Tricloroetileno

tricloroetileno (TCE) es un halocarburo de fórmula C₂HCl₃, comúnmente utilizado como disolvente desengrasante industrial. Es un líquido transparente, incoloro, no inflamable con un olor dulce parecido al cloroformo.

El nombre IUPAC es tricloroeteno. Las abreviaturas industriales incluyen TCE, triclor, Trike, Tricky y tri. No debe confundirse con el 1,1,1-tricloroetano similar, que se conoce comúnmente como cloroteno. Se ha vendido bajo una variedad de nombres comerciales. Bajo los nombres comerciales Trimar y Trilene, el tricloroetileno se utilizó como anestésico volátil y como analgésico obstétrico inhalado en millones de pacientes.

La contaminación de las aguas subterráneas y del agua potable por descargas industriales, incluido el tricloroetileno, es una preocupación importante para la salud humana y ha provocado numerosos incidentes y demandas en los Estados Unidos.

Historia

El tricloroetileno fue descubierto por E. Fischer en 1864 mediante la reducción de hexacloroetano con hidrógeno. La producción comercial comenzó en Alemania, en 1920 y en los Estados Unidos en 1925.

Iniciado por Imperial Chemical Industries en Gran Bretaña, su desarrollo fue aclamado como una revolución anestésica. Originalmente se pensó que poseía menos hepatotoxicidad que el cloroformo, y sin la desagradable acritud e inflamabilidad del éter, sin embargo, pronto se descubrió que el uso de TCE tenía varias trampas. Estos incluyeron la promoción de arritmias cardíacas, baja volatilidad y alta solubilidad que impiden la inducción anestésica rápida, reacciones con cal sodada utilizada en sistemas de absorción de dióxido de carbono, disfunción neurológica prolongada cuando se usa con cal sodada y evidencia de hepatotoxicidad como se había encontrado con cloroformo.

La introducción del halotano en 1956 disminuyó en gran medida el uso de TCE como anestésico general. El TCE todavía se usaba como analgésico por inhalación en el parto administrado por autoadministración. La toxicidad fetal y las preocupaciones por el potencial carcinogénico del TCE llevaron a su abandono en los países desarrollados en la década de 1980.

El uso de tricloroetileno en las industrias alimentaria y farmacéutica está prohibido en gran parte del mundo desde la década de 1970 debido a preocupaciones sobre su toxicidad. La legislación ha obligado a sustituir el tricloroetileno en muchos procesos en Europa, ya que la sustancia química se clasificó como carcinógeno con una frase de riesgo R45, Puede causar cáncer. Se están promocionando muchas alternativas químicas desengrasantes como Ensolv y Leksol; sin embargo, cada uno de estos se basa en bromuro de n-propilo que lleva una frase de riesgo R60 de Puede perjudicar la fertilidad, y no serían un sustituto legalmente aceptable.

Producción

Antes de principios de la década de 1970, la mayor parte del tricloroetileno se producía en un proceso de dos pasos a partir de acetileno. Primero, el acetileno se trató con cloro utilizando un catalizador de cloruro férrico a 90 °C para producir 1,1,2,2-tetracloroetano de acuerdo con la ecuación química

HCTORCH + 2 Cl2 → Cl2CHCl2

The 1,1,2,2-tetrachloroethane is the dehydrochlorination to give trichloroethylene. This can be accomplished either with an aqueous solution of calcium hydroxide

2 Cl₂CHCHCl₂ + Ca(OH)2 → 2 ClCH=CCl₂ + CaCl2 + 2 H₂O

o en la fase de vapor calentándolo a 300–500 °C en un catalizador de cloruro de bario o cloruro de calcio

Cl₂CHCHCl₂ → ClCH=CCl₂ + HCl

Hoy, sin embargo, la mayor parte del tricloroetileno se produce a partir de etileno. Primero, el etileno se clora sobre un catalizador de cloruro férrico para producir 1,2-dicloroetano.

