Il 2-cloroetanolo, noto anche come etilene cloridrina, è un composto chimico organico con formula HOCH2CH2Cl. È un liquido incolore dall’odore gradevole che era un importante intermedio utilizzato in passato per produrre ossido di etilene, ma non è più così.
Sommario
1. Proprietà fisiche del 2-cloroetanolo
Le soluzioni diluite di 2-cloroetanolo in acqua hanno un odore dolce e gradevole. È un liquido infiammabile che può formare un azeotropo con acqua che bolle a 97,8 con il 42% di H2O in peso. L’etilene cloridrina è miscibile con acqua, etanolo, acetone e benzene.
Le proprietà fisiche generali del 2-cloroetanolo sono elencate nella Tabella 1.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Numero di registro CAS | [107-07-3] |
| Peso molecolare | 80,52 g/mol |
| Punto di fusione | -69 °C |
| Punto di ebollizione | 129 °C |
| Densità a 20 °C | 1,2133 g/mL |
| Indice di rifrazione | 1,44 |
| Viscosità (η) | 3,43 mPa.s |
| Pressione di vapore | 700 Pa (a 20 °C) |
| Punto di infiammabilità | 57 °C |
| Temperatura di autoaccensione | 425 °C |
| Limite di esplosività | 5–16% |
2. Reazioni chimiche del 2-cloroetanolo
Il 2-cloroetanolo subisce reazioni che sono caratteristiche sia degli alcoli che dei cloruri alchilici. La reazione più comune del 2-cloroetanolo è la deidroclorurazione per formare ossido di etilene, che è stato utilizzato industrialmente ma è diventato meno importante a causa di metodi alternativi.
La velocità relativa di solvolisi dell’etilene cloridrina in acqua a 97 °C è 1,0.
Gli eteri idrossietilici vengono prodotti facendo reagire il 2-cloroetanolo con alcoli o fenoli in condizioni basiche. L’idrossietilcellulosa e l’amido modificato vengono prodotti trattando questi materiali con etilene cloridrina.
Le cloridrine reagiscono con i carbossilati metallici in presenza di una base per dare esteri idrossietilici. D’altro canto, i β-cloro esteri si formano tramite reazioni con acidi carbossilici in condizioni acide o da cloruri acidi.
Il carbonato ciclico può essere prodotto dalla reazione del 2-cloroetanolo con anidride carbonica in presenza di un’ammina.
Un confronto della velocità di reazione dell’etilene cloridrina con varie ammine fornisce il seguente ordine: n-amilamina > cicloesilammina > anilina. La reazione dell’etilene cloridrina con ammoniaca dà monoetanolammina. I composti di ammonio quaternario sono formati da etilene cloridrina e ammine terziarie.
Altre reazioni del 2-cloroetanolo includono la formazione di nitrili da cianuri, acetali da aldeidi, ossazolidinoni da cianati e l’ossidazione dell’etilene cloridrina ad acido monocloroacetico.
La reazione del 2-cloroetanolo con il fosgene forma il 2-cloroetil cloroformiato.
3. Produzione di 2-cloroetanolo
Già nel 1904, la BASF produceva 2-cloroetanolo facendo reagire etilene e CO2 in una soluzione acquosa di polvere sbiancante.
Oggi, il 2-cloroetanolo viene prodotto tramite l’ipoclorurazione dell’etilene con acido ipocloroso, che si forma dalla reazione reversibile di cloro e acqua, con conseguente efficienza limitata.
Cl2 + H2O ⇌ HOCl + HCl ; K = 4,2 x 10-4
La reazione tra etilene e acido ipocloroso è più rapida della reazione tra etilene e cloro per formare dicloroetano, quindi quando l’etilene viene aggiunto al sistema acquoso, si produce preferibilmente cloridrina.
Una quantità minima di dicloroetano si forma con una buona agitazione nella fase gassosa se la concentrazione di 2-cloroetanolo non supera il 6-8%. Tuttavia, l’aumento della concentrazione di HCl riduce l’HOCl disponibile, portando a una significativa formazione di dicloroetano dopo che l’HCl è superiore al 3%.
A causa della bassa solubilità in acqua del dicloroetano (0,869 g/100 mL a 20 °C), forma una fase separata, dissolvendo sia il cloro che l’etilene per un’ulteriore formazione di dicloroetano.
