Acroleina: sintesi, reazioni

L’acroleina o propen-2-ale è la più semplice delle aldeidi insature ed ha formula CH₂=CHCHO

E’ un liquido incolore o giallastro dall’odore acre di grasso bruciato che evapora rapidamente e brucia con facilità solubile in acqua, alcol e numerosi solventi organici.  L’acroleina si forma da carboidrati, oli vegetali e grassi animali, amminoacidi durante il riscaldamento degli alimenti e dalla combustione di combustibili petroliferi e biodiesel.

Le reazioni chimiche responsabili del rilascio di acroleina comprendono la disidratazione del glicerolo indotta dal calore, la scissione retro-aldolica dei carboidrati disidratati, la perossidazione lipidica degli acidi grassi polinsaturi e la degradazione di Strecker di metionina e treonina.

Proprietà

Dal punto di vista fisico, ha un punto di ebollizione di circa 52 °C e un punto di fusione intorno a –88 °C. È leggermente solubile in acqua, ma si miscela facilmente con solventi organici come etanolo, etere, acetone e cloroformio. La sua densità a 20 °C è di circa 0.84 g/cm³, mentre la tensione di vapore è relativamente elevata, il che ne facilita la volatilizzazione e l’inalazione accidentale in ambienti non adeguatamente ventilati.

Dal punto di vista chimico, l’acroleina è instabile: tende a polimerizzare spontaneamente se conservata per lunghi periodi, soprattutto in presenza di luce, calore o impurità acide. Per questo motivo, viene spesso stabilizzata con piccole quantità di inibitori come l’idrochinone. È inoltre altamente infiammabile, con un punto di infiammabilità di soli –26 °C e una gamma di esplosività nell’aria compresa tra circa 2,8% e 31% in volume. Ciò significa che, se miscelata con l’aria in queste proporzioni, può dar luogo a esplosioni se innescata da una fonte di calore.

Sintesi

Un tempo si otteneva dalla condensazione aldolica tra formaldeide e acetaldeide secondo la reazione:

HCHO + CH₃CHO → CH₂=CHCHO + H₂O
secondo il processo Degussa sviluppato dall’industria chimica tedesca Evonik Degussa

Sebbene questo rimanga ancora un metodo valido per la produzione di acroleina in laboratorio dal 1958 è stata preparata, a livello industriale, per ossidazione del propene in presenza di ossidi metallici quali catalizzatori secondo la reazione:
CH₂=CHCH₃ + O₂ → CH₂=CHCHO + H₂O

Negli ultimi anni, stante la disponibilità di glicerolo ottenuto come sottoprodotto nella produzione di biodiesel, l’acroleina viene ottenuta dalla sua pirolisi secondo la reazione:
HO-CH₂-CHOH-CH₂-OH → CH₂=CHCHO +2 H₂O

L’acroleina può formarsi anche in modo accidentale, ad esempio durante il surriscaldamento degli oli da cucina. È per questo motivo che si consiglia di evitare temperature troppo elevate in frittura, non solo per motivi organolettici ma anche per limitare la formazione di sostanze irritanti e potenzialmente pericolose per la salute.

Reazioni dell’acroleina

Inoltre  è usata nella sintesi dell’acido acrilico ma la maggior parte della produzione è indirizzata alla sintesi della metionina per reazione con il metantiolo:

La metionina ha caratteristiche antiossidanti ed è usata negli integratori alimentari; è inoltre somministrata per alleviare i sintomi dell’osteoartrite e della fibromialgia e di molte altre patologie.

L’ acroleina è impiegata in numerose reazioni: è ossidata in presenza di perossido di idrogeno o ossidi metallici per dare l’acido acrilico; per reazione con il trietilsilano seguita da idrolisi l’acroleina può dare una riduzione selettiva del doppio legame e trasformarsi in propanale.

Può dare reazioni pericicliche, metatesi, addizioni 1,2 e addizioni 1,4.

