La chlorhydrine de propylène est un terme général qui désigne les deux isomères du chloropropanol (1-chloro-2-propanol et 2-chloro-1-propanol) de formule chimique C3H7ClO. C’est un liquide incolore avec une odeur agréable et soluble dans l’eau et les solvants organiques.
- Le 1-chloropropanol est l’isomère le plus courant, et c’est celui auquel on fait généralement référence lorsque quelqu’un parle de « chlorhydrine de propylène ».
- Le 2-chloropropanol est moins courant et il n’est pas aussi important sur le plan commercial que le propylène chlorhydrine.
Table des matières
1. Propriétés physiques du propylène chlorohydrine
La chlorhydrine de propylène est un liquide inflammable et peut dégager des fumées toxiques lorsqu’elle est chauffée. Il est soluble dans l’eau et dans la plupart des solvants organiques, comme l’éthanol, l’acétone et le benzène.
Les propriétés physiques des isomères de propylène chlorhydrine sont répertoriées dans le tableau 1.
| Propriété | 2-Chloro-1-propanol | 1-Chloro-2-propanol |
|---|---|---|
| Numéro CAS | [78-89-7] | [127-00-4] |
| Formule | CH3CHClCH2OH | CH3CHOHCH2Cl |
| Poids moléculaire (g/mol) | 94.54 | 94.54 |
| Formulaire | Liquide incolore | Liquide incolore |
| Point d'ébullition (°C) | 133 | 127 |
| Point d'éclair (°C) | 52 | 52 |
| Densité à 20°C (g/ml) | 1.103 | 1.115 |
| Viscosité (mP.s) | - | 4.67 |
| Densité de vapeur | - | 3.3 |
| Pression de vapeur à 20°C (mmHg) | - | 4.9 |
| Solubilité | Très soluble dans l'eau, soluble dans les solvants organiques | Miscible avec l'eau et les solvants organiques |
| Indice de réfraction à 20°C | 1.4362 | 1.4392 |
2. Réactions chimiques du propylène chlorohydrine
La chlorhydrine de propylène, comme le 2-chloroéthanol, réagit à la fois comme des alcools et des chlorures d’alkyle. Il participe à plusieurs réactions chimiques importantes. Voici quelques réactions clés :
Déshydrochloration : La réaction la plus importante de la chlorhydrine de propylène est la déshydrochloration à l’aide de catalyseurs basiques tels que NaOH ou Ca(OH)2 pour produire de l’oxyde de propylène. Cet oxyde est un précurseur important pour la production de propylène glycol.
Formation d’éther : Dans des conditions basiques, la chlorhydrine de propylène réagit facilement avec les alcools ou les phénols pour produire des éthers hydroxypropyliques. Cette réaction est utilisée dans la synthèse industrielle des éthers de cellulose et d’amidon.
Estérification : la chlorhydrine de propylène réagit avec les acides carboxyliques et leurs dérivés. En présence d’une base, ils forment des esters d’hydroxyalkyle, tandis qu’en conditions acides ou par réactions avec des chlorures d’acide, ils produisent des β-chloroesters.
La 4-méthyl-1,3-dioxolan-2-one (un carbonate cyclique) peut être obtenue en traitant la chlorhydrine de propylène avec du dioxyde de carbone en présence d’une amine.
Hydrolyse : Dans des conditions acides, la chlorhydrine de propylène subit une hydrolyse, où l’atome de chlore est remplacé par un groupe hydroxyle, formant du propylène glycol.
Réactions avec les amines : la chlorhydrine de propylène réagit avec l’ammoniac pour donner du 2-aminopropanol et avec les amines tertiaires pour donner des composés d’ammonium quaternaire.
Chloration : Le groupe hydroxyle de la chlorhydrine de propylène, avec des agents de chloration spécifiques tels que SOCl2, PCl3, ou PCl5, peut être remplacé par un atome de chlore pour former le 1,2-dichloropropane.
Autres réactions : La chlorhydrine de propylène peut également participer à l’oxydation et à d’autres réactions de substitution nucléophile, telles que la production de nitrile à partir de cyanures, d’acétal à partir de aldéhydes et oxazolidinone à partir de cyanates.
