Cos’è l’1-propanolo?
L’1-propanolo, chiamato anche alcol n-propilico o propan-1-olo, è un alcol primario con formula chimica CH3CH2CH2OH. È un liquido limpido e incolore con un caratteristico odore alcolico ed è miscibile con acqua, etanolo ed etere.
L’1-propanolo è un isomero strutturale dell’alcol isopropilico, ma quest’ultimo ha una maggiore importanza industriale grazie al suo diffuso utilizzo come solvente e disinfettante.
In natura, l’1-propanolo si trova negli oli di fuselo e si forma come prodotto secondario della fermentazione e durante il deterioramento o la decomposizione di sostanze vegetali.
Sommario
1. Proprietà fisiche dell’1-propanolo
L’1-propanolo è un liquido limpido e incolore con un caratteristico odore alcolico. È completamente miscibile con acqua e facilmente solubile in molti solventi organici, inclusi eteri, esteri, acidi, chetoni e altri alcoli.
Le proprietà fisiche dell’n-propanolo sono riassunte nella Tabella 1.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Numero di registro CAS | 71-23-8 |
| Formula chimica | C3H8O |
| Massa molare, g/mol | 60,09 |
| Punto di congelamento, °C | −126,2 |
| Punto di ebollizione, °C | 97,20 |
| Pressione di vapore, kPa | a 20 °C: 1,987 a 40 °C: 6,986 a 60 °C: 20,292 a 80 °C: 50,756 |
| Equazione di Antoine (2–120 °C, t in °C) | log P(kPa) = 6,97257 − 1499,21 / (204,64 − t) |
| Densità di vapore (aria = 1) | 2,07 |
| Densità a 20 °C, g/cm3 | 0,80375 |
| Equazione di Francis (da -21 a 180 °C, t in °C) | Densità = 0,8813 + (5,448 × 10-4 t) − 21,536 / (313,09 − t) |
| Indice di rifrazione, nD20 | 1,38556 |
| Viscosità a 20 °C, mPa·s | 2,256 |
| Tensione superficiale a 20 °C, mN/m | 23,75 |
| Temperatura critica, °C | 263,65 |
| Pressione critica, kPa | 5169,60 |
| Densità critica, g/cm3 | 0,275 |
| Capacità termica (liquido, 25 °C), J/(mol·K) | 141 |
| Calore di vaporizzazione, kJ/mol | a 25 °C: 47,53 a 97,20 °C: 41,78 |
| Calore di combustione (liquido, 25 °C), kJ/mol | 2033 |
| Calore di formazione (vapore, 25 °C), kJ/mol | −254,7 |
| Punto di infiammabilità (vaso aperto Tag), °C | 28,9 |
| Temperatura di autoaccensione, °C | 371,1 |
| Limiti di esplosività in aria, vol % | Inferiore: 2,2 Superiore: 14,0 |
| Conduttività elettrica a 25 °C, S | 2 × 10-8 |
2. Reazioni chimiche dell’1-propanolo
La chimica dell’1-propanolo è tipica degli alcoli primari a basso peso molecolare. Subisce una varietà di reazioni caratteristiche del gruppo funzionale ossidrilico, tra cui ossidazione, esterificazione, amminazione, disidratazione ed eterificazione. Nei sistemi biologici, l’1-propanolo è facilmente degradabile ed è considerato uno degli alcoli più facilmente biodegradabili.
Ossidazione (A)
L’ossidazione dell’1-propanolo procede prima all’aldeide corrispondente, il propanale, e poi all’acido propionico. L’ossidazione parziale può essere ottenuta utilizzando aria in presenza di catalizzatori metallici come cromite di rame, ossidi di cromo (VI) o sali di piridinio.
Esterificazione (B)
Come altri alcoli, l’1-propanolo reagisce con acidi organici e inorganici per formare esteri. La reazione con acido acetico in presenza di catalizzatori acidi forti (ad esempio, acido solforico, acido p-toluensolfonico, acido metansolfonico o resine a scambio ionico) produce acetato di n-propile, un importante solvente utilizzato in rivestimenti, inchiostri e nell’industria delle fragranze.
