Disolventes en la Industria Química/Éteres

Introducción

Los éteres son una familia de compuestos orgánicos que se caracteriza por la presencia del grupo funcional R-O-R', siendo R y R' grupos alquilo. Estos compuestos tienen un gran número de aplicaciones, y una de ellas es su uso como disolventes para reacciones químicas ya que son capaces de disolver a un gran número de compuestos orgánicos.

Como la mayoría de los compuestos orgánicos, son menos densos que el agua y presentan una gran hidrofobicidad. Su uso en la industria química está condicionado por su peligrosidad. Son compuestos muy volátiles y fácilmente inflamables, además son capaces de formar peróxidos (compuestos altamente reactivos) y por lo tanto siempre que se usan éteres existe un cierto riesgo de explosión^[1].

MTBE

El metil tert-butil éter o, también conocido como MTBE, es un líquido de olor característico desagradable. Se fabrica mediante la combinación de sustancias químicas como el isobutileno y el metanol en un proceso de destilación reactiva a temperaturas moderadas y altas presiones. Existen otros procesos de síntesis, pero industrialmente este es el más utilizado.

Algunas de sus características principales son:

Punto de ebullición:328.5 K (55.3ºC)
Solubilidad en agua: 42 g/L (20ºC)
Densidad: 0,74 g/ml (20ºC)
Temperatura y presión críticas: 33.7 bar y 223.4ºC

Desde 1980 se usa como aditivo para aumentar el octanaje en la gasolina sin plomo^[2]. También se usa para disolver cálculos biliares insertando unos tubos mediante cirugía por donde se hace llegar el MTBE directo a los cálculos.

En cuanto a la peligrosidad, su punto de inflamación está en 245K (-28ºC), y su temperatura de autoignición en 733K (460ºC), por lo que se trata de un líquido extremadamente inflamable, aunque es más difícil alcanzar la temperatura para que arda espontáneamente. Se trata de un compuesto con efecto narcótico e irritante suave en piel y ojos. Peligroso para la vida acuática.

Dietil éter

molécula de dietil éter

El dietil éter o éter dietílico es un líquido incoloro muy volátil con un olor característico. Se obtiene principalmente como subproducto de la hidratación de etanol a partir de etileno. En el proceso se utilizan catalizadores ácidos soportados, y si es necesario se puede aumentar el rendimiento a éter hasta un 95%^[3].

CH₃CH₂OH + H₃O⁺ → CH₃CH₂OH₂⁺ + H₂O

CH₃CH₂OH₂⁺ + CH₃CH₂OH → H₂O + H⁺ + CH₃CH₂OCH₂CH₃

Algunas de sus propiedades fisico-químicas principales son:

Punto de ebullición: 34,6ºC
Densidad (del líquido): 0,71 g/ml (20ºC)
Solubilidad en agua: 6,9 g/100 ml (20 °C)
Temperatura y presión críticas: 192,7 ºC y 35,6 bar

Debido a sus propiedades se usa principalmente como disolvente en la producción de polímeros de celulosa aunque debido a la alta peligrosidad por riesgo de explosión del dietil éter (y los éteres en general) se está tendiendo a su sustitución por otros disolventes. También se usa para la extracción de principios activos de animales y plantas debido a su fácil eliminación. Otro uso habitual del éter es el de disolvente para la síntesis de reactivos de Grignard. Por último, fue el primer producto usado como anestésico (año 1842), y se sigue utilizando como tal aunque en menor medida ya que se ha ido sustituyendo por otro tipo de compuestos tales como hidrocarbonos fluorados que presentan menos riesgos de explosión^[4].

Su punto de inflamación es de -45ºC y su temperatura de autoignición es de 160ºC por lo que es un compuesto altamente inflamable y explosivo. Además, puede formar peróxidos y su vapor es menos denso que el aire por lo que se puede acumular en lugares cerrados. Las mezclas aire-éter con más de un 1,85% (en volumen) de éter son explosivamente peligrosas. La mera presencia de electricidad estática es capaz de generar un incendio en ambientes con un contenido de éter elevados. En cuanto a los riesgos para la salud humana, es moderadamente tóxico y causa síntomas de narcosis y anestesia. Puede causar la muerte por parálisis respiratoria en casos extremos. Es irritante de piel y ojos, y no es mutagénico ni carcirógeno.

