Etoxilación
De Wikipedia, la enciclopedia libre
  (Redirigido de etoxilado )
Saltar a navegación Saltar a búsqueda
Este artículo trata sobre el proceso a escala industrial. Para la unión de polietilenglicol a productos farmacéuticos, consulte PEGilación .

La etoxilación es una reacción química en la que se agrega óxido de etileno a un sustrato. Es la alcoxilación más practicada , que implica la adición de epóxidos a los sustratos.

En la aplicación habitual, los alcoholes y fenoles se convierten en R (OC 2 H 4 ) n OH donde n varía de 1 a 10. Dichos compuestos se denominan etoxilatos de alcohol. Los etoxilatos de alcohol a menudo se convierten en especies relacionadas llamadas etoxisulfatos. Los etoxilatos y etoxisulfatos de alcohol son tensioactivos que se utilizan ampliamente en cosméticos y otros productos comerciales. [1] El proceso es de gran importancia industrial con más de 2.000.000 de toneladas métricas de diversos etoxilatos producidos en todo el mundo en 1994. [2]

Producción

El proceso fue desarrollado en los laboratorios Ludwigshafen de IG Farben por Conrad Schöller y de: Max Wittwer durante la década de 1930. [3] [4]

Etoxilatos de alcohol

La etoxilación industrial se realiza principalmente sobre alcoholes grasos para generar etoxilatos de alcoholes grasos (FAE), que son una forma común de tensioactivo no iónico (por ejemplo, octaetilenglicol monododecil éter ). Dichos alcoholes pueden obtenerse mediante la hidrogenación de ácidos grasos a partir de aceites de semillas , [5] o mediante hidroformilación en el proceso de olefinas superiores Shell . [6] La reacción procede insuflando óxido de etileno a través del alcohol a 180 ° C y bajo 1-2 bar de presión, con hidróxido de potasio (KOH) que actúa comocatalizador . [7] El proceso es altamente exotérmico ( ΔH -92 kJ / mol de óxido de etileno reaccionado) y requiere un control cuidadoso para evitar una fuga térmica potencialmente desastrosa . [7]

ROH + n C 2 H 4 O → R (OC 2 H 4 ) n OH

Los materiales de partida suelen ser alcoholes primarios, ya que reaccionan ~ 10-30 veces más rápido que los alcoholes secundarios. [8] Normalmente se añaden de 5 a 10 unidades de óxido de etileno a cada alcohol, [6] sin embargo, los alcoholes etoxilados pueden ser más propensos a la etoxilación que el alcohol de partida, lo que dificulta el control de la reacción y conduce a la formación de un producto con variaciones repetir la longitud de la unidad (el valor de n en la ecuación anterior). Se puede lograr un mejor control mediante el uso de catalizadores más sofisticados, [9] que se pueden usar para generar etoxilatos de rango estrecho . La EPA de EE. UU. Considera que los alcoholes etoxilados son una sustancia química de alto volumen de producción (VPH).[10]

Etoxilación / propoxilación

La etoxilación a veces se combina con la propoxilación, la reacción análoga que utiliza óxido de propileno como monómero. Ambas reacciones se realizan normalmente en el mismo reactor y se pueden realizar simultáneamente para dar un polímero aleatorio, o en alternancia para obtener copolímeros de bloques tales como poloxámeros . [7] El óxido de propileno es más hidrófobo que el óxido de etileno y su inclusión en niveles bajos puede afectar significativamente las propiedades del tensioactivo. En particular, los alcoholes grasos etoxilados que han sido "cubiertos" con ~ 1 unidad de óxido de propileno se comercializan ampliamente como antiespumantes .

