¿Qué es el 1-propanol?
El 1-propanol, también llamado alcohol n-propílico o propan-1-ol, es un alcohol primario con la fórmula química CH3CH2CH2OH. Es un líquido transparente e incoloro con un olor alcohólico característico y es miscible con agua, etanol y éter.
El 1-propanol es un isómero estructural del alcohol isopropílico, pero este último tiene mayor importancia industrial debido a su amplio uso como disolvente y desinfectante.
En la naturaleza, el 1-propanol se encuentra en los aceites de fusel y se forma como un producto menor de la fermentación y durante el deterioro o descomposición de la materia vegetal.
Tabla de contenido
1. Propiedades físicas del 1-propanol
El 1-propanol es un líquido transparente e incoloro con un olor alcohólico característico. Es completamente miscible en agua y fácilmente soluble en numerosos disolventes orgánicos, como éteres, ésteres, ácidos, cetonas y otros alcoholes.
Las propiedades físicas del n-propanol se resumen en la Tabla 1.
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Número de registro CAS | 71-23-8 |
| Fórmula química | C3H8O |
| Masa molar, g/mol | 60,09 |
| Punto de congelación, °C | −126,2 |
| Punto de ebullición, °C | 97,20 |
| Presión de vapor, kPa | a 20 °C: 1,987 a 40 °C: 6,986 a 60 °C: 20,292 a 80 °C: 50,756 |
| Ecuación de Antoine (2–120 °C, t en °C) | log P(kPa) = 6,97257 − 1499,21 / (204,64 − t) |
| Densidad de vapor (aire = 1) | 2,07 |
| Densidad a 20 °C, g/cm3 | 0,80375 |
| Ecuación de Francis (−21 a 180 °C, t en °C) | Densidad = 0,8813 + (5,448 × 10-4 t) − 21,536 / (313,09 − t) |
| Índice de refracción, nD20 | 1,38556 |
| Viscosidad a 20 °C, mPa·s | 2,256 |
| Tensión superficial a 20 °C, mN/m | 23,75 |
| Temperatura crítica, °C | 263,65 |
| Presión crítica, kPa | 5169,60 |
| Densidad crítica, g/cm3 | 0,275 |
| Capacidad calorífica (líquido, 25 °C), J/(mol·K) | 141 |
| Calor de vaporización, kJ/mol | a 25 °C: 47,53 a 97,20 °C: 41,78 |
| Calor de combustión (líquido, 25 °C), kJ/mol | 2033 |
| Calor de formación (vapor, 25 °C), kJ/mol | −254,7 |
| Punto de inflamación (copa abierta), °C | 28,9 |
| Temperatura de autoignición, °C | 371,1 |
| Límites de explosividad en el aire, % vol. | Inferior: 2,2 Superior: 14,0 |
| Conductividad eléctrica a 25 °C, S | 2 × 10-8 |
2. Reacciones químicas del 1-propanol
La química del 1-propanol es típica de los alcoholes primarios de bajo peso molecular. Experimenta diversas reacciones características del grupo funcional hidroxilo, como la oxidación, la esterificación, la aminación, la deshidratación y la eterificación. En sistemas biológicos, el 1-propanol se degrada fácilmente y se considera uno de los alcoholes más fácilmente biodegradables.
Oxidación (A)
La oxidación del 1-propanol se produce primero al aldehído correspondiente, propanal, y posteriormente a ácido propiónico. La oxidación parcial puede lograrse utilizando aire en presencia de catalizadores metálicos como cromito de cobre, óxidos de cromo(VI) o sales de piridinio.
Esterificación (B)
Al igual que otros alcoholes, el 1-propanol reacciona con ácidos orgánicos e inorgánicos para formar ésteres. La reacción con ácido acético en presencia de catalizadores ácidos fuertes (p. ej., ácido sulfúrico, ácido p-toluenosulfónico, ácido metanosulfónico o resinas de intercambio iónico) produce acetato de n-propilo, un disolvente importante utilizado en recubrimientos, tintas y la industria de las fragancias.