Anche la transesterificazione con acetato di metile o di etile può essere utilizzata per produrre acetato di n-propile.
Amminazione (C)
L’1-propanolo può subire amminazione riduttiva con ammoniaca o ammine a temperatura e pressione elevate in presenza di catalizzatori di metalli di transizione come nichel, cobalto o molibdeno. Questa reazione produce derivati della propilammina, sebbene questi siano di minore importanza industriale rispetto ai corrispondenti derivati dell’isopropilammina.
Eterificazione e disidratazione (D)
La reazione dell’1-propanolo con ossidi di alchilene (ad esempio, ossido di etilene, ossido di propilene) produce eteri glicolici, ampiamente utilizzati come solventi. La disidratazione dell’1-propanolo può produrre etere di-n-propilico utilizzando catalizzatori acidi solidi. Anche la disidratazione a propene è possibile, ma non ha alcuna rilevanza industriale pratica.
Formazione di acetali (E)
Come altri alcoli primari, l’1-propanolo reagisce con le aldeidi per formare emiacetali, che possono essere ulteriormente convertiti in acetali in presenza di catalizzatori acidi in condizioni di disidratazione. Gli acetali derivati dall’1-propanolo fungono da intermedi nella sintesi farmaceutica.
3. Produzione industriale dell’1-propanolo
L’1-propanolo viene prodotto principalmente a livello industriale mediante l’idroformilazione (processo Oxo) dell’etilene per formare propanale (propionaldeide), seguita da idrogenazione catalitica ad alcol.
Un tempo veniva utilizzato un processo di ossidazione in fase vapore del propano, gestito da Celanese a Bishop, in Texas, ma questo processo è stato interrotto nel 1973. Da allora, la tecnologia OXO è stata il metodo predominante negli Stati Uniti e in Europa.
In Sudafrica, Sasol produce l’1-propanolo attraverso la sintesi di Fischer-Tropsch. Sono stati condotti tentativi di produrre 1-propanolo mediante idratazione anti-Markovnikov del propilene, ma non hanno ancora trovato applicazione commerciale.
3.1. Produzione di 1-propanolo mediante idroformilazione e idrogenazione
La produzione commerciale di 1-propanolo mediante idroformilazione (processo oxo) è una sequenza in due fasi. L’etilene viene prima convertito in propanale mediante idroformilazione con gas di sintesi (1), seguita dall’idrogenazione catalitica del propanale a 1-propanolo (2).
I sottoprodotti minori della fase di idroformilazione includono propano, 1-propanolo e componenti finali pesanti formati dalla condensazione aldolica. I complessi carbonilici di metalli di transizione di cobalto, ferro, nichel, rodio e iridio possono catalizzare la reazione oxo, ma solo cobalto e rodio sono utilizzati commercialmente.
Negli Stati Uniti, l’1-propanolo viene prodotto con la tecnologia oxo presso Texas Eastman, Union Carbide e Hoechst Celanese. Texas Eastman inizialmente utilizzava catalizzatori HCo(CO)4 a base di cobalto, adottando successivamente un sistema al rodio modificato con fosfina nel 1989. In Europa, la produzione è affidata a Hoechst AG e BASF AG.
Il catalizzatore rodio-trifenilfosfina ha ampiamente sostituito i catalizzatori al cobalto grazie alle maggiori velocità di reazione, alla maggiore stabilità, alle ridotte pressioni operative e al minor numero di sottoprodotti. I carbonili di rodio sono adatti per impianti originariamente progettati per catalizzatori al cobalto.
Sebbene il rodio richieda pressioni più elevate, la sua attività è maggiore e produce meno frazioni altobollenti. Presso la Hoechst AG in Germania (Werk Ruhrchemie), i carbonili di rodio vengono utilizzati per la sintesi del propanale, che viene poi idrogenato a 1-propanolo. Si ritiene che i carbonili di rodio siano da 100 a 1000 volte più reattivi degli analoghi del cobalto.
