Acetona
Acetona (2-propanona o dimetilcetona) es un compuesto orgánico con la fórmula ( CH3)2CO. Es la cetona más simple y pequeña (>C=O). Es un líquido incoloro, muy volátil e inflamable con un olor acre característico.
La acetona es miscible con agua y sirve como un solvente orgánico importante en la industria, el hogar y el laboratorio. En 2010 se produjeron alrededor de 6,7 millones de toneladas en todo el mundo, principalmente para su uso como disolvente y para la producción de metacrilato de metilo y bisfenol A, que son precursores de los plásticos ampliamente utilizados. Es un componente común en la química orgánica. Sirve como disolvente en productos domésticos como quitaesmalte y diluyente de pintura. Tiene estatus de exención de compuestos orgánicos volátiles (COV) en los Estados Unidos.
La acetona se produce y elimina en el cuerpo humano mediante procesos metabólicos normales. Normalmente está presente en sangre y orina. Las personas con cetoacidosis diabética lo producen en mayores cantidades. Las dietas cetogénicas que aumentan los cuerpos cetónicos (acetona, ácido β-hidroxibutírico y ácido acetoacético) en la sangre se utilizan para contrarrestar los ataques epilépticos en niños que padecen epilepsia refractaria.
Nombre
Desde el siglo XVII y antes de los desarrollos modernos en la nomenclatura de la química orgánica, la acetona recibió muchos nombres diferentes. Esos nombres incluyen espíritu de Saturno, que se le dio cuando se pensaba que era un compuesto de plomo, y más tarde espíritu piroacético y éster piroacético.
Antes de la "acetona" nombre dado por Antoine Bussy, se llamó "mesit" (del griego μεσίτης, que significa mediador) por Carl Reichenbach, quien también afirmó que el alcohol metílico estaba formado por mesit y alcohol etílico. Los nombres derivados de mesit incluyen mesitileno y óxido de mesitilo, que se sintetizaron por primera vez a partir de acetona.
A diferencia de muchos compuestos con el prefijo acet- que tienen una cadena de 2 carbonos, la acetona tiene una cadena de 3 carbonos, lo que ha causado confusión ya que no puede haber una cetona con 2 carbonos. El prefijo se refiere a la relación de la acetona con el vinagre (acetum en latín, también la fuente de las palabras "ácido" y "acético"), más bien que su estructura química.
Historia
La acetona fue producida por primera vez por Andreas Libavius en 1606 mediante la destilación de acetato de plomo (II).
En 1832, el químico francés Jean-Baptiste Dumas y el químico alemán Justus von Liebig determinaron la fórmula empírica de la acetona. En 1833, los químicos franceses Antoine Bussy y Michel Chevreul decidieron nombrar acetona añadiendo el sufijo -uno a la raíz del ácido correspondiente (es decir, ácido acético), como un producto preparado de manera similar de lo que entonces era confundido con el ácido margárico se llamó margarona. En 1852, el químico inglés Alexander William Williamson se dio cuenta de que la acetona era metil acetilo; al año siguiente, el químico francés Charles Frédéric Gerhardt estuvo de acuerdo. En 1865, el químico alemán August Kekulé publicó la fórmula estructural moderna de la acetona. Johann Josef Loschmidt había presentado la estructura de la acetona en 1861, pero su folleto publicado de forma privada recibió poca atención. Durante la Primera Guerra Mundial, Chaim Weizmann desarrolló el proceso para la producción industrial de acetona (Proceso Weizmann).
Producción
En 2010, la capacidad de producción mundial de acetona se estimó en 6,7 millones de toneladas por año. Con 1,56 millones de toneladas por año, Estados Unidos tenía la mayor capacidad de producción, seguido de Taiwán y China continental. El mayor productor de acetona es INEOS Phenol, que posee el 17% de la capacidad mundial, con una capacidad también significativa (7-8%) de Mitsui, Sunoco y Shell en 2010. INEOS Phenol también posee la mayor centro de producción (420.000 toneladas/año) en Beveren (Bélgica). El precio al contado de la acetona en el verano de 2011 fue de 1.100 a 1.250 dólares por tonelada en los Estados Unidos.