CH2=CH2 + Cl₂ → ClCH2CH2Cl

Cuando se calienta a unos 400 °C con cloro adicional, el 1,2-dicloroetano se convierte en tricloroetileno

ClCH2CH2Cl + 2 Cl₂ → ClCH=CCl₂ + 3 HCl

Esta reacción puede ser catalizada por una variedad de sustancias. El catalizador más utilizado es una mezcla de cloruro de potasio y cloruro de aluminio. Sin embargo, también se pueden usar varias formas de carbón poroso. Esta reacción produce tetracloroetileno como subproducto y, dependiendo de la cantidad de cloro que se alimente a la reacción, el tetracloroetileno puede ser incluso el producto principal. Por lo general, el tricloroetileno y el tetracloroetileno se recolectan juntos y luego se separan por destilación.

Usos

El tricloroetileno es un solvente efectivo para una variedad de materiales orgánicos.

Cuando se produjo ampliamente por primera vez en la década de 1920, el uso principal del tricloroetileno era extraer aceites vegetales de materiales vegetales como la soja, el coco y la palma. Otros usos en la industria alimentaria incluyeron el descafeinado del café y la preparación de extractos aromatizantes de lúpulo y especias. También se ha utilizado para la eliminación de aguas residuales en la producción de etanol al 100%.

La deshidrocloración del tricloroetileno con hidruro de potasio da dicloroacetileno.

Anestesia

Desde la década de 1930 hasta la década de 1970, tanto en Europa como en América del Norte, el tricloroetileno se utilizó como anestésico volátil administrado casi invariablemente con óxido nitroso. Comercializado en el Reino Unido por Imperial Chemical Industries con el nombre comercial Trilene, era de color azul (con un tinte llamado azul de cera) para evitar confusiones con el cloroformo de olor similar. El TCE reemplazó a los anestésicos anteriores cloroformo y éter en la década de 1940, pero fue reemplazado en la década de 1960 en los países desarrollados con la introducción del halotano, que permitió tiempos de inducción y recuperación mucho más rápidos y fue considerablemente más fácil de administrar. Trilene también se usó como un potente analgésico inhalado, principalmente durante el parto. Se utilizó con halotano en el aparato de anestesia de campo Tri-service utilizado por las fuerzas armadas del Reino Unido en condiciones de campo. Sin embargo, a partir de 2000, TCE todavía se usaba como anestésico en África.

El tricloroetileno se ha utilizado en la producción de halotano, otro anestésico.

Disolvente de limpieza

También se ha utilizado como solvente de limpieza en seco, aunque se reemplazó en la década de 1950 por tetracloroetileno (también conocido como percloroetileno), excepto para la limpieza de manchas donde todavía se usa con el nombre comercial Picrin.

El tricloroetileno se comercializó como 'Limpiador y acondicionador de película antiestática Ecco 1500' hasta 2009, para uso en máquinas automáticas de limpieza de películas y para limpieza manual con toallitas sin pelusa.

Quizás el mayor uso de TCE ha sido como desengrasante para piezas de metal. La demanda de TCE como desengrasante comenzó a disminuir en la década de 1950 a favor del menos tóxico 1,1,1-tricloroetano. Sin embargo, la producción de 1,1,1-tricloroetano se ha eliminado en la mayor parte del mundo según los términos del Protocolo de Montreal y, como resultado, el tricloroetileno ha experimentado un resurgimiento en el uso como desengrasante.

El TCE también se ha utilizado en los Estados Unidos para limpiar motores de cohetes alimentados con queroseno (el TCE no se utilizó para limpiar motores alimentados con hidrógeno, como el motor principal del transbordador espacial). Durante el encendido estático, el combustible RP-1 dejaría depósitos de hidrocarburos y vapores en el motor. Estos depósitos debían eliminarse del motor para evitar la posibilidad de explosión durante el manejo del motor y futuros encendidos. Se usó TCE para lavar el sistema de combustible del motor inmediatamente antes y después de cada encendido de prueba. El procedimiento de lavado implicaba bombear TCE a través del sistema de combustible del motor y dejar que el solvente se desbordara durante un período que oscilaba entre varios segundos y 30 a 35 minutos, según el motor. Para algunos motores, el generador de gas del motor y el domo de oxígeno líquido (LOX) también se enjuagaron con TCE antes del encendido de prueba. El motor del cohete F-1 tenía su domo LOX, generador de gas y camisa de combustible de la cámara de empuje enjuagados con TCE durante los preparativos del lanzamiento.