Etoxisulfatos

Los alcoholes grasos etoxilados a menudo se convierten en los correspondientes organosulfatos , que pueden desprotonarse fácilmente para dar tensioactivos aniónicos tales como laureth sulfato de sodio . Al ser sales, los etoxisulfatos exhiben una buena solubilidad en agua (alto valor de HLB ). La conversión se logra tratando alcoholes etoxilados con trióxido de azufre. [11] La síntesis a escala de laboratorio se puede realizar utilizando ácido clorosulfúrico :

R (OC 2 H 4 ) n OH + SO 3 → R (OC 2 H 4 ) n OSO 3 H
R (OC 2 H 4 ) n OH + HSO 3 Cl → R (OC 2 H 4 ) n OSO 3 H + HCl

Los ésteres de sulfato resultantes se neutralizan para dar la sal:

R (OC 2 H 4 ) n OSO 3 H + NaOH → R (OC 2 H 4 ) n OSO 3 Na + H 2 O

Los pequeños volúmenes se neutralizan con alcanolaminas como la trietanolamina (TEA). [12] [ página necesaria ] En 2006, se consumieron 382,500 toneladas métricas de etoxisulfatos de alcohol (AES) en América del Norte. [13] (se requiere suscripción) [se necesita una página ] [se necesita una mejor fuente ]

Otros materiales

Aunque los alcoholes son, con mucho, el principal sustrato para la etoxilación, muchos nucleófilos son reactivos frente al óxido de etileno. Las aminas primarias reaccionarán para dar materiales bicatenarios tales como amina de sebo polietoxilada . La reacción del amoníaco produce importantes sustancias químicas a granel, como etanolamina , dietanolamina y trietanolamina.

Aplicaciones de productos etoxilados

Los etoxilatos de alcohol (AE) y los etoxisulfatos de alcohol (AES) son tensioactivos que se encuentran en productos como detergentes para ropa, limpiadores de superficies, cosméticos, productos agrícolas, textiles y pinturas. [14] [se necesita fuente no primaria ]

Etoxilatos de alcohol

Como los tensioactivos basados ​​en alcohol etoxilato no son iónicos, normalmente requieren cadenas de etoxilato más largas que sus análogos sulfonados para ser solubles en agua. [15] Los ejemplos sintetizados a escala industrial incluyen etoxilato de octilfenol , polisorbato 80 y poloxámeros . La etoxilación se practica comúnmente, aunque a una escala mucho menor, en las industrias biotecnológica y farmacéutica para aumentar la solubilidad en agua y, en el caso de los productos farmacéuticos, la vida media circulatoria de los compuestos orgánicos apolares. En esta aplicación, la etoxilación se conoce como " PEGilación"(El óxido de polietileno es sinónimo de polietilenglicol, abreviado como PEG). La longitud de la cadena de carbono es de 8-18, mientras que la cadena etoxilada suele tener de 3 a 12 óxidos de etileno en productos caseros. [16] [ página necesaria ] Tienen ambas colas lipofílicas , indicado por la abreviatura del grupo alquilo, R, y grupos de cabeza relativamente polares, representados por la fórmula (OC 2 H 4 ) n OH.

Etoxisulfatos de alcohol

Los AES que se encuentran en los productos de consumo generalmente son alcoholes lineales, que podrían ser mezclas de cadenas de alquilo completamente lineales o de cadenas de alquilo tanto lineales como mono-ramificadas. [17] [ página necesaria ] Un ejemplo de gran volumen de estos es el laureth sulfato de sodio, un agente espumante en champús y jabones líquidos , así como en detergentes industriales . [ cita requerida ]

Medio ambiente y seguridad

Etoxilatos de alcohol (AE)

Salud humana

No se ha observado que los etoxilatos de alcohol sean mutagénicos , cancerígenos o sensibilizadores de la piel , ni provoquen efectos sobre la reproducción o el desarrollo. [18] Un subproducto de la etoxilación es el 1,4-dioxano , un posible carcinógeno humano. [19] Los EA sin diluir pueden causar irritación cutánea o ocular. En solución acuosa, el nivel de irritación depende de la concentración. Se considera que los EA tienen una toxicidad de baja a moderada para la exposición oral aguda, una toxicidad dérmica aguda baja y un potencial de irritación leve para la piel y los ojos en las concentraciones que se encuentran en los productos de consumo. [dieciséis]

