Cos’è l’acido tioglicolico?
L’acido tioglicolico, noto anche come acido mercaptoacetico, è l’acido mercaptocarbossilico più semplice e più importante a livello industriale, con formula HSCH2COOH. È un liquido incolore dall’odore forte e sgradevole.
L’acido mercaptoacetico fu sintetizzato per la prima volta nel 1862 da Carius facendo reagire l’acido cloroacetico con acido solfidrico di potassio.
Sommario
1. Proprietà fisiche dell’acido tioglicolico
L’acido tioglicolico è un liquido limpido e incolore dall’odore caratteristico. È miscibile con acqua, mono- e polialcoli, eteri, chetoni, esteri, idrocarburi clorurati e idrocarburi aromatici, ma insolubile negli idrocarburi alifatici.
Gli esteri dell’acido tioglicolico sono per lo più liquidi incolori dall’odore caratteristico. Gli esteri cetilici e stearilici sono cere di colore giallo pallido.
Alcune proprietà fisiche dell’acido mercaptoacetico sono riassunte nella tabella seguente.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Numero CAS | [68-11-1] |
| Formula | HSCH2COOH |
| Massa molecolare | 92,11 g/mol |
| Punto di fusione | -16,5 °C |
| Punto di ebollizione a 2,3 kPa | 110–112 °C |
| Punto di ebollizione a 0,1 kPa | 79 – 80 °C |
| Indice di rifrazione | 1,5027 |
| Densità | 1,325 g/cm3 |
| pKa1 | 3,82 |
| pKa2 | 9,30 |
| Calore di combustione | 1450 kJ/mol |
| Pressione di vapore (30 °C) | 0,02 kPa |
| Densità di vapore | 3,18 |
| Punto di infiammabilità | 126 °C |
2. Reazioni dell’acido mercaptoacetico
L’acido mercaptoacetico (acido tioglicolico) possiede due gruppi funzionali reattivi: un gruppo tiolico (mercapto) e un gruppo carbossilico. Questa bifunzionalità gli consente di partecipare a diverse reazioni, formando diversi prodotti.
L’acido tioglicolico forma facilmente sali sia con i suoi gruppi carbossilato che tiolico. Questi includono sali metallici, esteri, ammidi, anilidi e tioeteri.
L’acido mercaptoacetico subisce ossidazione, anche in seguito all’esposizione all’aria. Questa reazione porta alla formazione di acido ditiodiglicolico. Tracce di metalli come rame, ferro e manganese possono catalizzare questa ossidazione.
Le soluzioni concentrate (80%) di acido tioglicolico subiscono reazioni di condensazione per dare prodotti di policondensazione lineari e ciclici; alcuni esempi includono la formazione di un acido tetracarbossilico con una struttura ad anello 1,4-ditiano.
I tioeteri vengono preparati mediante reazioni tra i sali di sodio o di potassio del gruppo mercapto e gli alogenuri alchilici, oppure mediante l’aggiunta di acido mercaptoacetico o dei suoi derivati a doppi o tripli legami. La regioselettività di queste reazioni (Markovnikov vs. anti-Markovnikov) dipende dal catalizzatore scelto.
L’acido tioglicolico e i suoi derivati reagiscono con aldeidi e chetoni per formare vari prodotti, tra cui mercaptali, mercaptoli o tioeteri α,β-insaturi. Queste reazioni sono catalizzate da acidi, come acidi minerali o acidi toluensolfonici.
L’acido mercaptoacetico può partecipare a una reazione unica in cui sia il gruppo mercapto che quello carbossilico reagiscono simultaneamente con un gruppo carbonilico. Un esempio è la reazione con cicloesanone, che produce 2,2-pentametilen-1,3-ossatiolano-5-one.
La forte natura riducente dell’acido tioglicolico viene utilizzata per studiare i sistemi redox biochimici e l’attività enzimatica. Inoltre, le sue proprietà riducenti sono impiegate in vari processi industriali come le preparazioni per capelli ondulati a freddo e la modifica della lana.
L’uso dell’acido mercaptoacetico nell’ondulazione permanente dei capelli si basa sulla sua capacità di ridurre e scindere i ponti disolfuro nella cheratina del capello.
3. Produzione dell’acido tioglicolico
L’acido tioglicolico (acido mercaptoacetico) viene prodotto commercialmente dalla reazione dell’acido cloroacetico o dei suoi sali con solfuri di idrogeno di metalli alcalini (NaHS o KHS). Questa reazione produce sottoprodotti indesiderati come l’acido tiodiglicolico, l’acido ditiodiglicolico e l’acido glicolico.
L’isolamento del prodotto desiderato si ottiene acidificando la miscela di reazione, seguita da estrazione con solventi organici come eteri, alcoli o idrocarburi clorurati, e infine il prodotto grezzo viene purificato per distillazione.
I metodi di produzione utilizzano processi sia discontinui che continui, con alcune varianti che utilizzano una pressione parziale di idrogeno solforato o anidride carbonica.
