Diclorometano
Diclorometano (DCM o cloruro de metileno, bicloruro de metileno) es un compuesto organoclorado con la fórmula CH2Cl2. Este líquido incoloro y volátil con un olor dulce similar al cloroformo se usa ampliamente como solvente. Aunque no es miscible con agua, es ligeramente polar y miscible con muchos disolventes orgánicos.
Ocurrencia
Las fuentes naturales de diclorometano incluyen fuentes oceánicas, macroalgas, humedales y volcanes. Sin embargo, la mayor parte del diclorometano en el medio ambiente es el resultado de emisiones industriales.
Producción
El DCM se produce al tratar el clorometano o el metano con cloro gaseoso a 400-500 °C. A estas temperaturas, tanto el metano como el clorometano experimentan una serie de reacciones que producen progresivamente más productos clorados. De esta forma, en 1993 se produjeron unas 400.000 toneladas en Estados Unidos, Europa y Japón.
- CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
- CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
- CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
- CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
El resultado de estos procesos es una mezcla de clorometano, diclorometano, cloroformo y tetracloruro de carbono, así como cloruro de hidrógeno como subproducto. Estos compuestos se separan por destilación.
El DCM fue preparado por primera vez en 1839 por el químico francés Henri Victor Regnault (1810–1878), quien lo aisló de una mezcla de clorometano y cloro que había estado expuesta a la luz solar.
Usos
La volatilidad y la capacidad de DCM para disolver una amplia gama de compuestos orgánicos lo convierten en un solvente útil para muchos procesos químicos. En la industria alimentaria se utiliza para descafeinar café y té así como para preparar extractos de lúpulo y otros aromas. Su volatilidad ha llevado a su uso como propulsor de aerosoles y como agente de expansión para espumas de poliuretano.
Enlace de hidrógeno
El cloruro de metileno es un ácido de Lewis que puede formar puentes de hidrógeno con donantes de electrones. Se clasifica como un ácido duro y se incluye en el modelo ECW. Es un solvente que se ha utilizado en muchos estudios termodinámicos del enlace donante-aceptor. Se han informado las correcciones de los enlaces de hidrógeno del donante del cloruro de metileno en estos estudios termodinámicos.
Usos especializados
El bajo punto de ebullición del compuesto químico permite que funcione en un motor térmico que puede extraer energía mecánica de pequeñas diferencias de temperatura. Un ejemplo de un motor térmico DCM es el pájaro bebedor. El juguete funciona a temperatura ambiente. También se usa como fluido en pantallas de máquinas de discos y luces de burbujas navideñas que tienen un tubo burbujeante de color sobre una lámpara como fuente de calor y una pequeña cantidad de sal de roca para proporcionar masa térmica y un sitio de nucleación para el solvente de cambio de fase.
DCM suelda químicamente ciertos plásticos. Por ejemplo, se utiliza para sellar la carcasa de contadores eléctricos. A menudo se vende como un componente principal de los adhesivos de soldadura de plástico, también lo utilizan ampliamente los aficionados a la construcción de modelos para unir componentes de plástico. Se le conoce comúnmente como "Di-clo."
Se utiliza en la industria de la impresión de prendas para la eliminación de transferencias de prendas termoselladas.
DCM se utiliza en el campo de pruebas de materiales de la ingeniería civil; específicamente se utiliza durante el ensayo de materiales bituminosos como disolvente para separar el aglomerante del agregado de un asfalto o macadán para permitir el ensayo de los materiales.
Se ha descubierto que el extracto de diclorometano de Asparagopsis taxiformis, un forraje de algas marinas para el ganado, reduce sus emisiones de metano en un 79 %.
Se utiliza como componente principal de varios decapantes de pintura y laca.
Reacciones químicas
El diclorometano se usa ampliamente como solvente en parte porque es relativamente inerte. Sin embargo, participa en reacciones con ciertos nucleófilos fuertes. El terc-butil-litio desprotona DCM:
- H2CCl2 + RLi → HCCl2Li + RH
El metil-litio reacciona con el cloruro de metileno para dar clorocarbeno (CHCl).
El diclorometano reacciona con ciertas aminas a temperatura y presión ambiente. Las aminas terciarias pueden reaccionar con DCM para formar sales cuaternarias de cloruro de clorometilo a través de la reacción de Menshutkin. Las aminas secundarias pueden reaccionar con DCM para producir un equilibrio de cloruros de iminio y cloruros de clorometilo, que pueden reaccionar con un segundo equivalente de la amina secundaria para formar aminales. En condiciones de temperatura y presión elevadas, las piridinas, incluida la DMAP, pueden reaccionar con el DCM para formar dicloruros de metileno bispiridinio. Además, el HOBT y los reactivos relacionados utilizados en el acoplamiento de péptidos pueden reaccionar con DCM en presencia de trietilamina, formando acetales. Como el DCM es un solvente común en los laboratorios de química orgánica, se deben tomar medidas para evitar su reacción con compuestos sensibles.