Aspectos acuáticos y medioambientales

Los EA generalmente se liberan por el desagüe, donde pueden adsorberse en sólidos y biodegradarse a través de procesos anaeróbicos, con ~ 28-58% degradados en el alcantarillado. [20] [se necesita fuente no primaria ] Los EA restantes se tratan en plantas de tratamiento de aguas residuales y se biodegradan mediante procesos aeróbicos con menos del 0,8% de EA liberados en el efluente. [20] Si se liberan en aguas superficiales, sedimentos o suelo, los EA se degradarán mediante procesos aeróbicos y anaeróbicos o serán absorbidos por plantas y animales.

La toxicidad para ciertos invertebrados tiene un rango de valores de CE50 para AE lineal desde 0,1 mg / la más de 100 mg / l. Para los etoxilatos de alcohol ramificado, la toxicidad varía de 0,5 mg / la 50 mg / l. [16] La toxicidad CE50 para las algas de EA lineales y ramificados fue de 0,05 mg / la 50 mg / l. La toxicidad aguda para los peces varía entre valores de CL50 para AE lineal de 0,4 mg / la 100 mg / ly ramificada es de 0,25 mg / la 40 mg / l. Para los invertebrados, las algas y los peces, se considera que los EA esencialmente lineales y ramificados no tienen mayor toxicidad que los EA lineales. [dieciséis]

Etoxisulfatos de alcohol (AES)

Biodegradacion

La degradación de AES procede por ω- o β-oxidación de la cadena de alquilo, hidrólisis enzimática del éster sulfato y por escisión de un enlace éter en el AES que produce alcohol o etoxilato de alcohol y un sulfato de etilenglicol. Los estudios de procesos aeróbicos también encontraron que los AES son fácilmente biodegradables. [12] Se estima que la vida media de AE ​​y AES en aguas superficiales es inferior a 12 horas. [21] [Se necesita fuente no primaria ] Se estima que la eliminación de AES debido a la degradación a través de procesos anaeróbicos está entre el 75 y el 87%.

En agua

Las pruebas de laboratorio de flujo continuo en un grupo terminal de AES con moluscos encontraron que la NOEC de un caracol, Goniobasis y la almeja asiática, Corbicula, era superior a 730 ug / L. Se midió que el crecimiento de corbicula se ve afectado a una concentración de 75 ug / L. [22] [se necesita fuente no primaria ] La efímera, género Tricorythodes, tiene un valor de NOEC de densidad normalizada de 190 ug / L. [23] [se necesita fuente no primaria ]

Seguridad humana

No se ha encontrado que AES sea genotóxico, mutagénico o cancerígeno. [17]

