Los fluorocarbonos se derivan de los hidrocarburos mediante la sustitución de flúor por algunos o todos los átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos en los que algunos de los átomos de hidrógeno son reemplazados por cloro o bromo además de aquellos reemplazados por flúor (p. ej., clorofluorohidrocarburos, bromofluorohidrocarburos) generalmente se incluyen en la clasificación de fluorocarburos, por ejemplo, bromoclorodifluorometano (CClBrF2).
El primer fluorocarbono económicamente importante fue el diclorodifluorometano (CCl2F2), que se introdujo en 1931 como un refrigerante de toxicidad mucho menor que el dióxido de azufre, el amoníaco o el clorometano, que eran los refrigerantes populares en la actualidad.
Usos
En el pasado, los fluorocarbonos se usaban como refrigerantes, propulsores de aerosoles, solventes, agentes espumantes, extintores de incendios y polímeros intermedios. Como se analiza a continuación, las preocupaciones sobre los efectos de los clorofluorocarbonos en el agotamiento de la capa de ozono en la atmósfera superior han llevado a la prohibición de estos productos químicos.
Triclorofluorometano y dicloromonofluorometano anteriormente se usaban como propulsores de aerosoles. Triclorofluorometano actualmente funciona como un agente de limpieza y desengrase, un refrigerante y un agente de expansión para espumas de poliuretano. También se utiliza en extintores y aislamientos eléctricos, y como fluido dieléctrico. El dicloromonofluorometano se utiliza en la fabricación de botellas de vidrio, en fluidos de intercambio de calor, como refrigerante para máquinas centrífugas, como solvente y como agente de expansión.
diclorotetrafluoroetano es un solvente, diluyente y agente de limpieza y desengrase para placas de circuito impreso. Se utiliza como agente espumante en extintores de incendios, refrigerante en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, así como para refinar magnesio, para inhibir la erosión de metales en fluidos hidráulicos y para fortalecer botellas. Diclorodifluorometano también se utilizó para la fabricación de botellas de vidrio; como aerosol para cosméticos, pinturas e insecticidas; y para la purificación de agua, cobre y aluminio. Tetrafluoruro de carbono es un propulsor para cohetes y para la guía de satélites, y tetrafluoroetileno se utiliza en la preparación de propulsores para aerosoles de productos alimenticios. Cloropentafluoroetano es un propulsor en preparaciones alimenticias en aerosol y un refrigerante para electrodomésticos y acondicionadores de aire móviles. Clorotrifluorometano, clorodifluorometano, trifluorometano, 1,1-difluoroetano y 1,1,-clorodifluoroetano también son refrigerantes.
Muchos de los fluorocarbonos se utilizan como productos químicos intermedios y disolventes en diversas industrias, como la textil, la tintorería, la fotografía y los plásticos. Además, algunos tienen funciones específicas como inhibidores de corrosión y detectores de fugas. El Teflón se utiliza en la fabricación de plásticos resistentes a altas temperaturas, ropa de protección, tubos y láminas para laboratorios químicos, aisladores eléctricos, disyuntores, cables, alambres y recubrimientos antiadherentes. Clorotrifluorometano se utiliza para endurecer metales, y 1,1,1,2-tetracloro-2,2-difluoroetano y diclorodifluorometano se utilizan para detectar grietas superficiales y defectos metálicos.
Halotano, isoflurano y enflurano se utilizan como anestésicos por inhalación.
Peligros ambientales
En las décadas de 1970 y 1980, se acumuló evidencia de que los fluorocarbonos estables y otras sustancias químicas como el bromuro de metilo y el 1,1,1-tricloroetano se difundirían lentamente hacia la estratosfera una vez liberados, donde la intensa radiación ultravioleta podría hacer que las moléculas liberaran átomos de cloro libres. Estos átomos de cloro reaccionan con el oxígeno de la siguiente manera:
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O = Cl + O2
O + o3 = 2O2
Dado que los átomos de cloro se regeneran en la reacción, estarían libres para repetir el ciclo; el resultado neto sería un agotamiento significativo del ozono estratosférico, que protege a la tierra de la dañina radiación solar ultravioleta. El aumento de la radiación ultravioleta daría como resultado un aumento del cáncer de piel, afectaría el rendimiento de los cultivos y la productividad forestal, y afectaría al ecosistema marino. Los estudios de la atmósfera superior han mostrado áreas de agotamiento del ozono en la última década.
