Cos’è il 2-metil-1-propanolo?
Il 2-metil-1-propanolo, noto anche come isobutanolo o alcol isobutilico, è un composto organico con formula chimica (CH3)2CHCH2OH. È un liquido incolore con un odore caratteristico che si verifica nei prodotti naturali e negli oli di fusel.
L’isobutanolo è un prodotto della fermentazione della melassa (che comprende circa il 74% del contenuto alcolico totale). Storicamente, l’isobutanolo è stato isolato dagli oli di fusel. Tuttavia, lo sviluppo della sintesi dell’olio isobutile, un processo analogo alla sintesi del metanolo da monossido di carbonio e idrogeno, ha consentito la produzione su larga scala.
Negli anni 2010, si è verificato un cambiamento significativo con l’idroformilazione del propilene (oxosintesi) che è diventata l’attuale metodo di produzione dominante grazie alla sua efficienza e convenienza. Ciò ha portato a un aumento significativo delle dimensioni del mercato dell’isobutanolo.
Sommario
1. Proprietà fisiche del 2-metil-1-propanolo
Il 2-metil-1-propanolo (isobutanolo) è un liquido incolore con un odore caratteristico. I suoi vapori sono irritanti per le mucose e possono avere un effetto narcotico ad alte concentrazioni. Questo alcol è miscibile con comuni solventi organici.
La Tabella 1 riassume le principali proprietà fisiche del 2-metil-1-propanolo:
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Massa molare | 74,12 g/mol |
| Punto di fusione | -107,9 °C |
| Punto di ebollizione | 107,9 °C |
| Densità a 20 °C (d20) | 0,8027 g/mL |
| Indice di rifrazione a 20 °C (n20) | 1,3959 |
| Viscosità a 20 °C | 4,0 mPa·s |
| Calore specifico (30-80 °C) | 2,5263 J·g-1·K-1 |
| Calore di vaporizzazione | 578,83 J/g |
| Calore di combustione | 35,981 kJ/g |
| Pressione critica | 48 hPa |
| Temperatura critica | 265 °C |
| Tensione superficiale (temperatura ambiente) | 23,0 mN/m |
| Costante dielettrica (temperatura ambiente) | 18,8 |
| Numero di evaporazione (etere = 1) | 24 |
| Solubilità in acqua |
20 °C: 8,5% in peso 30 °C: 7,5% in peso |
| Solubilità dell'acqua in isobutanolo |
20 °C: 15% in peso 30 °C: 17,3% in peso |
| Punto di infiammabilità | 28 °C |
| Limiti di accensione in aria | 1,7-10,9 vol% |
| Temperatura di accensione | 430 °C |
2. Proprietà chimiche del 2-metil-1-propanolo
Il 2-metil-1-propanolo subisce facilmente disidratazione per formare 2-metilpropene (isobutene). Questa reazione richiede un catalizzatore γ-Al2O3 a 300-350 °C e ottiene una conversione quasi quantitativa con oltre il 90% di selettività per l’isobutene.
Il 2-metil-1-propanolo può essere deidrogenato a 2-metilpropanale (isobutanale) utilizzando agenti ossidanti come il biossido di manganese o catalizzatori adatti a temperature più elevate.
La reazione di Koch-Haaf converte il 2-metil-1-propanolo in acido trimetilacetico in presenza di monossido di carbonio e acido solforico con un’elevata resa (89%).
L’ossidazione dell’isobutanolo con dicromato in presenza di acido solforico produce acido isobutirrico.
Il 2-metil-1-propanolo può essere utilizzato per reazioni di alchilazione con ammoniaca o ammine per formare varie alchilammine.
Il 2-metil-1-propanolo reagisce con acidi inorganici e organici in presenza di catalizzatori per formare esteri isobutilici, nonché con cloruri acidi e anidridi acide.
3. Produzione di 2-metil-1-propanolo
Tre importanti processi industriali per la produzione di 2-metil-1-propanolo (isobutanolo) sono i seguenti:
- Idroformilazione del propene (oxo-sintesi)
- Idrogenazione catalitica del monossido di carbonio
- Reazione di omologazione
3.1. Idroformilazione del propene (oxo-sintesi)
La oxo-sintesi è il metodo più efficiente ed economico per la produzione su larga scala di isobutanolo. Comporta la reazione del propene con gas di sintesi (una miscela di monossido di carbonio e idrogeno) ad alta pressione e temperatura, utilizzando un catalizzatore adatto come complessi di rodio o cobalto carbonile.
Forma una miscela di alcoli (1-butanolo e 2-metil-1-propanolo). Questo è attualmente il metodo dominante per la sintesi dell’isobutanolo grazie alla sua elevata efficienza, economicità e materiali di partenza facilmente reperibili.
Per maggiori informazioni, consulta l’articolo sull’1-butanolo.
3.2. Idrogenazione catalitica del monossido di carbonio
Mentre la sintesi del metanolo basata su CO-H2 ha ottenuto un successo commerciale negli anni ’20, processi analoghi per gli alcoli superiori hanno incontrato un’adozione limitata. Nonostante le promesse iniziali, questi processi sono in gran parte scomparsi dal panorama industriale.
