Sulfolano


Solfolano
Nome IUPAC
1,1-diossido di tetraidrotiofene
Nomi alternativi
tetrametilen solfone
1,1-diossitiolano
diossido di 1,1-tetraidrotiofene
bondelano A
solfone ciclico di tetrametilene
NSC 46443
diossido di S,S-tetraidrotiofene
diossido di tiaciclopentano
diossido di 1,1-tiolano
diossido di tiofano
diossido di 1,1-tetraidrotiofano
ciclobutilsolfone
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC4H8O2S
Massa molecolare (u)120,16632
Numero CAS126-33-0
Numero EINECS204-783-1
PubChem31347
SMILES
C1CCS(=O)(=O)C1
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)1,261
Indice di rifrazione1,482 - 1,485
Solubilità in acquacompleta
Temperatura di fusione27,5 °C (300,65 K)
Temperatura di ebollizione285 °C (558,15 K)
Tensione di vapore (Pa) a 303 K3,5 (30 °C)
Viscosità cinematica (m2/s a 30 °C)10,34
Proprietà tossicologiche
LD50 (mg/kg)1941 mg/kg - Orale (ratti)
4009 mg/kg - Dermale (conigli)
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiamma165 °C (438,15 K)
Temperatura di autoignizione528 °C (801,15 K)
Simboli di rischio chimico
attenzione
Frasi H302
Consigli P--- [1]

Il solfolano è un composto organico dello zolfo, avente formula semistrutturale (CH2)4SO2.

A temperatura ambiente e pressione di 1 atm si presenta sotto forma di liquido incolore e altobollente.

Indice

Sintesi


Il metodo originale di produzione del solfolano, brevettato dalla Shell nel 1960, prevedeva la reazione tra butadiene e diossido di zolfo. Questo dava il solfolene, che era poi idrogenato per produrre solfolano.

Subito dopo, fu scoperto che sia la quantità di prodotto che la vita media del catalizzatore (usato nell'idrogenazione) potevano essere aumentate aggiungendo perossido di idrogeno e poi neutralizzando ad un pH di 5-8 prima dell'idrogenazione. Le ricerche sono continuate per molti anni, inclusi gli studi sul catalizzatore. Recentemente, è stato scoperto che il catalizzatore Ni-B/MgO mostrava una maggiore attività catalitica del nickel Raney usato precedentemente.

Sono stati sviluppati altri procedimenti per la sintesi, ad esempio ossidando il tetraidrotiofene con il perossido di idrogeno.

Caratteristiche generali


Questo composto è molto polare, molto stabile e completamente solubile in acqua. Data la sua polarità, si comporta come solvente per molti materiali organici.

Proprietà chimiche


Il solfolano rientra nella categoria dei solfoni, un gruppo di composti organosolfuri che contengono il gruppo funzionale solfonile. Il solfonile è un gruppo funzionale formato da un atomo di zolfo legato a due atomi di ossigeno. Il legame zolfo-ossigeno è doppio ed altamente polare, ecco perché il solfolano è solubile in acqua. L'anello di carbonio, d'altro canto, gli conferisce la stabilità non-polare, che gli permette la solubilità anche negli idrocarburi.

Le capacità di solubilizzazione sono elencate nella tabella. Le eccezioni comprendono i composti paraffinici, naftenici e il metacrilato, lo stirene e i polimeri di cloro-vinilidene.

Stabilità e reattività

Solubilità di composti organici nel solfolano
Anidride acetica miscibile
Acetone miscibile
Ammoniaca (soluzione 30% vv) miscibile
Acrilonitrile miscibile
Anilina miscibile
Benzene miscibile
1-butanolo miscibile
Tetracloruro di carbonio miscibile
Solfuro di carbonio insolubile
Cicloesano insolubile
Cicloesanone miscibile
Dietanolammina miscibile
Diossano miscibile
Dodecilmercaptano insolubile
Acetato di etile miscibile
Etilmercaptano miscibile
Etilendiammina miscibile
Formammide miscibile
Glicerolo miscibile
Gliclole trietilenico miscibile
n-eptano miscibile all'1,3% a 30 °C
miscibile al 40% a 100 °C
Metilcicloesano miscibile all'1,1% a 30 °C
Olio di semi di lino miscibile
Percloroetilene miscibile al 37,5%
Piridina miscibile
Toluene miscibile
Tricloroetilene miscibile
Urea miscibile
Xileni (miscela di isomeri) miscibile
Solubilità di composti inorganici nel solfolano
Idrossido di potassio (50% vv) insolubile
Idrossido di sodio (10% vv) insolubile
Acido solforico (93% vv) miscibile
Acqua miscibile
Solubilità di polimeri nel solfolano
Polimetilmetacrilato insolubile
Polistirene miscibile al 10% a 200 °C
Polivinilidene cloruro miscibile al 10% a 200 °C

Il solfolano è estremamente stabile a temperatura e pressione ambiente. In generale esso non è reattivo con acidi, mercaptani e dialcheni, inoltre non polimerizza o si decompone in condizioni normali. Teme, tuttavia, forti agenti ossidanti, ma non da reazioni pericolose.