Método actual
La acetona se produce directa o indirectamente a partir del propeno. Aproximadamente el 83% de la acetona se produce mediante el proceso de cumeno; como resultado, la producción de acetona está ligada a la producción de fenol. En el proceso de cumeno, el benceno se alquila con propileno para producir cumeno, que se oxida con el aire para producir fenol y acetona:
Otros procesos implican la oxidación directa del propileno (proceso Wacker-Hoechst) o la hidratación del propileno para dar 2-propanol, que se oxida (deshidrogena) a acetona.
Métodos más antiguos
Anteriormente, la acetona se producía mediante destilación seca de acetatos, por ejemplo acetato de calcio en descarboxilación cetónica.
Después de ese tiempo, durante la Primera Guerra Mundial, la acetona se produjo mediante fermentación de acetona-butanol-etanol con la bacteria Clostridium acetobutylicum, que fue desarrollada por Chaim Weizmann (más tarde el primer presidente de Israel) para para ayudar al esfuerzo de guerra británico, en la preparación de Cordite. Esta fermentación de acetona-butanol-etanol finalmente se abandonó cuando se encontraron métodos más nuevos con mejores rendimientos.
Propiedades químicas
La temperatura de la llama de la acetona pura es de 1980 °C.
Como la mayoría de las cetonas, la acetona exhibe la tautomería ceto-enol en la que la estructura ceto nominal (CH3)< sub class="template-chem2-sub">2C=O de la propia acetona está en equilibrio con el isómero enol (CH3)C(OH)=(CH2) (prop-1-es -2-ol). En vapor de acetona a temperatura ambiente, solo 2,4×10-7% de las moléculas están en forma de enol.
En presencia de catalizadores adecuados, dos moléculas de acetona también se combinan para formar el compuesto alcohol diacetona (CH3) C=O(CH2)C(OH)(CH3)2, que al deshidratarse da óxido de mesitilo (CH3< /sub>)C=O(CH)=C(CH3)2< /lapso>. Este producto puede combinarse además con otra molécula de acetona, con pérdida de otra molécula de agua, produciendo forona y otros compuestos.
La acetona es una base de Lewis débil que forma aductos con ácidos blandos como el I2 y ácidos duros como el fenol. La acetona también forma complejos con metales divalentes.
Polimerización
Se podría esperar que la acetona también forme polímeros y oligómeros (posiblemente cíclicos) de dos tipos. En un tipo, las unidades podrían ser moléculas de acetona unidas por puentes éter −O- derivados de la apertura del doble enlace, para dar una cadena tipo policetal (PKA) [−O−C(CH3)2−] n. El otro tipo podría obtenerse mediante condensación aldólica repetida, con una molécula de agua eliminada en cada paso, produciendo una cadena de poli(metilacetileno) (PMA) [−CH=C(CH3)−]n.
La conversión de acetona en un policetal (PKA) sería análoga a la formación de paraformaldehído a partir de formaldehído y de tritioacetona a partir de tioacetona. En 1960, los químicos soviéticos observaron que la termodinámica de este proceso es desfavorable para la acetona líquida, de modo que (a diferencia de la tioacetona y el formol) no se espera que polimerice espontáneamente, ni siquiera con catalizadores. Sin embargo, observaron que la termodinámica se volvió favorable para la acetona sólida cristalina en el punto de fusión (-96 °C). Afirmaron haber obtenido dicho polímero (un sólido elástico blanco, soluble en acetona, estable durante varias horas a temperatura ambiente) depositando vapor de acetona, con algo de magnesio como catalizador, sobre una superficie muy fría. En 1962, Wasaburo Kawai informó sobre la síntesis de un producto similar, a partir de acetona líquida enfriada de -70 a -78 ° C, utilizando n-butillitio o trietilaluminio como catalizadores. Afirmó que el espectro de absorción infrarroja mostraba la presencia de enlaces −O- pero no de grupos C=O. Sin embargo, más tarde otros investigadores obtuvieron resultados contradictorios.