3. Production de propylène chlorohydrine
La chlorhydrine de propylène est produite par hypochloration contrôlée du propène. Ce processus donne deux isomères, avec le 1-chloropropan-2-ol (90 %) comme produit principal et son isomère 2-chloropropan-1-ol (10 %) comme produit mineur. Le 1,2-dichloropropane et le bis(2-chloro-1-méthyléthyl)éther se forment comme sous-produits indésirables.
Dans le procédé propylène-chlorhydrine, il est essentiel de séparer l’alimentation en chlore et en propène pour éviter la formation de dichloropropane comme produit principal.
Un système de réaction à double chambre de type recirculation a été utilisé pour atteindre des rendements en chlorhydrine de propylène de 87,5 % avec un minimum de sous-produits. En comparaison, un système à réacteur unique ne donnait qu’un rendement de 69,2 % de chlorhydrine, avec davantage de produits indésirables.
Dans le système de réaction à double chambre, le chlore est dissous dans un flux de recyclage de chlorhydrine de propylène aqueux dilué avec de l’eau d’appoint. De ce récipient, l’effluent passe dans une seconde chambre dans laquelle le propène est introduit.
Les usines modernes affichent des rendements en chlorhydrine de propylène de 87 à 90 %, avec des efforts continus pour pousser l’efficacité au-delà de 90 %. Plusieurs technologies brevetées visent à optimiser les conditions de réaction et à minimiser la formation de dichlorure.
Une nouvelle méthode qui utilise des hypochlorites d’alkyle tertiaire (par exemple, l’hypochlorite de tert-butyle) pour l’hypochloration du propène est décrite dans les réactions suivantes :
Cette méthode bénéficie de la faible solubilité de cette hypochlorite dans l’eau, permettant des environnements presque sans chlorure qui réduisent considérablement la formation de dichlorure. Ce procédé a permis d’atteindre des sélectivités en chlorhydrine de propylène supérieures à 95 %.
4. Utilisations de la chlorohydrine de propylène
La chlorhydrine de propylène est utilisée dans la production d’oxyde de propylène, un élément essentiel pour diverses applications industrielles (polyols de polyuréthane et propylène glycol).
5. Toxicologie de la chlorohydrine de propylène
Les chlorhydrines de propylène, en particulier le 1-chloro-2-propanol et le 2-chloro-1-propanol, présentent une toxicité modérée par diverses voies d’exposition. Comprendre leurs risques pour la santé est essentiel pour une manipulation et une utilisation en toute sécurité.
Risques généraux :
- Toxicité modérée : L’exposition par ingestion, inhalation ou par contact cutané peut entraîner des effets indésirables.
- Irritation de la peau et des yeux : les deux composés irritent considérablement la peau et les yeux au contact.
Effets spécifiques de l’exposition :
- Orale : les valeurs DL50 (dose orale mortelle pour 50 % des animaux) pour les rats varient de 190 à 270 mg/kg, ce qui indique une toxicité.
- Dermique : La DL50 pour les lapins est d’environ 480 mg/kg, suggérant encore une fois une toxicité modérée. L’irritation cutanée est légère.
- Inhalation : La CL50 (concentration par inhalation mortelle pour 50 % des animaux) pour le 1-chloro-2-propanol est de 1 000 ppm pour 4 heures, ce qui signifie une toxicité aiguë à des concentrations élevées. Une exposition subaiguë peut provoquer une congestion pulmonaire et un œdème.
- Dose répétée : une exposition chronique à des doses élevées peut affecter divers organes, notamment le foie, les reins, le pancréas et le système reproducteur, dans à la fois des rats et des souris.
- Tératogénicité : Des preuves limitées suggèrent un faible potentiel tératogène chez le rat.
- Mutagénicité : La chlorhydrine de propylène pure et de qualité technique présente une activité mutagène dans plusieurs tests.
- Cancérogénicité : Les études menées sur des rats et des souris exposés à des mélanges de qualité technique n’ont montré aucun effet cancérigène.
- Épidémiologie humaine : une étude n’a révélé aucun risque accru de cancer chez les travailleurs exposés aux processus de production de chlorhydrine de propylène.
Classification et limites d’exposition :
- Classification SGH : liquide inflammable, toxique par ingestion, inhalation et contact cutané, irritant pour la peau et provoque de graves lésions oculaires.
- ACGIH TLV-TWA : 1 ppm (limite d’exposition de 8 heures).
Références
- Chlorohydrins; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a06_565.pub2
- https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4613-8719-0_2