Como resultado de esta preocupación, a partir de 1979 se prohibieron en todo el mundo casi todos los productos en aerosol que contienen clorofluorocarbonos. En 1987 se firmó un acuerdo internacional, el Protocolo de Montreal sobre Sustancias que Agotan la Capa de Ozono. El Protocolo de Montreal controla la producción y el consumo de sustancias que pueden causar el agotamiento del ozono. Estableció una fecha límite de 1996 para la eliminación total de la producción y el consumo de clorofluorocarbonos en los países desarrollados. Los países en desarrollo tienen 10 años adicionales para lograr el cumplimiento. También se establecieron controles para halones, tetracloruro de carbono, 1,1,1-tricloroetano (metilcloroformo), hidroclorofluorocarbonos (HCFC), hidrobromofluorocarbonos (HBFC) y bromuro de metilo. Se permiten algunos usos esenciales de estos productos químicos cuando no existen alternativas técnica y económicamente viables.
Peligros
Los fluorocarbonos son, en general, de menor toxicidad que los correspondientes hidrocarburos clorados o bromados. Esta menor toxicidad puede estar asociada con la mayor estabilidad del enlace CF, y quizás también con la menor solubilidad en lipoides de los materiales más altamente fluorados. Debido a su menor nivel de toxicidad, ha sido posible seleccionar fluorocarbonos que son seguros para los usos previstos. Y debido a la historia de uso seguro en estas aplicaciones, se ha desarrollado erróneamente la creencia popular de que los fluorocarbonos son completamente seguros en todas las condiciones de exposición.
En cierta medida, los fluorocarbonos volátiles poseen propiedades narcóticas similares, pero más débiles que las que muestran los hidrocarburos clorados. Inhalación aguda de 2,500 ppm de triclorotrifluoroetano induce intoxicación y pérdida de la coordinación psicomotora en humanos; esto ocurre a 10,000 ppm (1%) con diclorodifluorometano. Si diclorodifluorometano se inhala a 150,000 ppm (15 %), se produce la pérdida del conocimiento. Se han reportado más de 100 muertes por la inhalación de fluorocarbonos al rociar envases de aerosol que contienen diclorodifluorometano como propulsor en una bolsa de papel e inhalando. En la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) TLV de 1,000 ppm, los humanos no experimentan efectos narcóticos.
Los fluorometanos y fluoroetanos no han producido efectos tóxicos por exposición repetida, como daño hepático o renal. Los fluoroalquenos, como tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno or clorotrifluoroetileno, puede producir daños hepáticos y renales en animales de experimentación tras exposiciones prolongadas y repetidas a concentraciones apropiadas.
Incluso la toxicidad aguda de los fluoroalquenos es sorprendente en algunos casos. perfluoroisobutileno es un ejemplo sobresaliente. con un LC50 de 0.76 ppm para exposiciones de 4 horas en ratas, es más tóxico que el fosgeno. Al igual que el fosgeno, produce un edema pulmonar agudo. Por otro lado, el fluoruro de vinilo y el fluoruro de vinilideno son fluoroalcanos de muy baja toxicidad.
Al igual que muchos otros vapores de solventes y anestésicos quirúrgicos, los fluorocarbonos volátiles también pueden producir arritmia o paro cardíaco en circunstancias en las que se secreta endógenamente una cantidad anormalmente grande de adrenalina (como ira, miedo, excitación, esfuerzo intenso). Las concentraciones requeridas para producir este efecto están muy por encima de las que normalmente se encuentran durante el uso industrial de estos materiales.
En perros y monos, ambos clorodifluorometano y diclorodifluorometano causar depresión respiratoria temprana, broncoconstricción, taquicardia, depresión miocárdica e hipotensión en concentraciones de 5 a 10%. clorodifluorometanoe, en comparación con diclorodifluorometano, no causa arritmias cardíacas en monos (aunque sí en ratones) y no disminuye la distensibilidad pulmonar en monos.