Referencias

  1. ^ Smulders, E .; von Rybinski, W .; Sung, E .; Rähse, W .; Steber, J .; Wiebel, F .; Nordskog, A. (2011). "Detergentes para ropa, 1. Introducción". En Elvers, Barbara; et al. (eds.). Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim, GER: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a08_315.pub3 . ISBN 978-3527306732.
  2. ^ Arno Cahn (30 de enero de 1994). Actas de la 3ª Conferencia Mundial sobre Detergentes: Perspectivas Globales . Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite. pag. 141. ISBN 978-0-935315-52-3.
  3. ^ Jelinek, Charles F .; Mayhew, Raymond L. (septiembre de 1954). "Detergentes no iónicos". Química industrial y de ingeniería . 46 (9): 1930-1934. doi : 10.1021 / ie50537a045 .
  4. ^ Una patente estadounidense 1970578 A , Schoeller, Conrad & Wittwer, Max, "Asistentes para la industria textil y afines", emitida el 21 de agosto de 1934, asignada a IG Farbenindustrie AG 
  5. ^ Kreutzer, Udo R. (febrero de 1984). "Fabricación de alcoholes grasos a base de grasas y aceites naturales". Revista de la Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite . 61 (2): 343–348. doi : 10.1007 / BF02678792 .
  6. ↑ a b Kosswig, Kurt (2002). "Tensioactivos". En Elvers, Barbara; et al. (eds.). Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim, GER: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a25_747 . ISBN 978-3527306732.
  7. ^ a b c Di Serio, Martino; Tesser, Riccardo; Santacesaria, Elio (diciembre de 2005). "Comparación de diferentes tipos de reactores utilizados en la fabricación de productos etoxilados y propoxilados". Investigación en Química Industrial e Ingeniería . 44 (25): 9482–9489. doi : 10.1021 / ie0502234 .
  8. ↑ Di Serio, M .; Vairo, G .; Iengo, P .; Felippone, F .; Santacesaria, E. (enero de 1996). "Cinética de etoxilación y propoxilación de 1- y 2-octanol catalizados por KOH". Investigación en Química Industrial e Ingeniería . 35 (11): 3848–3853. doi : 10.1021 / ie960200c .
  9. ^ Cox, Michael F. (septiembre de 1990). "El efecto del" pico "de la distribución del óxido de etileno sobre el rendimiento de etoxilatos de alcohol y sulfatos de éter". Revista de la Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite . 67 (9): 599–604. doi : 10.1007 / BF02540775 .
  10. ^ EPA de Estados Unidos (julio de 2006). "Programa de desafío de alto volumen de producción (VPH)" . Archivado desde el original el 17 de noviembre de 2011.
  11. ^ Roberts, David W. (mayo de 1998). "Tecnología de sulfonación para la fabricación de tensioactivos aniónicos". Investigación y desarrollo de procesos orgánicos . 2 (3): 194–202. doi : 10.1021 / op9700439 .
  12. ^ a b Anon. [Equipo de sustancias de HERA] (15 de junio de 2004). Evaluación de riesgos ambientales de alcohol etoxisulfatos (AES) (PDF) . Bruselas, BEL: Proyecto de Evaluación de Riesgos Humanos y Ambientales (HERA). El proyecto HERA (Human and Environmental Risk Assessment) es una iniciativa voluntaria europea lanzada en 1999 por las siguientes organizaciones: AISE que representa a los formuladores y fabricantes de productos de limpieza para el hogar y el mantenimiento. Cefic representando a los proveedores y fabricantes de las materias primas. [ página necesaria ] Este informe de 36 páginas es un documento de HERA sobre este ingrediente en los productos de limpieza domésticos europeos.
  13. ^ Modler R .; Gubler R .; Inoguchi, Y. (2007). "Detergent Alcoholes" (informe comercial del consultor de distribución limitada) . Manual de economía química . Menlo Park, CA: SRI Consulting. (se requiere suscripción) [se necesita una página ] [se necesita una mejor fuente ]
  14. ^ Federle, Thomas W; Nina R. Itrich (2004). "Efecto del número de etoxilato y la longitud de la cadena de alquilo en la vía y cinética de la biodegradación de etoxilato de alcohol lineal en lodos activados". Toxicología y Química Ambiental . 23 (12): 2790–2798. doi : 10.1897 / 04-053.1 .[se necesita fuente no primaria ]