Reazioni osservate:

  • Il solfolano è resistente alla riduzione con zinco metallico e acido acetico o cloridrico.
  • La reazione con composti di Grignard come il bromuro di etilmagnesio con l'idrogeno del carbonio alfa del solfolano da bromuro di magnesio ed etano. Questi derivati reagiranno col bromuro, ioduro o cloruro per dare il 2-alosolfolano (2-bromosolfolano, 2-iodiosolfolano o 2-clorosolfolano).
  • La clorurazione del solfolano con il tetracloruro di carbonio, dà la formazione del 3-clorosolfolano, 3,4-diclorosolfolano e del 3,3,4-triclorosolfolano.
  • La bromurazione del solfolano con bromuro e cloruro in tetracloruro di carbonio e sotto irradiazione, dà il 2-bromosolfolano che reagisce subito producendo il cis-2,5-dibromosolfolano.
  • Il solfolano può scindere o dimerizzare, la scissione riduttiva da un metallo alcalino restituisce il sale di solfinato di butano e un 5-6% del sale bis-1,8-ottanodisolfinato.
  • Quando il solfolano è mescolato con il benzene e introdotto lentamente in un reattore a 400-500 °C, subisce una pirolisi per produrre principalmente etilene ma anche idrocarburi saturi, idrogeno e diossido di zolfo.
  • Il solfolano forma un complesso 1:1 con il trifluoro di boro, ma non riesce a formare complessi stabili con il pentafluoruro di fosforo.
  • Nessuna reazione è stata osservata tra il solfolano e una soluzione di carbonato di potassio, acetato di sodio e 25% di idrossido di sodio in acqua dopo 5 ore di reflusso.
  • Nessuna reazione tra solfolano e strisce di rame o ferro.

Usi


Viene utilizzato nell'industria chimica come solvente per la distillazione estrattiva. Infatti, la sua applicazione maggiore è il processo della Shell per la produzione di composti aromatici [2] e per la purificazione di flussi di gas acidi.[3] Tuttavia ha molte altre applicazioni:

Estrazione aromatica

Nella produzione di benzine, propellenti e solventi a punto di ebollizione speciale. Il processo Shell per la produzione di composti aromatici è di primaria importanza nell'estrazione di benzene, toluene e xilene, riuscendo ad ottenere prodotti con purezza fino al 99,9% con il recupero quasi totale. Da quando il soulfolano è utilizzato in questi processi di estrazione, i capitali investiti sono minimizzati, i costi sono diminuiti, è accresciuta la capacità degli impianti ed è stata aumentata la purezza dei composti sintetizzati. Il frazionamento delle benzine per l'arricchimento con composti aromatici, ha portato a miscele con un maggior numero di ottani e raffinati combustibili per motori a propulsione. Infatti la produzione di composti aromatici e solventi non aromatici, di combustibili e benzine dal cherosene, può essere ottenuta utilizzando proprio il solfolano ed il metanolo oppure usando un processo di reforming catalitico con successiva estrazione. Il processo Simex, in cui i due estrattori necessari sono usati in contemporanea, è usato per separare composti aromatici da composti alifatici, usando solventi blandi, ma contenenti solfolano.

Il solfolano viene usato anche nei seguenti casi:

Trattamento dei gas acidi

In questa categoria rientrano le rimozioni di anidride carbonica, acido solfidrico e mercaptani dai flussi di gas, ma anche il recupero del diossido di zolfo. Il processo usa il solfolano con DIPA (diisopropanolammine) per l'assorbimento simultaneo, selettivo, fisico e chimico dei gas che sono costantemente rilasciati a pressione ambiente e temperature elevate. Il Sulfinol process ha molti vantaggi rispetto ai sistemi di trattamento convenzionali:

In aggiunta ai costi minori risultanti dai vantaggi di cui sopra, il Sulfinol process offre altri benefici per alcune applicazione per le quali può offrire un'estrazione completa dei mercaptani in contemporanea con acido solfidrico e anidride carbonica.

