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La estructura general de los dodecilbencenosulfonatos de sodio , ejemplos destacados de alquilbencenosulfonatos

Los alquilbencenosulfonatos son una clase de tensioactivos aniónicos , que consta de un grupo de cabeza de sulfonato hidrófilo y un grupo de cola de alquilbenceno hidrófobo . Junto con el laureth sulfato de sodio , son uno de los detergentes sintéticos más antiguos y más utilizados y se pueden encontrar en numerosos productos para el cuidado personal ( jabones , champús , pasta de dientes , etc.) y productos para el hogar ( detergente para ropa , líquido para lavar platos , limpiador en aerosol etc.). [1]Se introdujeron por primera vez en la década de 1930 en forma de alquilbencenosulfonatos ramificados (BAS). Sin embargo, debido a preocupaciones ambientales, estos fueron reemplazados por alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) durante la década de 1960. [2] Desde entonces, la producción ha aumentado significativamente de alrededor de 1 millón de toneladas en 1980 a alrededor de 3,5 millones de toneladas en 2016, lo que los convierte en el tensioactivo aniónico más producido después de los jabones . [ cita requerida ]

Alquilbencenosulfonatos ramificados

Extensa espuma en Fremont, California - 1972

Los alquilbencenosulfonatos ramificados (BAS) se introdujeron por primera vez a principios de la década de 1930 y experimentaron un crecimiento significativo desde finales de la década de 1940 en adelante, [3] en la literatura temprana estos detergentes sintéticos a menudo se abrevian como sindetos. Fueron preparados mediante la alquilación de Friedel-Crafts de benceno con 'tetrámero de propileno' (también llamado tetrapropileno) seguido de sulfonación . Siendo tetrámero de propileno un término amplio para una mezcla de compuestos formados por la oligomerización de propeno , su uso dio una mezcla de estructuras altamente ramificadas. [4]

En comparación con los jabones tradicionales, BAS ofrecía una tolerancia superior al agua dura y una mejor formación de espuma. [5] Sin embargo, la cola altamente ramificada dificultaba su biodegradación. [6] BAS fue ampliamente acusado de la formación de grandes extensiones de espuma estable en áreas de descarga de aguas residuales como lagos, ríos y áreas costeras ( espumas marinas ), así como por los problemas de formación de espuma que se encuentran en el tratamiento de aguas residuales [7] y la contaminación del agua potable. agua. [8] Como tal, BAS se eliminó gradualmente de la mayoría de los productos detergentes durante la década de 1960, siendo reemplazado por alquilbencenosulfonatos lineales (LAS). Sigue siendo importante en determinadas aplicaciones agroquímicas e industriales, donde sela biodegradabilidad tiene una importancia reducida.

Alquilbencenosulfonatos lineales

Un ejemplo de un sulfonato de alquilbenceno lineal (LAS)

Los alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) se preparan industrialmente mediante la sulfonación de alquilbencenos lineales (LAB), que a su vez pueden prepararse de varias formas. [2] En la ruta más común, el benceno se alquila mediante monoalquenos de cadena larga (por ejemplo, dodeceno) utilizando fluoruro de hidrógeno como catalizador. [9] Los dodecilbencenos purificados (y derivados relacionados) se sulfonan luego con trióxido de azufre para dar el ácido sulfónico . [10] Posteriormente, el ácido sulfónico se neutraliza con hidróxido de sodio . [1]El término "lineal" se refiere a los alquenos de partida en lugar del producto final, no se ven productos de adición perfectamente lineales, en línea con la regla de Markovnikov . Por tanto, la alquilación de alquenos lineales, incluso 1-alquenos tales como 1-dodeceno , da varios isómeros de fenildodecano. [11]

Estructurar las relaciones de propiedad

En condiciones ideales, el poder de limpieza de BAS y LAS es muy similar, sin embargo, LAS funciona ligeramente mejor en condiciones de uso normales, debido a que se ve menos afectado por el agua dura. [12] Dentro del propio LAS, la detergencia de los diversos isómeros es bastante similar, [13] [14] sin embargo, sus propiedades físicas ( punto Krafft , formación de espuma, etc.) son notablemente diferentes. [15] [16] En particular, el punto Krafft del producto de 2-fenilo alto (es decir, el isómero menos ramificado) permanece por debajo de 0 ° C hasta un 25% de LAS mientras que el punto de enturbiamiento de 2-fenilo bajo es ~ 15 ° C. [17] Los productores suelen aprovechar este comportamiento para crear productos claros o turbios.

Destino ambiental

La biodegradabilidad ha sido bien estudiada, [6] [18] [19] y se ve afectada por la isomerización , en este caso, la ramificación. La sal del material lineal tiene una LD 50 de 2,3 mg / litro para los peces, sobre cuatro veces más tóxico que el compuesto ramificado; sin embargo, el compuesto lineal se biodegrada mucho más rápidamente, lo que lo convierte en la opción más segura con el tiempo. Se biodegrada rápidamente en condiciones aeróbicas con una vida media de aproximadamente 1 a 3 semanas; [18] La degradación oxidativa se inicia en la cadena de alquilo. [1] En condiciones anaeróbicas, se degrada muy lentamente o no se degrada en absoluto, lo que hace que exista en altas concentraciones en los lodos de depuradora, pero no se cree que esto sea motivo de preocupación, ya que se degradará rápidamente una vez que regrese a un ambiente oxigenado.