L’idroformilazione dell’etilene con catalizzatori al rodio viene condotta a 90–120 °C, 2,17–3,55 MPa, rapporti H2:CO di 1:1–3:1, concentrazioni di rodio di 1–10 mM e concentrazioni di trifenilfosfina di 0,1–0,4 M. In queste condizioni, la resa in propanale raggiunge il 98–99%, con una conversione dello 0,5–1,0% in etano e componenti pesanti.
L’attività del catalizzatore è soppressa dalle fonti di rodio contenenti alogeni, poiché i complessi alogenati mostrano scarse prestazioni di idroformilazione. Il precursore del catalizzatore più attivo è l’idridroboniltris(trifenilfosfina)rodio, HRhCO\[P(C6H5)3]3, che genera specie attive per dissociazione di un legante trifenilfosfina.
Un eccesso di trifenilfosfina sopprime la disattivazione del catalizzatore causata dalla migrazione del fenile dal fosforo al rodio, che altrimenti porta alla formazione di cluster rodio-fosfuro inattivi.
L’idrogenazione del propanale a 1-propanolo è un processo consolidato. Sono comunemente utilizzati catalizzatori a base di nichel, come nichel Raney o nichel supportato, e catalizzatori a base di ossido di rame-cromo. Vengono impiegati sia metodi di idrogenazione in fase vapore che in fase liquida.
L’operazione in fase liquida viene condotta a 2,17–4,24 MPa e 100–170 °C. L’idrogenazione in fase vapore avviene in genere a pressioni inferiori a 790 kPa. Vengono utilizzate configurazioni di reattori a letto fisso, a letto di sospensione o a letto percolatore. Si ottengono rese di 1-propanolo superiori al 95%.
I sottoprodotti includono acetali, eteri, esteri e dioli. Sia la CO che la trifenilfosfina agiscono come veleni del catalizzatore e devono essere rimossi dall’alimentazione prima dell’idrogenazione.
Nelle operazioni industriali, il vapore di propanolo viene rimosso dall’effluente del reattore oxo utilizzando il gas di sintesi in eccesso, seguito dalla condensazione e dalla rimozione della CO prima dell’idrogenazione. L’1-propanolo grezzo risultante viene purificato in un sistema di distillazione a due colonne.
Quando si utilizzano catalizzatori al cobalto carbonile o al rodio carbonile, è necessario il prelievo liquido del propanale a causa delle maggiori pressioni del reattore e sono necessarie misure aggiuntive per il recupero e la gestione del catalizzatore.
3.2. Produzione di 1-propanolo mediante il processo Sasol Fischer-Tropsch
Sasol produce 1-propanolo come prodotto secondario della sintesi Fischer-Tropsch. In questo processo, il carbone viene gassificato nei reattori a letto fisso Lurgi per generare gas di sintesi (CO e H2). Il flusso di gas viene separato dai componenti condensabili, purificato e introdotto nell’unità Sasol Synthol.
Nei reattori a letto fluido, il gas viene messo a contatto con un catalizzatore a base di ferro finemente suddiviso, dove la reazione di Fischer-Tropsch, altamente esotermica, produce una miscela di idrocarburi e composti ossigenati.
I condensati provenienti dai reattori si separano in una frazione idrocarburica e una fase acquosa. Il flusso acquoso contiene una miscela di alcoli e chetoni. La maggior parte degli alcoli viene miscelata in benzina ad alto numero di ottano, mentre frazioni alcoliche selezionate vengono sottoposte a distillazione per il recupero di prodotti puri.
Da queste operazioni, 1-propanolo ed etanolo vengono isolati in un sistema di separazione multi-unità con una capacità annua complessiva di circa 25.000-30.000 tonnellate.
4. Usi dell’1-propanolo
L’1-propanolo è utilizzato principalmente come solvente e come intermedio chimico. Il derivato più importante è l’acetato di n-propile, che rappresenta la quota maggiore del consumo globale.
L’1-propanolo è ampiamente utilizzato come solvente negli inchiostri da stampa flessografica e rotocalco, in particolare per la stampa su film di poliolefine e poliammide. Rispetto all’etanolo e al 2-propanolo, offre vantaggi in termini di qualità di stampa e comportamento di essiccazione. Viene utilizzato anche come solvente in vernici, rivestimenti, cosmetici, pesticidi e insetticidi.