Refrigerantes

El TCE también se utiliza en la fabricación de una gama de refrigerantes de fluorocarbono, como el 1,1,1,2-tetrafluoroetano, más conocido como HFC 134a. TCE también se usó en aplicaciones de refrigeración industrial debido a su alta capacidad de transferencia de calor y su especificación de baja temperatura. Muchas aplicaciones de refrigeración industrial utilizaron TCE hasta la década de 1990 en aplicaciones tales como instalaciones de prueba de automóviles.

Seguridad

Inestabilidad química

A pesar de su uso generalizado como desengrasante de metales, el tricloroetileno en sí mismo es inestable en presencia de metales durante una exposición prolongada. Ya en 1961 este fenómeno fue reconocido por la industria manufacturera, cuando se agregaron aditivos estabilizadores a la formulación comercial. Dado que la inestabilidad reactiva se acentúa con temperaturas más altas, la búsqueda de aditivos estabilizadores se llevó a cabo calentando el tricloroetileno hasta su punto de ebullición en un condensador de reflujo y observando la descomposición. La documentación definitiva del 1,4-dioxano como agente estabilizador para TCE es escasa debido a la falta de especificidad en la literatura de patentes anterior que describe las formulaciones de TCE. Otros estabilizadores químicos incluyen cetonas como la metiletilcetona.

Efectos fisiológicos

Cuando se inhala, el tricloroetileno produce una depresión del sistema nervioso central que resulta en anestesia general. Estos efectos pueden estar mediados por el tricloroetileno que actúa como un modulador alostérico positivo de los receptores inhibidores GABA_A y de glicina. Su alta solubilidad en sangre da como resultado una inducción más lenta menos deseable de la anestesia. A bajas concentraciones, es relativamente no irritante para las vías respiratorias. Concentraciones más altas dan como resultado taquipnea. Muchos tipos de arritmias cardíacas pueden ocurrir y se exacerban con la epinefrina (adrenalina). En la década de 1940 se observó que el TCE reaccionaba con sistemas absorbentes de dióxido de carbono (CO₂) (sosa cal) para producir dicloroacetileno y fosgeno. La disfunción de los nervios craneales (especialmente el quinto nervio craneal) era común cuando la anestesia con TCE se administraba mediante sistemas de absorción de CO₂. La relajación muscular con anestesia TCE suficiente para la cirugía fue deficiente. Por estas razones, así como por problemas de hepatotoxicidad, el TCE perdió popularidad en América del Norte y Europa frente a anestésicos más potentes como el halotano en la década de 1960.

Los síntomas de la exposición no médica aguda son similares a los de la intoxicación por alcohol, comenzando con dolor de cabeza, mareos y confusión y progresando con una exposición creciente hasta la inconsciencia.

Gran parte de lo que se sabe sobre los efectos del tricloroetileno en la salud humana se basa en exposiciones ocupacionales. Más allá de los efectos en el sistema nervioso central, la exposición al tricloroetileno en el lugar de trabajo se ha asociado con efectos tóxicos en el hígado y los riñones.

Enfermedad de Parkinson

Entre 1975 y 1985, el suministro de agua de Marine Corps Base Camp Lejeune estaba contaminado con tricloroetileno y otros compuestos orgánicos volátiles. Un estudio de cohorte de 172 128 veteranos estadounidenses destacados en Lejeune y 168 361 veteranos destacados en Pendelton encontró que las tasas de la enfermedad de Parkinson eran un 70 % más altas en Lejeune en comparación con Pendelton.

Exposición y normativa

Se han encontrado niveles de TCE por encima del fondo en casas en proceso de renovación. La exposición al TCE ocurre principalmente a través del agua potable contaminada. Con una gravedad específica superior a 1 (más denso que el agua), el tricloroetileno puede estar presente como una fase líquida densa no acuosa (DNAPL) si se derraman cantidades suficientes en el medio ambiente.

