Los hidrocarburos alifáticos son compuestos de carbono e hidrógeno. Pueden ser moléculas saturadas o insaturadas de cadena abierta, ramificadas o no ramificadas, siendo la nomenclatura siguiente:
- parafinas (o alcanos): hidrocarburos saturados
- olefinas (o alquenos): hidrocarburos insaturados con uno o más enlaces dobles
- acetilenos (o alquinos): hidrocarburos insaturados con uno o más enlaces triples
Las fórmulas generales son CnH2n + 2 para parafinas, CnH2n para olefinas, y CnH2n-2 para acetilenos.
Las moléculas más pequeñas son gases a temperatura ambiente (C1 a C4). A medida que la molécula aumenta de tamaño y complejidad estructural, se convierte en un líquido con una viscosidad creciente (C5 a C16), y finalmente los hidrocarburos de mayor peso molecular son sólidos a temperatura ambiente (por encima de C16).
Los hidrocarburos alifáticos de importancia industrial se derivan principalmente del petróleo, que es una mezcla compleja de hidrocarburos. Se producen por el craqueo, destilación y fraccionamiento del petróleo crudo.
El metano, el miembro más bajo de la serie, comprende el 85% del gas natural, que puede extraerse directamente de bolsas o depósitos en las proximidades de los depósitos de petróleo. Grandes cantidades de pentano se producen por condensación fraccionada de gas natural.
Usos
Los hidrocarburos saturados se utilizan en la industria como combustibles, lubricantes y disolventes. Luego de sufrir procesos de alquilación, isomerización y deshidrogenación, también actúan como materias primas para la síntesis de pinturas, recubrimientos protectores, plásticos, caucho sintético, resinas, pesticidas, detergentes sintéticos y una amplia variedad de productos petroquímicos.
Los combustibles, lubricantes y disolventes son mezclas que pueden contener muchos hidrocarburos diferentes. Gas natural se ha distribuido durante mucho tiempo en forma gaseosa para su uso como gas ciudad. Ahora se licua en grandes cantidades, se envía bajo refrigeración y se almacena como líquido refrigerado hasta que se introduce sin cambios o se reforma en un sistema de distribución de gas de la ciudad. gases licuados de petroleo (GLP), que consisten principalmente en propano y butano, se transportan y almacenan bajo presión o como líquidos refrigerados, y también se utilizan para aumentar el suministro de gas de la ciudad. Se utilizan directamente como combustibles, a menudo en trabajos metalúrgicos de alta calidad en los que es esencial un combustible sin azufre, en soldadura y corte con oxipropano, y en circunstancias en las que una fuerte demanda industrial de combustibles gaseosos afectaría al suministro público. Las instalaciones de almacenamiento para estos fines varían en tamaño desde unas 2 toneladas hasta varios miles de toneladas. Los gases licuados del petróleo también se utilizan como propulsores para muchos tipos de aerosoles, y los miembros superiores de la serie, desde heptano hacia arriba, se utilizan como combustibles para motores y disolventes. Isobutano se utiliza para controlar la volatilidad de la gasolina y es un componente del fluido de calibración de instrumentos. Isooctano es el combustible de referencia estándar para el octanaje de los combustibles, y octano se utiliza en combustibles antidetonantes para motores. Además de ser un componente de la gasolina, nonano es un componente del detergente biodegradable.
El uso principal de hexano es como solvente en colas, cementos y adhesivos para la producción de calzado, ya sea de cuero o de plástico. Se ha utilizado como disolvente de colas en el montaje de muebles, en adhesivos para empapelar, como disolvente de colas en la fabricación de bolsos y maletas a partir de pieles y pieles artificiales, en la fabricación de impermeables, en el recauchutado de neumáticos de automóviles y en la extracción de aceites vegetales. En muchos usos, el hexano ha sido reemplazado por heptano por la toxicidad de n-hexano.
No es posible enumerar todas las ocasiones en que el hexano pueden estar presentes en el ambiente de trabajo. Se puede adelantar como regla general que se debe sospechar su presencia en disolventes volátiles y desengrasantes a base de hidrocarburos derivados del petróleo. hexano también se utiliza como agente de limpieza en las industrias textil, del mueble y del cuero.
Los hidrocarburos alifáticos utilizados como materiales de partida de productos intermedios para la síntesis pueden ser compuestos individuales de alta pureza o mezclas relativamente simples.