Solvente di reazione

Il solfolano viene usato nella preparazione di isocianati, dello zolfo dall'acido solfidrico e dal diossido di zolfo. Ma anche nella preparazione di acidi solfonici e di composti fluoroaromatici nel processo Halogen Exchange (scambio di alogeni) della Halex. In queste reazioni viene usato come solvente, in particolare in quelle reazioni che richiedono l'uso di solventi anidri e polari. Alcuni esempi sono elencati di seguito:

Solvente di polimerizzazione

Il solfolano è usato come solvente per le reazioni di polimerizzazione del cianuro di vinilidene (CH2=C(CN)2), dell'acrilonitrile, delle diammine[non chiaro] e dell'urea. Ma può essere usato in molti altri casi, come per la preparazione di polimeri di polisaccaridi solubili in acqua da soluzioni di glucosio ed acido fosforico. Di seguito si elencano altri usi del solfolano come solvente di polimerizzazione:

Coloranti

Il solfolano trova applicazione anche nella produzione di coloranti per fibre sintetiche e naturali, infatti funziona da intensificatore per i coloranti per fibre sintetiche idrofobe, infatti ne migliora la velocità di colorazione e la dispersione. Anche per le fibre acriliche, si usano misture di colorante in soluzioni acquose di solfolano.

Inoltre i coloranti con solfolano hanno una buona stabilità e lunga conservazione.

Chimica agricola

Il solfolano può essere usato nella produzione di insetticidi, erbicidi e fungicidi, principalmente perché il solfolano non reagisce e rimane intatto anche ad alte temperature. Ma anche per:

Distillazione estrattiva

Il solfolano è usato nella separazione di composti con punti di ebollizione simili, ad esempio l'alcol n-propilico o secbutilico, butano e 2-butene. Infatti questi alcoli non possono essere separati facilmente con la distillazione frazionata infatti i loro azeotropi hanno una differenza di ebollizione di solo 1,7°. La separazione può essere invece effettuata con il solfolano in una distillazione estrattiva, infatti il solfolano abbassa la pressione di vapore dell'alcol secbutilico e del n-propilico.

Procedimenti similari sono stati proposti per la separazione di altre misture con punti di ebollizione troppo simili, come per il butano e 2-butene, o per l'isopropenilstirene ed il terzbutilstirene, ma anche per il meta-xilene ed orto-xilene o per il clorosilano e gli isomeri del diclorobenzene. Ma nel caso del meta- e orto-xilene, l'uso del solfolano è insufficiente per cui non dà vantaggi significativi. Gli acidi grassi insaturi possono essere separati dalla distillazione estrattiva a pressioni ridotte. Anche l'isoprene è stato separato in questo modo da misture di isoamilene. È stato studiato anche un metodo di separazione del acido monocloroacetico e dicloroacetico aggiungendo il solfolano e distillando.

Altri usi

Indicazioni di sicurezza


Interventi di primo soccorso

Le informazioni riportate non sono consigli medici e potrebbero non essere accurate. I contenuti hanno solo fine illustrativo e non sostituiscono il parere medico: leggi le avvertenze.

Misure antincendio

Come in ogni incendio, indossare un apparato di respirazione autonomo ed equipaggiamento di protezione. Durante l'incendio si potrebbero sviluppare gas tossici o irritanti (dovuti a decomposizione o combustione). I mezzi di estinzioni adatti sono quelli adatti all'ambiente circostante (non sono necessari provvedimenti al riguardo per il solfolano).

Indicazioni di protezione


Il composto, essendo molto polare, non è volatile. Tuttavia può decomporre (in particolari condizioni estreme) in monossido di carbonio, anidridi solforiche, anidride carbonica e gas tossici ed irritanti.

Mezzi protettivi individuali

Aerare gli ambienti in modo adatto, per mantenere le concentrazioni di vapori il più basse possibile. Usare cappe di aspirazione o ventilazioni locali. Indossare equipaggiamento di protezione: occhiali di sicurezza, guanti, camice e respiratore (se vengono maneggiate grandi quantità di composto).

Norme generali protettive e di igiene

Dopo l'uso lavarsi accuratamente le mani, rimuovere e lavare eventuali indumenti contaminati. Evitare il contatto con occhi, pelle e vestiti. Evitare l'ingestione e l'inalazione. Il solfolano deve essere conservato in contenitori adatti, chiusi ermeticamente quando non vengono usati e stoccati in un ambiente fresco e asciutto.

Dispersione accidentale

In caso di dispersione accidentale del solfolano, assorbire le fuoriuscite con materiale inerte (vermiculite, sabbia, terra, etc), poi mettere in opportuni contenitori. Le dispersioni devono essere pulite immediatamente, osservando le dovute precauzioni.

Immagini 3D della molecola


Note


  1. ^ Sigma Aldrich; rev. del 16.05.2014
  2. ^ Shell Sulfolane Extraction Process
  3. ^ Shell Sulfinol Process
  4. ^ USP, EP, JPE

Bibliografia


Voci correlate


Altri progetti


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Data: 12.05.2021 09:08:38 CEST

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