El primer informe conocido de TCE en aguas subterráneas lo dieron en 1949 dos químicos públicos ingleses que describieron dos casos separados de contaminación de pozos por emisiones industriales de TCE. Según las encuestas federales y estatales disponibles, entre el 9 % y el 34 % de las fuentes de suministro de agua potable analizadas en los EE. UU. pueden tener alguna contaminación por TCE, aunque la EPA ha informado que la mayoría de los suministros de agua cumplen con el nivel máximo de contaminantes (MCL) de 5 ppb.

Por lo general, los niveles atmosféricos de TCE son más altos en áreas de industria y población concentradas. Los niveles atmosféricos tienden a ser más bajos en las regiones rurales y remotas. Las concentraciones medias de TCE medidas en el aire en los Estados Unidos generalmente oscilan entre 0,01 ppb y 0,3 ppb, aunque se han informado niveles medios de hasta 3,4 ppb. Se han medido niveles de TCE en el rango bajo de partes por mil millones en los alimentos; sin embargo, se midieron niveles de hasta 140 ppb en algunas muestras de alimentos.

Regulación existente en Estados Unidos y Unión Europea

Hasta hace unos años, la Agencia de Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades de EE. UU. (ATSDR, por sus siglas en inglés) sostenía que el tricloroetileno tenía poco o ningún potencial carcinogénico y probablemente era un co-carcinógeno, es decir, actuaba en conjunto con otras sustancias para promover la formación de tumores.

Las agencias estatales, federales e internacionales clasifican el tricloroetileno como carcinógeno conocido o probable. En 2014, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer actualizó su clasificación de tricloroetileno al Grupo 1, lo que indica que existe suficiente evidencia de que causa cáncer de riñón en humanos, así como alguna evidencia de cáncer de hígado y cáncer no Hodgkin. linfoma

En la Unión Europea, el Comité Científico sobre Valores Límite de Exposición Ocupacional (SCOEL) recomienda un límite de exposición para los trabajadores expuestos al tricloroetileno de 10 ppm (54,7 mg/m³) para un TWA de 8 horas y de 30 ppm (164,1 mg/m³) para STEL (15 minutos).

La legislación de la UE existente destinada a la protección de los trabajadores contra los riesgos para su salud (incluidas la Directiva sobre agentes químicos 98/24/CE y la Directiva sobre carcinógenos 2004/37/CE) actualmente no impone requisitos mínimos vinculantes para controlar los riesgos para los trabajadores' salud durante la fase de uso o durante todo el ciclo de vida del tricloroetileno.

En 2023, la EPA de los Estados Unidos determinó que el tricloroetileno presenta un riesgo irrazonable de daño a la salud humana en 52 de 54 condiciones de uso, incluso durante la fabricación, el procesamiento, la mezcla, el reciclaje, el desengrasado con vapor, como lubricante, adhesivo, sellador, producto de limpieza y spray. Es peligroso tanto por inhalación como por exposición dérmica, y se asoció más fuertemente con efectos inmunosupresores para exposición aguda, así como efectos autoinmunes para exposiciones crónicas.

Remediación

La investigación reciente se ha centrado en la remediación in situ del tricloroetileno en el suelo y las aguas subterráneas en lugar de eliminarlo para su tratamiento y eliminación fuera del sitio. Se han identificado bacterias naturales con la capacidad de degradar el TCE. Dehalococcoides sp. degradar el tricloroetileno por decloración reductora en condiciones anaeróbicas. En condiciones aeróbicas, Pseudomonas fluorescens puede cometabolizar el TCE. La contaminación del suelo y del agua subterránea por TCE también se ha remediado con éxito mediante el tratamiento y la extracción químicos. La bacteria Nitrosomonas europaea puede degradar una variedad de compuestos halogenados, incluido el tricloroetileno. Se ha informado que la tolueno dioxigenasa está involucrada en la degradación de TCE por parte de Pseudomonas putida. En algunos casos, Xanthobacter autotrophicus puede convertir hasta el 51 % de TCE en CO y CO₂.

Sociedad y cultura

El libro de no ficción de 1995 A Civil Action se escribió sobre una demanda (Anderson v. Cryovac) contra el aumento de casos de cáncer después de incidentes de contaminación por tricloroetileno y fue adaptada al cine en 1998.