al aumento de casos de cáncer después de incidentes de contaminación con tricloroetileno y fue adaptado al cine en 1998 .
El TCE se ha utilizado como droga recreativa . [55] Los métodos comunes de tomar tricloroetileno con fines recreativos incluyen la inhalación de un trapo (similar a tomar un anestésico inhalatorio) y beber. [56] La mayoría de los abusadores de TCE eran jóvenes y trabajadores que usaban la sustancia química en su lugar de trabajo. La principal razón del abuso es el efecto euforizante y ligeramente alucinógeno del TCE. [56] Algunos trabajadores se habían vuelto adictos al TCE. [57]
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