Los polímeros de acetona tipo PMA serían equivalentes al producto de polimerización del propino, excepto por un grupo terminal ceto.
Aparición natural
Los seres humanos exhalamos varios miligramos de acetona al día. Surge de la descarboxilación del acetoacetato. El cuerpo produce pequeñas cantidades de acetona mediante la descarboxilación de cuerpos cetónicos. Ciertos patrones dietéticos, incluido el ayuno prolongado y las dietas ricas en grasas y bajas en carbohidratos, pueden producir cetosis, en la que se forma acetona en el tejido corporal. Ciertas condiciones de salud, como el alcoholismo y la diabetes, pueden producir cetoacidosis, una cetosis incontrolable que conduce a un aumento agudo y potencialmente fatal de la acidez de la sangre. Dado que es un subproducto de la fermentación, la acetona es un subproducto de la industria de la destilería.
Metabolismo
La acetona luego puede ser metabolizada por CYP2E1 a través de metilglioxal a D-lactato y piruvato y, en última instancia, glucosa/energía, o por una vía diferente a través de propilenglicol a piruvato, lactato, acetato (utilizable para energía) y propionaldehído.
Usos
Industrial
Aproximadamente un tercio de la acetona mundial se utiliza como disolvente y una cuarta parte se consume como acetonacianhidrina, un precursor del metacrilato de metilo.
Disolvente
La acetona es un buen disolvente para muchos plásticos y algunas fibras sintéticas. Se utiliza para diluir la resina de poliéster, limpiar las herramientas que se utilizan con ella y disolver epoxis de dos componentes y superpegamento antes de que se endurezcan. Se utiliza como uno de los componentes volátiles de algunas pinturas y barnices. Como desengrasante de alta resistencia, es útil en la preparación de metal antes de pintarlo o soldarlo, y para eliminar el fundente de colofonia después de soldarlo (para evitar la adhesión de suciedad y fugas eléctricas y quizás la corrosión o por razones cosméticas), aunque puede atacar algunos componentes electrónicos, como los condensadores de poliestireno.
Aunque es inflamable en sí misma, la acetona se usa ampliamente como solvente para el transporte y almacenamiento seguro de acetileno, que no puede presurizarse de manera segura como un compuesto puro. Los recipientes que contienen un material poroso se llenan primero con acetona y luego con acetileno, que se disuelve en la acetona. Un litro de acetona puede disolver alrededor de 250 litros de acetileno a una presión de 10 bares (1,0 MPa).
La acetona se utiliza como disolvente en la industria farmacéutica y como desnaturalizante en alcohol desnaturalizado. La acetona también está presente como excipiente en algunos fármacos.
Intermedio químico
La acetona se utiliza para sintetizar metacrilato de metilo. Comienza con la conversión inicial de acetona en acetona cianhidrina mediante la reacción con cianuro de hidrógeno (HCN):
En un paso posterior, el nitrilo se hidroliza a la amida insaturada, que se esterifica:
El tercer uso principal de la acetona (alrededor del 20%) es la síntesis de bisfenol A. El bisfenol A es un componente de muchos polímeros, como policarbonatos, poliuretanos y resinas epoxi. La síntesis implica la condensación de acetona con fenol:
Muchos millones de kilogramos de acetona se consumen en la producción de los solventes alcohol de metil isobutilo y metil isobutil ketone. Estos productos surgen mediante una condensación inicial de aldol para dar alcohol diacetono.
La condensación con acetileno da 2-metilbut-3-in-2-ol, precursor de los terpenos y terpenoides sintéticos.
Laboratorio
Química
Varias reacciones orgánicas emplean acetona como disolvente polar aprótico. Es fundamental en la oxidación de Jones. Debido a que la acetona es barata, volátil y se disuelve o descompone con la mayoría de los productos químicos de laboratorio, un enjuague con acetona es la técnica estándar para eliminar residuos sólidos de la cristalería de laboratorio antes del lavado final. A pesar del uso común de desecadores, la acetona se seca sólo mediante desplazamiento y dilución en masa. No forma azeótropos con agua (ver tablas de azeótropos).
