Disolventes en la Industria Química/Amidas

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Las amidas se obtienen mediante la reacción de una amina con un compuesto ácido. Se pueden clasificar en función del número de sustituyentes del grupo amino, como primarias, secundarias y terciarias. Las amidas también pueden clasificarse como alifáticas, aromáticas (benzamida) o cíclicas (lactamas). Son moléculas polares capaces de formar puentes de hidrógeno, por lo que serán muy útiles como disolventes.

Entre las amidas más usadas como disolventes en la industria pueden destacarse la dimetilformamida, la dimetilacetamida y la N-metilpirrolidona.

Propiedades físico-químicas[editar]

Las amidas son compuestos polares y neutros. La presencia de átomos electronegativos con pares de electrones libres hace que se formen dipolos en el grupo "amida". El par de electrones libres del nitrógeno se deslocaliza, por resonancia, en el átomo de oxígeno, aportando al enlace C-N carácter de doble enlace. Estas formas resonantes restringen la libre rotación del enlace C-N.

Formas resonantes de las amidas.

El que la molécula presente este carácter polar hace que el oxígeno sea buen aceptor de puentes de hidrógeno, mientras que el grupo amino es un buen dador de puentes de hidrógeno. Esto hace que las amidas, especialmente, las primarias y secundarias, sean solubles en agua. La solubilidad en agua disminuye en el caso de las amidas terciarias y también se ve reducida al aumentar el peso molecular de la amida.

Aunque son muy solubles en agua, ésta solubilidad es baja en comparación con las solubilidades de otros compuestos similares como son los ácidos carboxílicos y las aminas. La polaridad de las amidas se ve reflejada en los puntos de fusión y de ebullición de las mismas debido a las asociaciones con otras moléculas por la formación de puentes de hidrógeno. Entre las amidas primarias y secundarias existen diferencias significativas en los puntos de fusión y ebullición. Las amidas secundarias presentan puntos de fusión y ebullición menores por el impedimento estérico del sustituyente del grupo amino que dificulta la interacción entre moléculas para la formación de puentes de hidrógeno, además de la pérdida de un enlace N-H, necesario para la formación de puentes de hidrógeno. Las amidas terciarias no poseen enlaces N-H, por lo que no tienen la capacidad de donar puentes de hidrógeno, y por lo tanto no habrá interacciones con el resto de moléculas y sus puntos de fusión y ebullición serán los más bajos de los tres grupos de amidas. Todas las amidas primarias son sólidas, a excepción de la formamida que es líquida. Casi todas las amidas son incoloras e inodoras[1].

Tf (ºC) Teb (ºC) μ x 1030 (Cm) ENT
Formamida 2.5 210.5 11.2 0.775
N-metilformamida -3.8 200 12.9 0.772
N-metilacetamida 30.6 206.7 12.8 0.657
Dimetilformamida -60.4 153.1 12.7 0.386
Dimetilacetamida -20.1 166.1 12.4 0.377
N-metilpirrolidona -24.4 202 13.6 0.355

Peligrosidad[editar]

En la siguiente tabla se muestran las características de las amidas que tratamos en este capítulo.

Clasificación de peligrosidad NFPA 704
Flash point (ºC) Tª de autoignición (ºC) Límites de explosión (vol%)
Dimetilformamida 58 445 2.2-15.2
Dimetilacetamida 63 490 1.8-11.5
N-metilpirrolidona 91 270 1.3-9.5

La National Fire Protection Agency tiene establecido unos códigos para poder clasificar las sustancias químicas en función de su peligrosidad. En temas anteriores del presente wikilibro (Tema 5 Clasificación de los disolventes según su peligrosidad) viene explicada con detalle esta clasificación. Según esta clasificación las amidas mostradas en la tabla anterior presentan muchas similitudes en cuanto a peligrosidad. Las tres son peligrosas para la salud con un valor de 2 y también son las tres inflamables por debajo de los 93 ºC, por lo que les corresponde el valor de 2 en el campo de la inflamabilidad. Sin embargo, las tres amidas presentan diferencias en cuanto a su reactividad. La dimetilformamida es inestable en caso de cambio químico violento, la dimetilacetamida es inestable en el caso de calentamiento y por último, la N-metilpirrolidona es estable. Resumiendo, las amidas tienen valores en el campo de la reactividad de 2, 1 y 0, respectivamente. Además estas sustancias pueden producir gases tóxicos si se someten a altas temperaturas.[2][3][4]

Efectos Tóxicos[editar]

Las sustancias tratadas se absorben fácilmente por vía oral, dérmica e inhalatoria, produciendo irritación cutánea leve e irritación ocular y de las mucosas de leve a moderada.