  15. ^ Varadaraj, Ramesh; Bock, Jan; Brons, Neil; Zushma, Steve (1994). "Influencia de la estructura del surfactante en la modificación de la humectabilidad de superficies granulares hidrofóbicas". Revista de ciencia coloide y de interfaz . 167 (1): 207–210. Código bibliográfico : 1994JCIS..167..207V . doi : 10.1006 / jcis.1994.1350 . ISSN 0021-9797 . 
  16. ^ a b c d Anon. [Equipo de Sustancias de HERA] (2009-09-01). Etoxilatos de alcohol, versión 2.0 (PDF) . Bruselas, BEL: Proyecto de Evaluación de Riesgos Humanos y Ambientales (HERA). [ página necesaria ] Consulte la referencia anterior de HERA para obtener una explicación de la organización editorial. Este libro de 244 páginas es el último documento de HERA sobre los ingredientes de los productos de limpieza domésticos europeos.
  17. ^ a b Anon. [Equipo de Sustancias de HERA] (2003-12-02). Evaluación de riesgos para la salud humana de etoxisulfatos de alcohol, borrador (PDF) . Bruselas, BEL: Proyecto de Evaluación de Riesgos Humanos y Ambientales (HERA) . Consultado el 14 de marzo de 2016 . [ página necesaria ] Consulte la referencia anterior de HERA para obtener una explicación de la organización editorial. Este informe de 57 páginas es el último documento de HERA sobre este ingrediente de los productos de limpieza domésticos europeos. Tenga en cuenta que el sitio web de HERA, [1] , con la fecha de acceso anterior, lleva la fecha de diciembre; el documento tiene fecha de enero de 2003.
  18. ^ Fruijtier-Pölloth, Claudia (2005). "Evaluación de la seguridad de los polietilenglicoles (PEG) y sus derivados utilizados en productos cosméticos". Toxicología . 214 (1–2): 1–38. doi : 10.1016 / j.tox.2005.06.001 . ISSN 0300-483X . PMID 16011869 .  
  19. ^ Stickney, Julie A; Sager, Shawn L; Clarkson, Jacquelyn R; Smith, Lee Ann; Locey, Betty J; Bock, Michael J; Hartung, Rolf; Olp, Steven F (2003). "Una evaluación actualizada del potencial carcinogénico del 1,4-dioxano". Toxicología regulatoria y farmacología . 38 (2): 183-195. doi : 10.1016 / S0273-2300 (03) 00090-4 . ISSN 0273-2300 . 
  20. ^ a b Prats, Daniel; Carmen Lopez; Diana Vallejo; Pedro Varo; Víctor M. León (2006). "Efecto de la temperatura sobre la biodegradación de sulfonato de alquilbenceno lineal y etoxilato de alcohol". Revista de tensioactivos y detergentes . 9 (1): 69–75. doi : 10.1007 / s11743-006-0377-8 .[se necesita fuente no primaria ]
  21. ^ Guckert, JB; Walker, DD; Belanger, SE (1996). "La química ambiental para un estudio de exotoxicología de tensioactivos apoya la rápida degradación del sulfato de alquilo C12 en un mesocosmo de flujo continuo". Reinar. Chem. Toxicol . 15 (3): 262–269. doi : 10.1002 / etc.5620150306 .[se necesita fuente no primaria ]
  22. ^ Belanger, SE; KL Rupe; RG Bausch (1995). "Respuestas de invertebrados y peces a tensioactivos aniónicos de sulfato de alquilo y sulfato de etoxilato de alquilo durante la exposición crónica". Contaminación ambiental y toxicología . 55 (5): 751–758. doi : 10.1007 / BF00203763 .[se necesita fuente no primaria ]
  23. ↑ van de Plassche, Erik J .; de Bruijn, Jack HM; Stephenson, Richard R .; Marshall, Stuart J .; Feijtel, Tom CJ; Belanger, Scott E. (1999). "Concentraciones previstas sin efecto y caracterización del riesgo de cuatro tensioactivos: sulfonato de benceno de alquilo lineal, etoxilatos de alcohol, sulfatos de alcohol etoxilado y jabón". Toxicología y Química Ambiental . 18 (11): 2653–2663. doi : 10.1002 / etc.5620181135 . ISSN 0730-7268 . [se necesita fuente no primaria ]
Obtenido de " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ethoxylation&oldid=994394839 "
Contribute a better translation