Medidas de seguridad y salud. Todos los fluorocarbonos se descomponen térmicamente cuando se exponen a llamas o metales al rojo vivo. Los productos de descomposición de los clorofluorocarbonos incluirán ácido fluorhídrico y clorhídrico junto con cantidades más pequeñas de fosgeno y fluoruro de carbonilo. El último compuesto es muy inestable a la hidrólisis y cambia rápidamente a ácido fluorhídrico y dióxido de carbono en presencia de humedad.
Los tres fluorocarbonos comercialmente más importantes (triclorofluorometano, diclorodifluorometano y triclorotrifluoroetano) han sido probados para mutagenicidad y teratogenicidad con resultados negativos. Clorodifluorometano, que recibió cierta consideración como posible propulsor de aerosoles, resultó mutagénico en pruebas de mutagenicidad bacteriana. Las pruebas de exposición de por vida dieron alguna evidencia de carcinogenicidad en ratas macho expuestas a 50,000 5 ppm (10,000 %), pero no a 1 3 ppm (50,000 %). El efecto no se observó en ratas hembra ni en otras especies. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) lo ha clasificado en el Grupo 5 (evidencia limitada de carcinogenicidad en animales), hubo alguna evidencia de teratogenicidad en ratas expuestas a 10,000 1 ppm (50,000 %), pero no a XNUMX XNUMX ppm (XNUMX %). ), y no hubo evidencia en conejos hasta XNUMX ppm.
Las víctimas de la exposición a fluorocarbonos deben ser retiradas del ambiente contaminado y tratadas sintomáticamente. No se debe administrar adrenalina, debido a la posibilidad de inducir arritmias cardíacas o paro cardíaco.
Tetrafluoroetileno
Los principales peligros de tetrafluoroetileno monómero son su inflamabilidad en un amplio rango de concentraciones (11 a 60%) y su potencial explosividad. El tetrafluoroetileno no inhibido es susceptible de polimerización y/o dimerización espontáneas, siendo ambas reacciones exotérmicas. El consiguiente aumento de presión en un recipiente cerrado puede dar lugar a una explosión, y se han informado varias de ellas. Se cree que estas reacciones espontáneas son iniciadas por impurezas activas como el oxígeno.
El tetrafluoroetileno no presenta mucho peligro de toxicidad aguda per se, la LC50 para 4 horas de exposición de ratas siendo 40,000 ppm. Las ratas que mueren por exposiciones letales muestran no solo daños en los pulmones, sino también cambios degenerativos en los riñones, estos últimos también presentados por otros fluoroalquenos pero no por fluoroalcanos.
Otro peligro se relaciona con las impurezas tóxicas formadas durante la preparación o pirólisis del tetrafluoroetileno, particularmente octafluoroisobutileno, que tiene una concentración letal aproximada de solo 0.76 ppm para una exposición de ratas de 4 horas. Se han descrito algunas muertes por exposición a estos "puntos de ebullición altos". Debido a los peligros potenciales, los no calificados no deben realizar experimentos casuales con tetrafluoroetileno.
Medidas de seguridad y salud. El tetrafluoroetileno se transporta y envía en cilindros de acero a alta presión. En tales condiciones, el monómero debe inhibirse para evitar la polimerización o dimerización espontánea. Los cilindros deben estar equipados con dispositivos de alivio de presión, aunque no debe pasarse por alto que dichos dispositivos pueden obstruirse con polímero.
El Teflón (politetrafluoroetileno) se sintetiza mediante la polimerización de tetrafluoroetileno con un catalizador redox. El teflón no es un peligro a temperatura ambiente. Sin embargo, si se calienta de 300 a 500 °C, los productos de pirólisis incluyen fluoruro de hidrógeno y octafluoroisobutileno. A temperaturas más altas, de 500 a 800 °C, se produce fluoruro de carbonilo. Por encima de 650 °C, se producen tetrafluoruro de carbono y dióxido de carbono. Puede causar fiebre por vapores de polímeros, una enfermedad similar a la gripe. La causa más común de enfermedad es por cigarrillos encendidos contaminados con polvo de teflón. También se ha informado edema pulmonar.
Anestésicos de fluorocarbono. Halotano es un anestésico de inhalación más antiguo, a menudo usado en combinación con óxido nitroso. Isoflurano y enflurano se están volviendo más populares porque tienen menos efectos secundarios informados que halotano.