La acetona se congela muy por debajo de -78 °C. Una mezcla de acetona y hielo seco enfría muchas reacciones a baja temperatura.
Física
Bajo luz ultravioleta, la acetona fluoresce. Los experimentos de flujo de fluidos utilizan su vapor como trazador.
Biología
Las proteínas precipitan en acetona. El producto químico modifica péptidos, tanto en los grupos amino α como ε, y en una modificación rápida pero poco conocida de ciertos residuos de glicina.
En patología, la acetona ayuda a encontrar ganglios linfáticos en los tejidos grasos (como el mesenterio) para la estadificación del tumor. El líquido disuelve la grasa y endurece los nudos, haciéndolos más fáciles de encontrar.
La acetona también elimina ciertas manchas de los portaobjetos de microscopio.
Médica
(feminine)Los dermatólogos utilizan acetona con alcohol en tratamientos para el acné para pelar químicamente la piel seca. Los agentes comunes que se utilizan hoy en día para el peeling químico son el ácido salicílico, el ácido glicólico, el ácido azelaico, el ácido salicílico al 30% en etanol y el ácido tricloroacético (TCA). Antes de la quimioexfoliación, se limpia la piel y se elimina el exceso de grasa en un proceso llamado desengrasado. En este proceso se utilizó acetona, hexaclorofeno o una combinación de estos agentes.
Se ha demostrado que la acetona tiene efectos anticonvulsivos en modelos animales de epilepsia, en ausencia de toxicidad, cuando se administra en concentraciones milimolares. Se ha planteado la hipótesis de que la dieta cetogénica alta en grasas y baja en carbohidratos utilizada clínicamente para controlar la epilepsia resistente a los medicamentos en niños actúa elevando la acetona en el cerebro. Debido a sus mayores necesidades energéticas, los niños tienen una mayor producción de acetona que la mayoría de los adultos, y cuanto más pequeño es el niño, mayor es la producción esperada. Esto indica que los niños no son únicamente susceptibles a la exposición a la acetona. Las exposiciones externas son pequeñas en comparación con las exposiciones asociadas con la dieta cetogénica.
Usos domésticos y otros nichos
Los maquilladores usan acetona para eliminar el adhesivo cutáneo de la red de pelucas y bigotes sumergiendo el artículo en un baño de acetona y luego eliminando los residuos de pegamento ablandado con un cepillo rígido.
La acetona se utiliza a menudo para el pulido con vapor de artefactos de impresión en modelos impresos en 3D con plástico ABS. La técnica, llamada alisado en baño de vapor de acetona, consiste en colocar la pieza impresa en una cámara sellada que contiene una pequeña cantidad de acetona y calentarla a unos 80 grados centígrados durante diez minutos. Esto crea un vapor de acetona en el recipiente. La acetona se condensa uniformemente por toda la pieza, lo que hace que la superficie se ablande y se licue. Luego, la tensión superficial alisa el plástico semilíquido. Cuando la pieza se retira de la cámara, el componente de acetona se evapora dejando una pieza suave como el vidrio, libre de estrías, patrones y bordes de capas visibles, características comunes en las piezas impresas en 3D sin tratar.
La acetona elimina eficazmente las marcas de rotulador en vidrio y metales.
Seguridad
La propiedad más peligrosa de la acetona es su extrema inflamabilidad. En pequeñas cantidades, la acetona arde con una llama azul apagada; en cantidades mayores, la evaporación del combustible provoca una combustión incompleta y una llama de color amarillo brillante. Cuando la temperatura supera el punto de inflamación de la acetona de −20 °C (−4 °F), las mezclas de aire de 2,5 a 12,8 % de acetona (por volumen) pueden explotar o provocar un incendio repentino. Los vapores pueden fluir a lo largo de las superficies hasta fuentes de ignición distantes y retroceder.