  • Dimetilformamida
Dimetilformamida

Una vez que es absorbida, la DMF se distribuye uniformemente en el organismo, metabolizándose principalmente a través del hígado. Los efectos más notorios de la exposición a la DMF es la intolerancia al alcohol, caracterizada por el enrojecimiento de la cara, mareos, náuseas y opresión en el pecho. Estudios sobre genotoxicidad han resultado negativos y en cuanto a carcinogenicidad, la IARC (International Agency for Research on Cancer) clasifica la DMF dentro del grupo 3, “no clasificable como carcinógeno en humanos”.[5][6]

  • Dimetilacetamida
Dimetilacetamida

Los efectos críticos a la exposición a la DMAc son la irritación del tracto respiratorio y la hepatoxicidad. No se observa genotoxicidad ni carcinogénesis, la IARC lo clasifica como grupo 3.[7]

  • N-metilpirrolidona
N-Metilpirrolidona

Se absorbe principalmente pos la piel. Es una sustancia irritante para piel y mucosas. Presenta efectos neurotóxicos y se han observado en diversos estudios con animales que provoca efectos negativos para la reproducción y fertilidad. No se han encontrado datos sobre carcinogénesis y tumorogénesis.[8]

Uso en la Industria[editar]

De forma industrial las amidas se emplean como disolventes para la extracción de metales, entre otros, en la industria textil como materia prima para la fabricación de fibras sintéticas, en la fabricación de papel blanco y como fertilizantes. Veremos las aplicaciones principales de las tres amidas con mayor uso industrial.[2][3][4]

Dimetilformamida[editar]

La dimetilformamida (DMF) es ampliamente utilizada como disolvente de síntesis, en la fabricación de resinas y polímeros (poliacrilonitrilos y poliuretanos), y como disolvente de refuerzo en varias aplicaciones como recubrimientos protectores, adhesivos y tintas de impresión. Es un componente de muchos decapantes de pinturas. También se utiliza en la industria electrónica, en absorciones selectivas de gases, como disolvente de extracción y en la formulación de plaguicidas.

Dimetilacetamida[editar]

La dimetilacetamida se usa como disolvente para el bobinado de fibras sintéticas y como disolvente especializado de reacción, especialmente en la síntesis de productos farmacéuticos y pesticidas. Disolvente potencial de materiales como resinas, polímeros y algunas sales inorgánicas.

N-metilpirrolidona[editar]

La N-metilpirrolidona es un disolvente ampliamente utilizado en la industria en la fabricación y decapado de pinturas, en la industria petroquímica, como decapante y limpiador en microelectrónica, limpieza de grafitis y recientemente como sustituto de disolventes clorados (diclorometano). Es un intermedio de reacción en la industria química, de polímeros y farmacéutica, donde también se usa como vehículo de algunos fármacos de aplicación tópica.

Impacto ambiental[editar]

Una vez liberados al medio ambiente, bien por derrames accidentales a los sistemas de alcantarillado o al suelo, estos compuestos no presentan un peligro importante, pues estas sustancias se degradan rápidamente una vez que son diluidas en grandes cantidades de agua y en condiciones normales desaparecen prácticamente en su totalidad a los pocos días. Estas sustancias no son bioacumulables y aunque no se disponen datos respecto a la movilidad de estas sustancias en los suelos, cabe esperar que desaparezcan rápidamente si son suelos húmedos. Aun así es necesario tener un control estricto de estas sustancias a la hora de trabajar con ellas y con los recipientes que las han contenido. El Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo establece los procedimientos de seguridad necesarios para trabajar con estas sustancias además de los procedimientos a seguir en caso de vertidos accidentales.[9][10][11]

Sustitución por disolventes alternativos[editar]

Debido a los problemas que presentan las amidas para la salud de los trabajadores y los problemas medioambientales que puedan ocasionar, es necesario buscar sustancias que puedan sustituir a éstas en los procesos en los que se emplean. Esta tarea es complicada puesto que es muy difícil encontrar una sustancia que cumpla con las características en cada proceso industrial en el que se emplean y que además sean menos peligrosos para la salud y el medio ambiente. En el caso de la DMF, ésta puede ser sustituida por los derivados del propilenglicol, aunque hay que tener presente que los éteres de glicol derivados del propilenglicol son depresores del sistema nervioso central y pueden causar cefaleas insomnio y letargia. La n,n'-dimetilpropileno urea (DMPU)se emplea como sustituto de la DMF y la NMP ya que supone un medio de reacción menos agresivo y mejora los rendimientos de producción.[12] El desarrollo de nuevas técnicas para mejorar la automatización y el control de procesos, así como el diseño de instalaciones más seguras ha permitido que se empleen sustancias peligrosas en condiciones de seguridad. Esto hace pensar que la sustitución ya no es sólo la única alternativa y que pueden plantearse otras alternativas.[13]

Referencias[editar]

  1. General, Organic and Biological Chemistry. H. Stephen Stoker 5th Edition. ISBN 0547152817
  2. 2,0 2,1 Dimethylformamide
  3. 3,0 3,1 Dimethylacetamide
  4. 4,0 4,1 N-methylpyrrolidone
  5. International Agency for Research on Cancer.
  6. DOCUMENTACIÓN TOXICOLÓGICA PARA EL ESTABLECIMIENTO DEL LÍMITE DE EXPOSICIÓN PROFESIONAL DEL N,N-DIMETILFORMAMIDA
  7. DOCUMENTACIÓN TOXICOLÓGICA PARA EL ESTABLECIMIENTO DEL LÍMITE DE EXPOSICIÓN PROFESIONAL DE LA N, N-DIMETILACETAMIDA
  8. DOCUMENTACIÓN TOXICOLÓGICA PARA EL ESTABLECIMIENTO DEL LÍMITE DE EXPOSICIÓN PROFESIONAL DE ACRILATO DE N-METIL-2-PIRROLIDONA
  9. Evaluación de la exposición a DMF. INSHT
  10. Hoja de Seguridad NMP. BASF
  11. Ficha de Datos de Seguridad Dimetil acetamida. BASF
  12. Disolventes Verdes
  13. Guías de sustitución de agentes químicos