Usi

Un ambito di utilizzo è quello della nutrizione animale, dove l’acroleina è usata nella sintesi della DL-metionina, un amminoacido essenziale che è aggiunto ai mangimi per favorire la crescita e la salute del bestiame, in particolare nei suini e nei polli. La metionina è prodotta a partire da acroleina e metantiolo, a dimostrazione di quanto questo composto sia strategico per l’industria zootecnica.

Oltre agli impieghi nella chimica fine, l’acroleina è utilizzata come biocida, grazie alla sua tossicità nei confronti di microrganismi, alghe e piante infestanti. Viene impiegata, ad esempio, per mantenere pulite le condotte idriche nei sistemi di irrigazione agricola o negli impianti industriali, dove la proliferazione biologica può compromettere l’efficienza delle strutture. Anche in ambito petrolifero, l’acroleina trova impiego nel trattamento delle acque iniettate nei pozzi, per evitare la formazione di biofilm batterici che possono ostruire le condutture.

In misura più contenuta, l’acroleina è anche impiegata nel trattamento del cuoio e nella lavorazione della gomma, dove può agire come modificante delle proprietà del materiale o come agente vulcanizzante. La sua capacità di reagire con composti a base di zolfo o di contribuire alla reticolazione delle catene polimeriche è sfruttata per migliorare la resistenza e la durabilità dei prodotti finali.

Tossicità dell’acroleina

L’acroleina è una sostanza altamente tossica e irritante, anche a concentrazioni molto basse. La sua pericolosità deriva principalmente dalla capacità di reagire facilmente con proteine e acidi nucleici, danneggiando strutture cellulari e interferendo con i normali processi biologici. Per questo motivo, l’esposizione a vapori di acroleina può causare effetti irritativi immediati a carico delle mucose oculari, del naso e delle vie respiratorie. Già a concentrazioni nell’ordine di poche ppm (parti per milione), può provocare lacrimazione, tosse secca, sensazione di bruciore alla gola e al petto, e nei casi più gravi edema polmonare.

L’acroleina è particolarmente temuta anche per la sua tossicità sistemica: una volta assorbita, può alterare il funzionamento di organi vitali come i polmoni, il fegato e i reni. Nei modelli animali, si è osservata una marcata citotossicità, con alterazioni cellulari riconducibili a stress ossidativo e danno mitocondriale. Inoltre, l’acroleina è considerata un potenziale cancerogeno: non agisce direttamente sul DNA come altri agenti mutageni, ma genera condizioni che possono favorire la trasformazione cellulare, come infiammazione cronica, danno ossidativo e alterazione dei meccanismi di riparazione genetica.

La molecola è anche coinvolta nei processi patologici legati al fumo di sigaretta, essendo uno dei principali composti tossici presenti nel fumo. Oltre a danneggiare direttamente i tessuti polmonari, l’acroleina inibisce l’attività di enzimi antiossidanti, indebolendo le difese naturali dell’organismo contro le sostanze reattive dell’ossigeno. Anche nei soggetti non fumatori, però, l’esposizione può avvenire in ambienti inquinati o industriali, o durante la combustione incompleta di legna, plastica o materiali organici.

Sul piano normativo, l’acroleina è classificata come sostanza pericolosa e soggetta a rigidi limiti di esposizione nei luoghi di lavoro. In Unione Europea, è inserita tra le sostanze estremamente preoccupanti (SVHC) e il suo impiego è regolamentato dal regolamento REACH. Negli Stati Uniti, l’Occupational Safety and Health Administration (OSHA) ha fissato un valore limite di esposizione professionale (PEL) di 0.1 ppm su base media ponderata di 8 ore.

L’adozione di dispositivi di protezione individuale (DPI), la ventilazione degli ambienti e il monitoraggio costante della qualità dell’aria sono misure indispensabili per garantire la sicurezza durante la manipolazione di questa sostanza.

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