La transesterificación con acetato de metilo o etilo también puede utilizarse para producir acetato de n-propilo.
Aminación (C)
El 1-propanol puede someterse a aminación reductora con amoníaco o aminas a temperatura y presión elevadas en presencia de catalizadores de metales de transición como níquel, cobalto o molibdeno. Esta reacción produce derivados de propilamina, aunque estos tienen menor importancia industrial en comparación con los correspondientes derivados de isopropilamina.
Eterificación y deshidratación (D)
La reacción del 1-propanol con óxidos de alquileno (p. ej., óxido de etileno, óxido de propileno) produce éteres glicólicos, ampliamente utilizados como disolventes. La deshidratación del 1-propanol puede producir éter di-n-propílico utilizando catalizadores ácidos sólidos. La deshidratación a propeno también es posible, pero no tiene relevancia industrial práctica.
Formación de acetal (E)
Al igual que otros alcoholes primarios, el 1-propanol reacciona con aldehídos para formar hemiacetales, que pueden convertirse posteriormente en acetales en presencia de catalizadores ácidos en condiciones de deshidratación. Los acetales derivados del 1-propanol sirven como intermediarios en la síntesis farmacéutica.
3. Producción industrial de 1-propanol
El 1-propanol se produce principalmente a nivel industrial mediante la hidroformilación (proceso oxo) del etileno para formar propanal (propionaldehído), seguida de la hidrogenación catalítica para obtener el alcohol.
Anteriormente se utilizaba un proceso de oxidación del propano en fase de vapor, operado por Celanese en Bishop, Texas, pero esta ruta se interrumpió en 1973. Desde entonces, la tecnología OXO ha sido el método predominante en Estados Unidos y Europa.
En Sudáfrica, Sasol produce 1-propanol mediante la síntesis de Fischer-Tropsch. Se han investigado intentos de fabricar 1-propanol mediante hidratación anti-Markovnikov del propileno, pero no se han aplicado comercialmente.
3.1. Producción de 1-propanol por hidroformilación e hidrogenación
La producción comercial de 1-propanol por hidroformilación (proceso oxo) consta de dos etapas. Primero, el etileno se convierte en propanal mediante hidroformilación con gas de síntesis (1), seguida de la hidrogenación catalítica del propanal a 1-propanol (2).
Los subproductos menores de la hidroformilación incluyen propano, 1-propanol y fracciones pesadas formadas por condensación aldólica. Los complejos carbonílicos de metales de transición de cobalto, hierro, níquel, rodio e iridio pueden catalizar la reacción oxo, pero solo el cobalto y el rodio se utilizan comercialmente.
En Estados Unidos, el 1-propanol se fabrica mediante tecnología oxo en Texas Eastman, Union Carbide y Hoechst Celanese. Texas Eastman operaba inicialmente con catalizadores de HCo(CO)4 a base de cobalto, y posteriormente adoptó un sistema de rodio modificado con fosfina en 1989. En Europa, la producción está a cargo de Hoechst AG y BASF AG.
El catalizador de rodio-trifenilfosfina ha reemplazado en gran medida a los catalizadores de cobalto debido a sus mayores velocidades de reacción, mejor estabilidad, menores presiones de operación y menor cantidad de subproductos. Los carbonilos de rodio son adecuados para plantas diseñadas originalmente para catalizadores de cobalto.
Aunque el rodio requiere presiones más altas, su actividad es mayor y produce menos fracciones de alto punto de ebullición. En Hoechst AG (Werk Ruhrchemie) en Alemania, los carbonilos de rodio se utilizan para la síntesis de propanal, que posteriormente se hidrogena a 1-propanol. Se ha informado que los carbonilos de rodio son entre 100 y 1000 veces más reactivos que los análogos de cobalto.
La hidroformilación de etileno con catalizadores de rodio se lleva a cabo a 90-120 °C, 2,17-3,55 MPa, relaciones H2:CO de 1:1-3:1, concentraciones de rodio de 1-10 mM y concentraciones de trifenilfosfina de 0,1-0,4 M. En estas condiciones, el rendimiento de propanal alcanza el 98-99 %, con una conversión del 0,5-1,0 % a etano y fracciones pesadas.