Tra questi tentativi storici, la sintesi dell’olio di isobutanolo BASF ha un significato particolare. Questo processo ha utilizzato un catalizzatore di sintesi del metanolo modificato con KOH ad alta pressione (30 MPa) e temperatura elevata (430 °C) per convertire CO e H2 in una miscela di prodotti contenente circa il 50% di metanolo, l’11-14% di 2-metil-1-propanolo (isobutanolo) e altri componenti.
Tuttavia, la BASF ha abbandonato la sintesi dell’olio di isobutanolo nel 1952 quando sono emerse alternative più economiche. La sintesi oxo e le vie petrolchimiche hanno offerto un’efficienza e un rapporto costi-efficacia superiori sia per l’isobutanolo che per il suo prezioso prodotto secondario, il 2-metilpropene.
3.3. Reazione di omologazione
Questo processo comporta l’estensione della catena di carbonio di un alcol più corto come metanolo o etanolo o alcano per produrre isobutanolo. Sebbene tecnicamente possibili, le reazioni di omologazione adatte per la produzione di isobutanolo non sono molto efficienti o commercialmente valide rispetto all’idroformilazione del propene.
I tentativi di ottenere una produzione diretta di butanolo da metanolo ed etanolo facilmente reperibili tramite reazioni di omologazione non hanno prodotto risultati significativi. Nonostante gli sforzi di ricerca estesi, l’isobutanolo è stato ottenuto solo in piccole quantità come sottoprodotto.
Altri processi includono l’idratazione del 2-metilpropene con acido solforico al 65% per formare isobutanolo.
4. Utilizzi del 2-metil-1-propanolo
Il 2-metil-1-propanolo viene spesso paragonato al 1-butanolo per le loro applicazioni simili e trova impiego in vari settori grazie al suo costo inferiore e alle sue proprietà uniche.
Solventi e additivi:
- Sostituto conveniente del 1-butanolo: il 2-metil-1-propanolo funge da solvente, diluente e additivo in nitrocellulosa e resine sintetiche, detergenti e inchiostri da stampa.
- Compatibilità con le resine: è in grado di sciogliere resine chetoniche, resine ftalate, resine ureiche e resine melamina-formaldeide ed è utilizzato commercialmente, sebbene sia meno efficace come solvente per resine fenolo-formaldeide rispetto al 1-butanolo.
Esteri:
- Acetato di isobutile: questo estere è utilizzato come solvente per grassi, gomma clorurata, polistirene e resine cumaroniniche.
- Plasticizzante: acido ftalico, adipico e dicarbossilico esteri, così come l’estere dell’acido fosforico del 2-metil-1-propanolo, trovano impiego come plastificanti, in particolare per il PVC e i suoi copolimeri e per i derivati della cellulosa.
Erbicidi fenossi:
- Esteri dell’acido clorofenossiacetico: gli esteri isobutile degli acidi 2,4-dicloro- e 2,4,5-triclorofenossiacetico hanno attività erbicida.
Altre applicazioni:
- Benzina antigelo: il 2-metil-1-propanolo possiede proprietà antigelo nella benzina.
- Estrazione di fosfato di ammonio: il suo utilizzo come agente di estrazione nel recupero di fosfato di ammonio ne aumenta la versatilità.
5. Tossicologia del 2-metil-1-propanolo
Il 2-metil-1-propanolo mostra una bassa tossicità acuta orale e cutanea, ma una moderata tossicità acquatica. Gli effetti includono irritazione agli occhi e alla pelle.
Tossicità acuta:
- Bassa tossicità orale: LD50 nei ratti è 2460 mg/kg (il più basso pubblicato).
- Bassa tossicità cutanea: LD50 nei conigli è 3400 mg/kg.
- Moderata tossicità acquatica: LC50 per i pesci è 1330 mg/L (96h).
- Narcosi osservata nei topi ad elevata esposizione per inalazione (6400 ppm).
Effetti locali:
- Irritazione oculare da moderata a grave nei conigli.
- Irritazione cutanea moderata nei conigli (esposizione di 24 ore).
Effetti cronici:
- Studi a lungo termine suggeriscono una possibile cancerogenicità nei ratti (dati limitati).
- Mutageno nei batteri E. coli.
Esposizione umana:
- Nessuna irritazione oculare osservata negli esseri umani a bassa esposizione per inalazione (100 ppm).
- L’esposizione a vapori misti (acetato di butile e 2-metil-1-propanolo) ha causato cheratite vacuolare nei lavoratori (agente causale poco chiaro).
- L’applicazione cutanea ha causato un leggero eritema e iperemia negli esseri umani.
Limiti di esposizione:
- TLV (valore limite di soglia): 50 ppm (TWA), 75 ppm (STEL) [ACGIH]
- MAK (concentrazione massima consentita): 100 mL/m³ [Germania]
- TRGS 900 (Limite di esposizione professionale): 100 mL/m³ [Germania]
Riferimento
- Butanols; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_463.pub3