El halotano produce anestesia en concentraciones superiores a 6,000 ppm. La exposición a 1,000 ppm durante 30 minutos provoca anomalías en las pruebas de comportamiento que no se producen a 200 ppm. No hay informes de irritación o sensibilización de la piel, los ojos o las vías respiratorias. Se ha informado hepatitis a concentraciones subanestésicas y se ha producido hepatitis grave, a veces fatal, en pacientes expuestos repetidamente a concentraciones anestésicas. No se ha encontrado toxicidad hepática por exposiciones ocupacionales a isoflurano or enflurano. Ha ocurrido hepatitis en pacientes expuestos a 6,000 ppm de enflurano o más; también se han informado casos por el uso de isoflurano, pero su papel no ha sido probado.
Un estudio de toxicidad hepática en animales no encontró efectos tóxicos en ratas expuestas repetidamente a 100 ppm de halotano en el aire; otro estudio encontró necrosis cerebral, hepática y renal a 10 ppm, según observaciones de microscopía electrónica. No se encontraron efectos en ratones expuestos a 1,000 ppm de enflurano durante 4 horas al día durante aproximadamente 70 días; una ligera reducción en el aumento de peso corporal fue el único efecto encontrado cuando estuvieron expuestos a 3,000 ppm durante 4 horas al día, 5 días a la semana durante un máximo de 78 semanas. En otro estudio, se encontró pérdida de peso severa y muertes por daño hepático en ratones expuestos continuamente a 700 ppm de enflurano por hasta 17 días; en el mismo estudio, no se observaron efectos en ratas o cobayos expuestos durante 5 semanas. Con isoflurano, la exposición continua de ratones a 150 ppm y más en el aire provocó una reducción del aumento de peso corporal. Se observaron efectos similares en conejillos de indias, pero no en ratas, a 1,500 ppm. No se observaron efectos significativos en ratones expuestos 4 horas al día, 5 días a la semana durante 9 semanas a hasta 1,500 ppm.
No se encontró evidencia de mutagenicidad o carcinogenicidad en estudios con animales de enflurano o isoflurano, o en estudios epidemiológicos de halotano. Los primeros estudios epidemiológicos que sugieren efectos reproductivos adversos del halotano y otros anestésicos inhalados no han sido verificados para la exposición al halotano en estudios posteriores.
No se encontró evidencia convincente de efectos fetales en ratas con exposiciones de halotano de hasta 800 ppm, y ningún efecto sobre la fertilidad con exposiciones repetidas de hasta 1,700 ppm. Hubo algo de fetotoxicidad (pero no teratogenicidad) a 1,600 ppm y más. En ratones, hubo fetotoxicidad a 1,000 ppm pero no a 500 ppm. Los estudios reproductivos de enflurano no encontraron efectos sobre la fertilidad en ratones en concentraciones de hasta 10,000 12,000 ppm, con alguna evidencia de anormalidad en los espermatozoides a 7,500 5,000 ppm. No hubo evidencia de teratogenicidad en ratones expuestos hasta 1,500 ppm o en ratas hasta 4,000 ppm. Hubo una ligera evidencia de embrio/fetotoxicidad en ratas preñadas expuestas a 4 ppm. Con isoflurano, la exposición de ratones machos a hasta 42 ppm durante 4,000 horas al día durante 4 días no tuvo ningún efecto sobre la fertilidad. No hubo efectos fetotóxicos en ratones preñados expuestos a 2 ppm durante 10,500 horas/día durante 6,000 semanas; la exposición de ratas preñadas a 4 6 ppm produjo una pérdida menor del peso corporal del feto. En otro estudio, se encontró una disminución del tamaño de la camada y del peso corporal fetal y efectos en el desarrollo en los fetos de ratones expuestos a 15 ppm de isoflurano durante 60 horas al día en los días 600 a XNUMX del embarazo; no se encontraron efectos a XNUMX o XNUMX ppm.
Tablas de fluorocarbonos
Tabla 1 - Información química.
Tabla 2 - Riesgos para la salud.
Tabla 3 - Riesgos físicos y químicos.
Tabla 4 - Propiedades físicas y químicas.