La descarga estática también puede encender los vapores de acetona, aunque la acetona tiene una energía de iniciación de ignición muy alta y la ignición accidental es rara. La temperatura de autoignición de la acetona es relativamente alta, 465 °C (869 °F); además, la temperatura de autoignición depende de las condiciones experimentales, como el tiempo de exposición, y se ha citado que llega a 535 °C. Incluso verter o rociar acetona sobre carbón rojo brillante no lo encenderá, debido a la alta concentración de vapor y al efecto refrescante de la evaporación.
La acetona debe almacenarse lejos de oxidantes fuertes, como mezclas concentradas de ácido nítrico y sulfúrico. También puede explotar cuando se mezcla con cloroformo en presencia de una base. Cuando la acetona se oxida sin combustión, por ejemplo con peróxido de hidrógeno, puede formar peróxido de acetona, un explosivo primario altamente inestable. El peróxido de acetona puede formarse accidentalmente, p. cuando el peróxido residual se vierte en disolventes residuales.
Toxicidad
La acetona se produce naturalmente como parte de ciertos procesos metabólicos en el cuerpo humano y se ha estudiado ampliamente y se cree que exhibe sólo una ligera toxicidad en el uso normal. No hay pruebas sólidas de efectos crónicos en la salud si se siguen precauciones básicas. Generalmente se reconoce que tiene una toxicidad aguda y crónica baja si se ingiere y/o inhala. Actualmente, la acetona no se considera carcinógena, mutágena ni motivo de preocupación por sus efectos de neurotoxicidad crónica.
La acetona se puede encontrar como ingrediente en una variedad de productos de consumo que van desde cosméticos hasta alimentos procesados y no procesados. La acetona ha sido clasificada como una sustancia generalmente reconocida como segura (GRAS) cuando está presente en bebidas, alimentos horneados, postres y conservas en concentraciones que varían de 5 a 8 mg/L.
Sin embargo, la acetona es un irritante que causa irritación leve en la piel y en los ojos de moderada a grave. En altas concentraciones de vapor, puede deprimir el sistema nervioso central como muchos otros solventes. La toxicidad aguda para ratones por ingestión (LD50) es de 3 g/kg y por inhalación (LC50) es de 44 g/m3 más de 4 horas.
Efectos ambientales
Aunque la acetona se encuentra naturalmente en el medio ambiente en plantas, árboles, gases volcánicos, incendios forestales y como producto de la descomposición de la grasa corporal, la mayor parte de la acetona liberada al medio ambiente es de origen industrial. La acetona se evapora rápidamente, incluso en el agua y el suelo. Una vez en la atmósfera, tiene una vida media de 22 días y se degrada por la luz ultravioleta mediante fotólisis (principalmente en metano y etano). El consumo por parte de microorganismos contribuye a la disipación de la acetona en el suelo, los animales o las vías fluviales.
Clasificación EPA
En 1995, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) eliminó la acetona de la lista de compuestos orgánicos volátiles. Las empresas que solicitaron la eliminación argumentaron que "contribuiría al logro de varios objetivos ambientales importantes y apoyaría los esfuerzos de prevención de la contaminación de la EPA", y que la acetona podría usarse como sustituto de varios compuestos que están listados como contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP) según la sección 112 de la Ley de Aire Limpio. Al tomar su decisión, la EPA llevó a cabo una revisión exhaustiva de los datos disponibles sobre la toxicidad de la acetona, que continuó durante la década de 2000. Se concluyó que los "datos evaluables son inadecuados para una evaluación del potencial cancerígeno humano de la acetona".
Ocurrencia extraterrestre
El 30 de julio de 2015, los científicos informaron que tras el primer aterrizaje del módulo de aterrizaje Philae en el cometa 67P&# En la superficie del cometa, las mediciones realizadas por los instrumentos COSAC y Ptolomeo revelaron dieciséis compuestos orgánicos, cuatro de los cuales fueron vistos por primera vez en un cometa: acetamida, acetona, isocianato de metilo y propionaldehído.