Toxicidad
Aunque el DCM es el menos tóxico de los hidrocarburos clorados simples, presenta riesgos graves para la salud. Su alta volatilidad lo convierte en un peligro agudo por inhalación. También se puede absorber a través de la piel. Los síntomas de sobreexposición aguda al diclorometano por inhalación incluyen dificultad para concentrarse, mareos, fatiga, náuseas, dolores de cabeza, entumecimiento, debilidad e irritación de las vías respiratorias superiores y los ojos. Las consecuencias más graves pueden incluir asfixia, pérdida del conocimiento, coma y muerte.
El DCM también es metabolizado por el cuerpo a monóxido de carbono, lo que puede provocar una intoxicación por monóxido de carbono. La exposición aguda por inhalación ha resultado en neuropatía óptica y hepatitis. El contacto prolongado con la piel puede provocar que el DCM disuelva algunos de los tejidos grasos de la piel, lo que puede provocar irritación de la piel o quemaduras químicas.
Puede ser cancerígeno, ya que se ha relacionado con el cáncer de pulmón, hígado y páncreas en animales de laboratorio. Otros estudios en animales mostraron cáncer de mama y cáncer de glándulas salivales. La investigación aún no está clara en cuanto a qué niveles pueden ser cancerígenos. El DCM atraviesa la placenta, pero no se ha demostrado la toxicidad fetal en mujeres expuestas a él durante el embarazo. En experimentos con animales, fue fetotóxico en dosis que fueron tóxicas para la madre, pero no se observaron efectos teratogénicos.
En personas con problemas cardíacos preexistentes, la exposición a DCM puede causar ritmos cardíacos anormales y/o ataques cardíacos, a veces sin ningún otro síntoma de sobreexposición. Las personas con problemas existentes en el hígado, el sistema nervioso o la piel pueden empeorar después de la exposición al cloruro de metileno.
Regulación
En muchos países, los productos que contienen DCM deben llevar etiquetas que adviertan sobre sus riesgos para la salud.
En febrero de 2013, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU. (OSHA) y el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional advirtieron que al menos 14 pintores de bañeras han muerto desde el año 2000 debido a la exposición al DCM. Estos trabajadores habían estado trabajando solos, en baños mal ventilados, con protección respiratoria inadecuada o sin ella, y sin capacitación sobre los peligros de DCM. OSHA ha emitido desde entonces un estándar DCM. En la Unión Europea, el Parlamento Europeo votó en 2009 para prohibir el uso de DCM en decapantes para consumidores y muchos profesionales. La prohibición entró en vigor en diciembre de 2010.
En Europa, el Comité Científico sobre Valores Límite de Exposición Ocupacional (SCOEL) recomienda para DCM un límite de exposición ocupacional (promedio ponderado de tiempo de 8 h) de 100 ppm y un límite de exposición a corto plazo (15 min) de 200 ppm.
Las preocupaciones sobre sus efectos en la salud han llevado a buscar alternativas en muchas de estas aplicaciones.
El 15 de marzo de 2019, la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) de EE. UU. emitió una regla final para prohibir la fabricación (incluidas la importación y exportación), el procesamiento y la distribución de cloruro de metileno en todos los removedores de pintura para uso del consumidor, vigente en 180 días. Sin embargo, no afecta a otros productos que contienen cloruro de metileno, incluidos muchos productos de consumo que no están destinados a la eliminación de pintura.
El 20 de abril de 2023, la EPA propuso una prohibición generalizada de la producción de cloruro de metileno con algunas excepciones para usos militares e industriales.
Efectos ambientales
Ozono
El diclorometano no está clasificado como sustancia que agota la capa de ozono por el Protocolo de Montreal. La Ley de Aire Limpio de EE. UU. no regula el diclorometano como un agotador de la capa de ozono. Investigaciones recientes muestran que el diclorometano y otras sustancias halogenadas de vida muy corta (VSLS), a pesar de su corta vida atmosférica de menos de 0,5 años, pueden contribuir al agotamiento del ozono estratosférico, particularmente si se emiten en regiones donde ocurre un rápido transporte a la estratosfera. La abundancia atmosférica de diclorometano ha ido en aumento en los últimos años.
Las concentraciones de ozono medidas en las latitudes medias desde el suelo hasta la estratosfera entre 1998 y 2016 han disminuido en 2,2 unidades Dobson, poco menos del 1 %. Las razones de esta disminución no están claras, pero una hipótesis no verificada es la presencia de sustancias de vida corta como el diclorometano en la atmósfera inferior.