THF

El THF o tetrahidrofurano es un líquido incoloro con un olor similar al de la acetona. En la actualidad existen varios métodos de producción industrial del THF, uno de ellos se basa en la deshidratación de 1,4-butanodiol utilizando catalizadores ácidos. Otro método desarrollado por DuPont consiste en la oxidación de n-butano a anhídrido maleico y posteriormente una reducción catalítica de este compuesto para obtener el THF^[5]. Otras posibles rutas de síntesis menos utilizadas son la hidrogenación de furano o la conversión de algunos azúcares.

Algunas de sus propiedades fisico-químicas principales son:

Punto de ebullición: 66ºC
Densidad (del líquido): 0,89 g/ml (20ºC)
Solubilidad en agua: miscible
Temperatura y presión críticas: 267 ºC y 50,2 bar

El THF es un disolvente aprótico moderadamente polar que se usa industrialmente para la producción de PVC así como para barnices y en la industria farmacéutica. A nivel de laboratorio también se usa como disolvente para una amplia gama de compuestos así como para la síntesis de reactivos de Grignard y reacciones de hidroboración. También es común su uso como eluyente en cromatografía de fase reversa. Este compuesto en presencia de ácidos fuertes polimeriza formando un polímero lineal, el politetrahidrofurano. Este polímero es útil en la formación de fibras elásticas y para resinas de poliuretano. Así mismo, este polímero se usa como material de partida para la producción de polímeros termoplásticos.

n C₄H₈O → -(CH₂CH₂CH₂CH₂O)_n-

Su punto de inflamación es de -14,5ºC y su temperatura de autoignición es de 321ºC siendo por lo tanto un compuesto altamente inflamable y que además es capaz de formar mezclas explosivas con aire. Además, su vapor es más denso que el aire por lo que puede acumularse en sitios cerrados aumentando la peligrosidad. En cuanto a su toxicidad, presenta una toxicidad moderada. Es irritante de piel y ojos y provoca dolores de cabeza, nauseas y hasta pérdida del conocimiento por inhalación e ingestión. Presenta una ecotoxicidad baja para organismos acuáticos debido a que es biodegradable y no bioacumulable.

DME

molécula de 1,2-dimeetoxi etano

El DME o 1,2-dimetoxietano es un líquido incoloro con olor característico. Su síntesis se puede llevar a cabo por diferentes métodos. Mediante una reacción de Willamson en la que se hace reaccionar la sal de sodio de 2-metoxietanol con clorometano obteniendo como subproductos hidrógeno y cloruro de sodio.

2 CH₃OCH₂CH₂OH + 2 Na → 2 CH₃OCH₂CH₂ONa + H₂↑

CH₃OCH₂CH₂ONa + CH₃Cl → CH₃OCH₂CH₂OCH₃ + NaCl

Otra alternativa es la alquilación de 2-metoxietanol con dimetil sulfato. El último método es la apertura del óxido de etileno con dimetil éter catalizada por un ácido de Lewis. Sin embargo, esta ruta produce una gran cantidad de subproductos y es necesaria la purificación por destilación.

CH₃OCH₃ + CH₂CH₂O → CH₃OCH₂CH₂OCH₃

Los principales usos del DME son su uso como disolvente en reacciones químicas a nivel de laboratorio (principalmente en química organometálica en reacciones como la de Suzuki y Heck) y también se usa como un componente del disolvente de electrolitos en las baterías de litio.

Su punto de inflamación es de -2ºC y su temperatura de autoignición es de 202ºC por lo que se puede clasificar como un compuesto altamente inflamable. Forma mezclas explosivas con aire, y su vapor es más denso que el aire pudiéndose dar la ignición desde un punto distante. En cuanto a su toxicidad, causa enrojecimiento de los ojos, nauseas si es ingerido y puede absorberse a través de la piel.

REFERENCIAS

Enlaces externos

Bibliografía

[1] ttp://www.ciquime.org.ar/files/at001_5ho9axmd.pdf

[2] ttp://www.epa.gov/mtbe/gas.htm

[3] ttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0255270110003090

[4] ttp://books.google.es/books?id=dlGugYOOwxQC&pg=PA851&lpg=PA851&dq=dietil+eter+anestesico&source=bl&ots=WqA6hMVxOj&sig=tHdMGkx8rLjjC_8pWn1aHQ3-vhM&hl=es&sa=X&ei=P3BKU6OkEc2W0QWYlYHgAg&ved=0CFUQ6AEwBA#v=onepage&q=dietil%20eter%20anestesico&f=false

[5] ttp://web.archive.org/web/20110715025548/http://www.chemsystems.com/reports/search/docs/abstracts/0607_4_abs.pdf

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