Formaldeide

La formaldeide il cui nome I.U.P.A.C. è metanale è la più semplice e la più reattiva delle aldeidi scoperta nel 1867 dal chimico tedesco Augustus von Hofmann.

E’ un gas incolore dall’odore pungente, altamente tossico avente formula HCHO in cui è presente il gruppo carbonilico >C=O dove il carbonio è ibridato sp².

Causa irritazioni agli occhi se la sua concentrazione è superiore a 0.1 ppm oltre ad essere estremamente allergenica ed è classificata come un probabile cancerogeno.

Spesso la formaldeide è usata in soluzione acquosa al 37% m/m nota con il nome di formalina; la soluzione contiene una piccola quantità di metanolo e un inibitore per evitarne la polimerizzazione. Le soluzioni di formalina hanno azione antisettica e antitarlo per il legno, ma il loro uso domestico va evitato per l’azione tossica della formaldeide.

La formaldeide  è uno dei più importanti prodotti chimici per la produzione di resine policondensate a base di urea-formaldeide e melamina-formaldeide utilizzate prevalentemente come collanti per pannelli truciolari, compensati e per l’impregnazione di carta decorativa. Inoltre le resine acetaliche  che hanno sostituito le parti metalliche negli strumenti di precisione come ingranaggi per orologi, cuscinetti, viti, cerniere, parti di valvole sono ottenute dalla formaldeide.

Sintesi

A livello mondiale la metà della formaldeide prodotta è ottenuta dall’ossidazione catalitica del metanolo. Il catalizzatore maggiormente usato è l’argento metallico o una miscela di ossidi di ferro e molibdeno o vanadio.

Il processo complessivo può essere visto come una combinazione di una ossidazione parziale del metanolo e da una deidrogenazione del metanolo:

CH₃OH + ½ O₂ → HCHO + H₂O  ΔH = – 159 kJ/mol

CH₃OH → HCHO + H₂   ΔH = + 84 kJ/mol

La reazione totale è altamente esotermica e veloce e ha, come sottoprodotti di reazione CO₂, CO, H₂, H₂O, HCOOH e HCOOCH₃.

Tale processo sintetico può essere limitato da una serie di reazioni indesiderate quali l’ossidazione totale del metanolo o della formaldeide e la deidrogenazione della formaldeide.

A causa delle elevate temperature si può verificare la disattivazione del catalizzatore con conseguente sinterizzazione che provoca l’agglomerazione di più particelle del catalizzatore con una diminuzione irreversibile della superficie disponibile allo scambio di materia.

Per limitare tale processo può essere aggiunto vapore acqueo che, a causa del suo alto calore specifico può in parte assorbire il calore che si sviluppa. Inoltre il catalizzatore di argento può essere disperso su vari supporti quali allumina,  silice e pomice.

Reazioni

La formaldeide dà le tipiche reazioni delle aldeidi; verranno menzionate quindi solo le reazioni caratteristiche del composto.

Ossidazione

L’ossidazione della formaldeide può avvenire in presenza di perossido di idrogeno sia in ambiente acido che in ambiente basico.

In ambiente acido avviene la reazione:
HCHO + H₂O₂ → HCOOH + H₂O

L’acido formico ottenuto dall’ossidazione può ulteriormente reagire con H₂O₂  secondo la reazione:

 HCOOH + H₂O₂ → CO₂ + 2 H₂O

La completa ossidazione della formaldeide a CO₂ è favorita da valori di pH inferiori a 3, da temperature tra i 40 e i 60 °C, dalla presenza di ioni Fe²⁺ (reattivo di Fenton) e da un eccesso di H₂O₂.

 In ambiente basico la formaldeide viene ossidata secondo la reazione:

2 HCOOH + 2 NaOH + H₂O₂ → 2 HCOONa + 2 H₂O + H₂ 

Reazione di Eschweiler-Clarke

Dalla reazione di un’ammina secondaria con formaldeide in presenza di acido formico si ottiene una metilammina terziaria:

R₂NH + HCOOH + HCOOH → R₂NCH₃ + H₂O + CO₂

Reazione di Mannich

E’ una reazione di condensazione di un’aldeide non enolizzabile quale la formaldeide con un’ammina primaria o secondaria e un composto carbonilico enolizzabile con ottenimento di un prodotto amminometilato ovvero un β-ammino-chetone detto base di Mannich:

R₂NH + HCOOH + RCH₂COR’ →R₂NCH₂CHRCOR’

Reazione con idrogeno monossido di carbonio

In presenza di complessi di metalli di transizione la formaldeide dà luogo alla seguente reazione:

HCOOH + 2 H₂ + CO → HOCH₂CH₂OH

con formazione del glicole etilenico, composto usato nell’industria chimica per l’ottenimento di poliesteri e come additivo antigelo