Processi alternativi utilizzano flussi di scarto derivanti dalla riduzione di nitrocomposti aromatici come fonte di zolfo al posto degli idrosolfori di metalli alcalini. Inoltre, un processo specifico si basa sulla scissione dell’acido imidazolil mercaptoacetico con solfuro di sodio.
Esistono diverse altre vie per la sintesi dell’acido mercaptoacetico:
- Scissione del sale di Bunte (NaO3SSCH2COOH) derivato da acido cloroacetico e tiosolfato di sodio utilizzando acido solforico diluito.
- Riduzione dell’acido ditioglicolico preparato da acido cloroacetico e polisolfuri di metalli alcalini.
- Decomposizione dell’estere xantato formato da acido cloroacetico ed etilxantato di potassio.
L’acido mercaptoacetico anidro viene prodotto per distillazione del prodotto di grado tecnico con toluene. Il contatto con catalizzatori metallici durante la produzione deve essere ridotto al minimo per evitare la dimerizzazione dell’acido tioglicolico anidro.
Gli esteri dell’acido tioglicolico possono essere sintetizzati attraverso due metodi principali:
- Esterificazione con alcoli, dove l’alcol può essere utilizzato come solvente di estrazione dopo la sintesi acida.
- Reazione del corrispondente cloroacetato alchilico con tiosolfato di sodio.
4. Usi dell’acido tioglicolico
L’acido mercaptoacetico (acido tioglicolico) e i suoi derivati hanno trovato diverse applicazioni in vari settori industriali fin dal 1950 circa.
I sali di ammonio, di etanolammonio e, sempre più spesso, il glicerolo monotioglicolato vengono utilizzati per formulare soluzioni ondulate a freddo per lo styling dei capelli. Il sale di calcio dell’acido tioglicolico viene utilizzato nelle creme depilatorie.
I derivati dell’acido mercaptoacetico vengono impiegati nei processi di ondulazione permanente della lana, in particolare nella produzione di cappelli.
I composti organostannici derivati dall’acido tioglicolico, come il dialchilstagno bis (isoottil tioglicolato) e l’alchilstagno tris (isoottil tioglicolato), sono stabilizzanti termici altamente efficaci per il cloruro di polivinile (PVC). La loro bassa tossicità e la migrazione minima li rendono adatti per materiali di imballaggio per alimenti e tubi per acqua potabile.
Gli esteri, in particolare quelli derivati da alcoli superiori come isoottanolo e decanolo, e le ammidi dell’acido mercaptoacetico, sono utilizzati come catalizzatori e antiossidanti durante la produzione di varie materie plastiche e gomme.
Il sale sodico dell’acido tioglicolico è un componente del terreno nutritivo di Brewer utilizzato per la coltivazione di batteri anaerobici.
L’acido mercaptoacetico è utilizzato in chimica analitica per separare ferro e alluminio e come reagente per la rilevazione di vari metalli, tra cui ferro, nitrito, uranio, vanadio, cromo, rame, molibdeno e palladio.
Viene inoltre utilizzato come composto matrice nella spettrometria di massa a bombardamento atomico rapido, una tecnica per l’analisi di biomolecole, e nel processo di isolamento delicato della lignina in combinazione con trifluoruro di boro.
Nell’industria farmaceutica, i derivati dell’acido tioglicolico sono utilizzati come materiali di partenza per la sintesi di tiofene e diidrotiofene. Gli acidi S-aril mercaptoacetici sono intermedi utilizzati nella produzione di coloranti.
Si stima che la produzione globale di acido tioglicolico sia compresa tra 15.000 e 20.000 tonnellate all’anno.
5. Tossicologia dell’acido tioglicolico
Il contatto diretto con l’acido tioglicolico può irritare la pelle e gli occhi. L’inalazione di vapori di acido mercaptoacetico può irritare le mucose, causando tosse e respiro corto, ritardo nella guarigione delle ferite e formazione di vesciche.
A causa di questi potenziali rischi per la salute, è fondamentale indossare guanti e occhiali protettivi quando si maneggia l’acido tioglicolico.
Il valore limite di soglia (TLV) stabilito per l’acido mercaptoacetico è di 1 ppm (5 mg/m³), che rappresenta la massima concentrazione atmosferica per una giornata lavorativa di 8 ore e una settimana lavorativa di 40 ore a cui la maggior parte dei lavoratori può essere ripetutamente esposta senza effetti negativi sulla salute.
Studi indicano che la DL50 orale (dose letale per il 50% della popolazione sperimentale) nei ratti per l’acido tioglicolico è di 261 mg/kg.
In generale, i derivati dell’acido mercaptoacetico e i prodotti commerciali che li contengono sono significativamente meno tossici dell’acido puro. Inoltre, le normative di legge spesso impongono concentrazioni massime di sicurezza per questi prodotti, riducendo al minimo i rischi per la salute durante l’uso previsto.
Riferimento
- Mercaptoacetic Acid and Derivatives; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a16_265