La actividad del catalizador se ve suprimida por las fuentes de rodio que contienen halógeno, ya que los complejos halogenados presentan un rendimiento de hidroformilación deficiente. El precursor catalítico más activo es el hidridocarboniltris(trifenilfosfina)rodio, HRhCO\[P(C6H5)3]3, que genera especies activas mediante la disociación de un ligando de trifenilfosfina.
El exceso de trifenilfosfina suprime la desactivación del catalizador causada por la migración de fenilo del fósforo al rodio, que de otro modo daría lugar a clústeres inactivos de rodio-fosfuro.
La hidrogenación de propanal a 1-propanol es un proceso establecido. Se utilizan comúnmente catalizadores basados en níquel, como el níquel Raney o el níquel soportado, y catalizadores de óxido de cobre-cromo. Se emplean métodos de hidrogenación tanto en fase de vapor como en fase líquida.
La operación en fase líquida se realiza a 2,17–4,24 MPa y 100–170 °C. La hidrogenación en fase de vapor suele operar por debajo de 790 kPa. Se utilizan configuraciones de reactor de lecho fijo, lecho en suspensión o lecho percolador. Se alcanzan rendimientos de 1-propanol superiores al 95 %.
Los subproductos incluyen acetales, éteres, ésteres y dioles. Tanto el CO como la trifenilfosfina actúan como venenos para el catalizador y deben eliminarse de la alimentación antes de la hidrogenación.
En la operación industrial, el vapor de propanol se extrae del efluente del reactor oxo utilizando el exceso de gas de síntesis, seguido de la condensación y la eliminación del CO antes de la hidrogenación. El 1-propanol crudo resultante se purifica en un sistema de destilación de dos columnas.
Cuando se utilizan catalizadores de carbonilo de cobalto o carbonilo de rodio, es necesaria la extracción líquida del propanal debido a las mayores presiones del reactor, y se requieren disposiciones adicionales para la recuperación y el manejo del catalizador.
3.2. Producción de 1-propanol mediante el proceso Sasol Fischer-Tropsch
Sasol produce 1-propanol como producto secundario de la síntesis Fischer-Tropsch. En este proceso, el carbón se gasifica en reactores de lecho fijo Lurgi para generar gas de síntesis (CO y H2). La corriente de gas se separa de los componentes condensables, se purifica y se introduce en la unidad Sasol Synthol.
En los reactores de lecho fluidizado, el gas se pone en contacto con un catalizador de hierro finamente dividido, donde la reacción de Fischer-Tropsch, altamente exotérmica, produce una mezcla de hidrocarburos y compuestos oxigenados.
Los condensados de los reactores se separan en una fracción de hidrocarburos y una fase acuosa. La corriente acuosa contiene una mezcla de alcoholes y cetonas. La mayoría de los alcoholes se mezclan con gasolina de alto octanaje, mientras que fracciones de alcohol seleccionadas se destilan para la recuperación de productos puros.
De estas operaciones, el 1-propanol y el etanol se aíslan en un sistema de separación multiunidad con una capacidad anual total de aproximadamente 25 000 a 30 000 t.
4. Usos del 1-propanol
El 1-propanol se utiliza principalmente como disolvente y como intermediario químico. Su derivado más importante es el acetato de n-propilo, que representa la mayor parte del consumo mundial.
El 1-propanol se utiliza ampliamente como disolvente en tintas de impresión flexográfica y rotograbado, especialmente para la impresión sobre películas de poliolefina y poliamida. En comparación con el etanol y el 2-propanol, ofrece ventajas en la calidad de impresión y el secado. También se utiliza como disolvente en pinturas, recubrimientos, cosméticos, pesticidas e insecticidas.
En Europa, el 1-propanol ha adquirido una importancia creciente como ingrediente en desinfectantes de manos y superficies debido a su alta actividad biocida contra bacterias, hongos y virus.