Referencias

  1. ^ a b c Kurt Kosswig, "Surfactantes" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann, Wiley-VCH, 2005, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a25_747
  2. ^ a b Kocal, Joseph A; Vora, Bipin V; Imai, Tamotsu (noviembre de 2001). "Producción de alquilbencenos lineales". Catálisis aplicada A: General . 221 (1–2): 295–301. doi : 10.1016 / S0926-860X (01) 00808-0 .
  3. ^ Dee, Foster; Snell, Cornelia T. (agosto de 1958). "CARACTERÍSTICA DEL 50 ANIVERSARIO: Cincuenta años de progreso del detergente". Química industrial y de ingeniería . 50 (8): 48A – 51A. doi : 10.1021 / ie50584a005 .
  4. ^ Scheibel, Jeffrey J. (17 de diciembre de 2015). "La evolución de la tecnología de tensioactivos aniónicos para cumplir con los requisitos de la industria de los detergentes para ropa". Revista de tensioactivos y detergentes . 7 (4): 319–328. doi : 10.1007 / s11743-004-0317-7 .
  5. ^ Hill, JA (22 de octubre de 2008). "La química y aplicación de detergentes". Revista de la Sociedad de Tintoreros y Coloristas . 63 (10): 319–322. doi : 10.1111 / j.1478-4408.1947.tb02430.x .
  6. ^ a b Hashim, MA; Kulandai, J .; Hassan, RS (24 de abril de 2007). "Biodegradabilidad de los alquilbencenosulfonatos ramificados". Revista de tecnología química y biotecnología . 54 (3): 207–214. doi : 10.1002 / jctb.280540302 .
  7. ^ McKinney, Ross E. (1957). "Syndets y eliminación de residuos". Aguas residuales y residuos industriales . 29 (6): 654–666. JSTOR 25033358 . 
  8. ^ Sawyer, Clair N .; Ryckman, Devere W. (1957). "Detergentes sintéticos aniónicos y problemas de suministro de agua". Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas . 49 (4): 480–490. doi : 10.1002 / j.1551-8833.1957.tb16814.x . JSTOR 41254845 . 
  9. ^ Cahn, AOCS]. Ed .: Arno (2003). 5ª Conferencia Mundial sobre Detergentes: Reinventar la industria: oportunidades y desafíos ([Elektronische Ressource] ed.). Champaign, Ill .: AOCS Press. ISBN 1-893997-40-5.
  10. ^ 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 .
  11. ^ Bipin V. Vora; Joseph A. Kocal; Paul T. Barger; Robert J. Schmidt; James A. Johnson (2003). "Alquilación". Enciclopedia Kirk ‐ Othmer de tecnología química . doi : 10.1002 / 0471238961.0112112508011313.a01.pub2 .
  12. ^ Matheson, K. Lee (agosto de 1985). "Comparación de rendimiento de detergencia entre LAS y ABS utilizando diagramas de límites de precipitación de sulfonato de calcio". Revista de la Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite . 62 (8): 1269-1274. doi : 10.1007 / BF02541841 .
  13. ^ Matheson, K. Lee; Matsoim, Ted P. (septiembre de 1983). "Efecto de la cadena de carbono y la distribución de isómeros de fenilo sobre las propiedades de uso del sulfonato de alquilbenceno lineal: una comparación de homólogos de LAS 2-fenilo 'alto' y 'bajo'". Revista de la Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite . 60 (9): 1693–1698. doi : 10.1007 / BF02662436 .
  14. ^ Baumgartner, FN (junio de 1954). "Relación de la estructura molecular con la detergencia de algunos sulfonatos de alquilbenceno". Química industrial y de ingeniería . 46 (6): 1349-1352. doi : 10.1021 / ie50534a061 .
  15. ^ Drozd, Joseph C .; Gorman, Wilma (marzo de 1988). "Formulación de características de alquilbencenosulfonatos lineales de 2-fenilo alto y bajo en detergentes líquidos". Revista de la Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite . 65 (3): 398–404. doi : 10.1007 / BF02663085 .
  16. ^ Sweeney, WA; Olson, AC (diciembre de 1964). "Rendimiento de los alquilbencenosulfonatos (LAS) de cadena lineal en detergentes de uso intensivo". Revista de la Sociedad Estadounidense de Químicos del Aceite . 41 (12): 815–822. doi : 10.1007 / BF02663964 .
  17. ^ Farn, Richard J. (2006). Química y tecnología de tensioactivos . Oxford: Pub Blackwell. pag. 96 . ISBN 978-14051-2696-0.
  18. ↑ a b Jensen, John (febrero de 1999). "Destino y efectos de los alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) en el medio terrestre". Ciencia del Medio Ambiente Total . 226 (2-3): 93-111. Código bibliográfico : 1999ScTEn.226 ... 93J . doi : 10.1016 / S0048-9697 (98) 00395-7 . PMID 10085562 . 
  19. ^ Mackay, Donald; Di Guardo, Antonio; Paterson, Sally; Kicsi, Gabriel; Cowan, Christina E .; Kane, David M. (septiembre de 1996). "Evaluación del destino químico en el medio ambiente mediante modelos evaluativos, regionales y a escala local: aplicación ilustrativa a clorobenceno y alquilbencenosulfonatos lineales". Toxicología y Química Ambiental . 15 (9): 1638–1648. doi : 10.1002 / etc.5620150930 .