Studi di laboratorio e ottimizzazione del reattore
Uno studio di laboratorio ha esaminato i parametri di ipoclorurazione utilizzando configurazioni a colonna singola e reattore di riciclo. I risultati mostrano che temperature di 35–50 °C e un eccesso di etilene del 50% sono state preferite per uno stripping efficiente del dicloroetano.
È stata ottenuta una resa dell’88% di 2-cloroetanolo utilizzando un funzionamento continuo a una concentrazione di etilene cloridrina del 6,4%, una temperatura di 35 °C, un rapporto etilene:cloro di 1,42 e un’alimentazione di cloro di 71 g/h.
La produzione di 2-cloroetanolo per l’ossido di etilene è stata sostituita dall’ossidazione diretta dell’etilene con catalizzatori d’argento. Tuttavia, l’ossido di propilene e l’epicloridrina vengono ancora prodotti dall’ossidazione diretta dell’olefina madre.
Nella produzione su scala industriale di etilene, cloridrina, cloro, etilene e acqua venivano co-introdotti verso l’alto attraverso torri di riempimento. Questi reattori riducono al minimo il contatto etilene-cloro e massimizzano il contatto tra fase idrocarburo-liquido.
Le linee di alimentazione sono posizionate strategicamente per garantire la completa dissoluzione del cloro prima dell’introduzione dell’etilene. Alcuni impianti utilizzano colonne di miscelazione separate per cloro e acqua prima della torre di reazione dell’etilene.
Il flusso di prodotto risultante contiene una soluzione di 2-cloroetanolo al 4,5-5,0% con rese che raggiungono l’85-89% di etilene convertito. Dicloroetano e bis(2-cloroetil) etere sono sottoprodotti minori.
4. Utilizzi del 2-cloroetanolo
Il 2-cloroetanolo è stato utilizzato principalmente per la sintesi dell’ossido di etilene, ma trova ancora diverse applicazioni in vari settori.
Il 2-cloroetanolo è utilizzato come catalizzatore per il metabolismo delle olefine e la polimerizzazione con apertura di cicloalkenering sotto forma di addotti con alogenuri di tungsteno o molibdeno e composti organoalluminio.
È utilizzato nella produzione di coloranti, prodotti farmaceutici, biocidi, plastificanti e tiodiglicole.
È utilizzato come materia prima nella produzione di cellulosa modificata (idrossietilcellulosa) e amido, e per sciogliere vari materiali, tra cui acetato di cellulosa ed etilcellulosa utilizzati in rivestimenti e pellicole. Trova applicazione nella stampa tessile per sciogliere i coloranti e in processi come la deceratura degli oli, la raffinazione della colofonia, l’estrazione della lignina di pino e persino la pulizia dei macchinari.
5. Tossicologia del 2-cloroetanolo
L’etilene cloridrina presenta rischi significativi per la salute. Una manipolazione sicura richiede protezione della pelle, degli occhi e delle vie respiratorie a causa della sua elevata tossicità cutanea e della moderata tossicità orale e per inalazione.
Il 2-cloroetanolo può essere assorbito attraverso la pelle, l’inalazione e l’ingestione. Le esposizioni acute possono essere fatali tramite contatto con la pelle o inalazione. I sintomi includono danni agli occhi, difficoltà respiratorie, disturbi gastrointestinali e danni agli organi.
Dati sulla tossicità:
- Orale: moderatamente tossico, con valori LD50 intorno a 60-95 mg/kg nei ratti.
- Pelle: può essere assorbito attraverso la pelle, raggiungendo potenzialmente livelli nocivi. L’irritazione locale è minima.
- Occhio: il contatto può causare gravi danni o persino cecità.È fondamentale lavare immediatamente.
- L’inalazione è fatale a concentrazioni di vapore saturo. La LC50 stimata è compresa tra 16 e 62 ppm.
- Non ci sono prove di effetti riproduttivi o di sviluppo negli studi sugli animali.
- Mutagenicità: risultati positivi e negativi in vari test suggeriscono il potenziale per mutazioni di sostituzione di coppie di basi.
- Carcinogenicità: non ci sono prove di cancerogenicità negli studi sugli animali. I dati sull’uomo non sono conclusivi.
Il 2-cloroetanolo è classificato come infiammabile, acutamente tossico per varie vie e provoca gravi danni agli occhi. I limiti di esposizione professionale variano a seconda dell’agenzia, da 1 a 5 ppm.
Riferimento
- Chlorohydrins; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a06_565.pub2