In Europa, l’1-propanolo è diventato sempre più importante come ingrediente nei disinfettanti per mani e superfici grazie alla sua elevata attività biocida contro batteri, funghi e virus.
Una parte importante dell’1-propanolo viene convertita in acetato di n-propile, utilizzato come solvente in inchiostri, lacche, derivati della cellulosa, cere e formulazioni insetticide. Altri esteri, come l’n-propil propionato, sono utilizzati nei rivestimenti e sono considerati sostituti dell’n-butile acetato grazie alle migliori caratteristiche olfattive.
L’1-propanolo è una materia prima per la produzione di glicoleteri, come l’etere monopropilico del glicole etilenico, l’etere monopropilico del glicole dietilenico, l’etere monopropilico del glicole propilenico e l’etere monopropilico del glicole dipropilenico. Questi solventi combinano un’elevata solventità con la compatibilità con l’acqua e sono utilizzati nei rivestimenti e nei detergenti.
In Europa, una frazione significativa di 1-propanolo viene convertita in propilammine, che sono intermedi nella produzione di erbicidi e prodotti farmaceutici.
L’1-propanolo è un precursore dell’1-bromopropano, un solvente utilizzato come sostituto del cloruro di metilene e di composti che riducono lo strato di ozono.
Applicazioni minori includono l’uso come ingrediente per aromi e fragranze, come cosolvente nelle formulazioni di pesticidi e come additivo per mangimi.
5. Tossicologia dell’1-propanolo
L’1-propanolo è classificato come liquido infiammabile con un punto di infiammabilità inferiore a 38 °C. È regolamentato come sostanza pericolosa dall’Amministrazione per la sicurezza e la salute sul lavoro (OSHA) ai sensi del 29 CFR 1910.1200.
Studi sulla tossicità dimostrano che l’1-propanolo è solo leggermente tossico per gli animali (Tabella 2). Produce risultati negativi nel test di Ames e nel Mouse Lymphoma Forward Mutation Assay, indicando l’assenza di potenziale mutageno.
| Metodo di somministrazione / Parametro | Valore |
|---|---|
| Dose orale, ratti, DL50 | 1,9 g/kg |
| Cutanea, conigli, DL50 | 5,4 g/kg |
| Inalazione, ratti, CL50 | 24.000 ppm |
| ACGIH TLV, TWA | 200 ppm |
| Classi di pericolosità (NFPA: Salute, Infiammabilità, Reattività) | 1, 3, 0 |
| Classi di pericolosità (HMIS: Salute, Infiammabilità, Reattività) | 2, 3, 0 |
| Note: LD50 = dose letale mediana. LC50 = concentrazione letale mediana. TLV = valore limite di soglia, TWA = media ponderata nel tempo. | |
Il National Toxicology Program (NTP) e l’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) non classificano l’1-propanolo come cancerogeno. L’esposizione acuta può causare irritazione o ustioni oculari, mentre il contatto ripetuto con la pelle può causare dermatite. L’inalazione di concentrazioni eccessive di vapore può irritare gli occhi e le vie respiratorie, e concentrazioni molto elevate possono causare effetti narcotici.
Negli Stati Uniti, l’1-propanolo è elencato nel Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act (CERCLA) con una quantità di fuoriuscita segnalabile di 100 libbre (45,4 kg) al giorno.
È inoltre incluso negli standard sulle emissioni atmosferiche previsti dal 40 CFR 60.489, che richiede il controllo delle emissioni di composti organici volatili dalle apparecchiature di produzione. Diversi stati degli Stati Uniti elencano l’1-propanolo nella normativa sul diritto di informazione.
Nelle normative sugli alimenti e sui pesticidi, l’1-propanolo è consentito come sostanza aromatizzante e adiuvante ai sensi del 21 CFR 172.515 ed è esentato dai requisiti di tolleranza quando utilizzato come solvente o cosolvente nelle formulazioni di pesticidi.
Riferimenti
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