Una parte importante del 1-propanol se convierte en acetato de n-propilo, que se utiliza como disolvente en tintas, lacas, derivados de celulosa, ceras y formulaciones de insecticidas. Otros ésteres, como el propionato de n-propilo, se utilizan en recubrimientos y se consideran sustitutos del acetato de n-butilo debido a sus mejores características de olor.
El 1-propanol es una materia prima para la producción de éteres glicólicos, como el éter monopropílico de etilenglicol, el éter monopropílico de dietilenglicol, el éter monopropílico de propilenglicol y el éter monopropílico de dipropilenglicol. Estos disolventes combinan una alta solvencia con compatibilidad con el agua y se utilizan en recubrimientos y limpiadores.
En Europa, una fracción significativa del 1-propanol se convierte en propilaminas, que son intermediarios en la fabricación de herbicidas y productos farmacéuticos.
El 1-propanol es un precursor del 1-bromopropano, un disolvente utilizado como sustituto del cloruro de metileno y de compuestos que dañan la capa de ozono.
Entre sus aplicaciones menores se incluyen su uso como ingrediente de aromas y fragancias, como codisolvente en formulaciones de pesticidas y como aditivo alimentario.
5. Toxicología del 1-propanol
El 1-propanol está clasificado como líquido inflamable con un punto de inflamación inferior a 38 °C. Está regulado como sustancia peligrosa por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) según el Título 29 del Código de Regulaciones Federales (CFR) 1910.1200.
Los estudios de toxicidad muestran que el 1-propanol es solo ligeramente tóxico para los animales (Tabla 2). Presenta resultados negativos en la prueba de Ames y en el ensayo de mutación directa del linfoma de ratón, lo que indica que no tiene potencial mutagénico.
| Método de administración / Parámetro | Valor |
|---|---|
| Dosis oral, ratas, LD50 | 1,9 g/kg |
| Dérmica, conejos, LD50 | 5,4 g/kg |
| Inhalación, ratas, LC50 | 24 000 ppm |
| Valores umbral de exposición (TLV) de la ACGIH, TWA | 200 ppm |
| Clasificación de riesgos (NFPA: Salud, Inflamabilidad, Reactividad) | 1, 3, 0 |
| Clasificación de riesgos (HMIS: Salud, Inflamabilidad, Reactividad) | 2, 3, 0 |
| Notas: LD50 = dosis letal media. CL50 = concentración letal media. TLV = Valor límite umbral, TWA = promedio ponderado en el tiempo. | |
El Programa Nacional de Toxicología (NTP) y la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) no clasifican el 1-propanol como carcinógeno. La exposición aguda puede causar irritación ocular o quemaduras, mientras que el contacto repetido con la piel puede provocar dermatitis. La inhalación de concentraciones excesivas de vapor puede irritar los ojos y las vías respiratorias, y concentraciones muy altas pueden causar efectos narcóticos.
En Estados Unidos, el 1-propanol está incluido en la Ley Integral de Respuesta Ambiental, Compensación y Responsabilidad (CERCLA), con una cantidad de derrame reportable de 45,4 kg (100 lb) por día.
También está incluido en las normas de emisiones atmosféricas según 40 CFR 60.489, que exigen el control de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles de los equipos de fabricación. Varios estados de EE. UU. incluyen el 1-propanol en las regulaciones de derecho a la información.
En las regulaciones de alimentos y pesticidas, el 1-propanol está permitido como sustancia aromatizante y adyuvante según el Título 21 del Código de Regulaciones Federales (CFR) 172.515 y está exento de los requisitos de tolerancia cuando se utiliza como disolvente o codisolvente en formulaciones de pesticidas.
Referencias
1. Unruh, J.D. and Pearson, D. (2000). n-Propyl Alcohol. In Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, (Ed.). https://doi.org/10.1002/0471238961.1618151621141821.a01
2. Klabunde, J., Bischoff, C. and Papa, A.J. (2025). Propanols. In Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. https://doi.org/10.1002/14356007.a22_173.pub3