Peligros
Fuego y explosión
El desarrollo de grandes instalaciones de almacenamiento primero de metano gaseoso y luego de GLP se ha asociado a explosiones de gran magnitud y efecto catastrófico, que han acentuado el peligro cuando se produce una fuga masiva de estas sustancias. La mezcla inflamable de gas y aire puede extenderse mucho más allá de las distancias que se consideran adecuadas para propósitos normales de seguridad, con el resultado de que la mezcla inflamable puede encenderse por un incendio doméstico o un motor de automóvil fuera de la zona de peligro especificada. El vapor puede así incendiarse sobre un área muy grande y la propagación de la llama a través de la mezcla puede alcanzar una violencia explosiva. Se han producido muchos incendios y explosiones menores, pero igualmente graves, durante el uso de estos hidrocarburos gaseosos.
Los mayores incendios de hidrocarburos líquidos se han producido cuando grandes cantidades de líquido han escapado y fluido hacia una parte de la fábrica donde podría producirse la ignición, o bien se han extendido por una gran superficie y se han evaporado rápidamente. La sonada explosión de Flixborough (Reino Unido) se atribuye a una fuga de ciclohexano.
Riesgos para la salud
Los dos primeros miembros de la serie, el metano y el etano, son farmacológicamente “inertes”, pertenecientes a un grupo de gases denominados “asfixiantes simples”. Estos gases pueden tolerarse en altas concentraciones en el aire inspirado sin producir efectos sistémicos. Si la concentración es lo suficientemente alta como para diluir o excluir el oxígeno normalmente presente en el aire, los efectos producidos serán por privación de oxígeno o asfixia. El metano no tiene olor de advertencia. Debido a su baja densidad, el metano puede acumularse en áreas mal ventiladas y producir una atmósfera asfixiante. Etano en concentraciones inferiores a 50,000 ppm (5%) en la atmósfera no produce efectos sistémicos en la persona que lo respira.
Farmacológicamente, los hidrocarburos por encima del etano se pueden agrupar con los anestésicos generales en la gran clase conocida como depresores del sistema nervioso central. Los vapores de estos hidrocarburos irritan levemente las mucosas. La potencia de irritación aumenta de pentano a octano. En general, la toxicidad de los alcanos tiende a aumentar a medida que aumenta el número de carbonos de los alcanos. Además, los alcanos de cadena lineal son más tóxicos que los isómeros ramificados.
Los hidrocarburos de parafina líquida son disolventes de grasas e irritantes primarios de la piel. El contacto repetido o prolongado con la piel secará y desengrasará la piel, lo que provocará irritación y dermatitis. El contacto directo de los hidrocarburos líquidos con el tejido pulmonar (aspiración) provocará neumonitis química, edema pulmonar y hemorragia. Intoxicación crónica por n-hexano o mezclas que contengan n-el hexano puede implicar polineuropatía.
El propano no causa síntomas en humanos durante exposiciones breves a concentraciones de 10,000 ppm (1%). Una concentración de 100,000 ppm (10%) no irrita notablemente los ojos, la nariz o las vías respiratorias, pero produce un ligero mareo en pocos minutos. El gas butano causa somnolencia, pero no produce efectos sistémicos durante una exposición de 10 minutos a 10,000 1 ppm (XNUMX%).
El pentano es el miembro más bajo de la serie que es líquido a temperatura y presión ambiente. En estudios humanos, una exposición de 10 min a 5,000 ppm (0.5%) no provocó irritación de las mucosas ni otros síntomas.
El heptano causó un ligero vértigo en hombres expuestos durante 6 min a 1,000 ppm (0.1 %) y durante 4 min a 2,000 ppm (0.2 %). Una exposición de 4 minutos a 5,000 ppm (0.5 %) de heptano provocó un marcado vértigo, incapacidad para caminar en línea recta, hilaridad y falta de coordinación. Estos efectos sistémicos se produjeron en ausencia de molestias de irritación de las mucosas. Una exposición de 15 min a heptano a esta concentración produjo un estado de embriaguez caracterizado por una hilaridad incontrolada en algunos individuos, y en otros produjo un estupor que duró 30 min después de la exposición. Estos síntomas se intensificaron con frecuencia o se notaron por primera vez en el momento de entrar en una atmósfera no contaminada. Estas personas también se quejaron de pérdida de apetito, náuseas leves y un sabor parecido a la gasolina durante varias horas después de la exposición al heptano.
El octano en concentraciones de 6,600 a 13,700 ppm (0.66 a 1.37%) provocó narcosis en ratones en 30 a 90 min. No hubo muertes ni convulsiones como resultado de estas exposiciones a concentraciones inferiores a 13,700 ppm (1.37 %).
Debido a que es probable que en una mezcla de alcanos los componentes tengan efectos tóxicos aditivos, el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (NIOSH) ha recomendado mantener un valor límite umbral para los alcanos totales (C5 a C8) de 350 mg/m3 como promedio ponderado en el tiempo, con un valor máximo de 15 min de 1,800 mg/m3. n-El hexano se considera por separado debido a su neurotoxicidad.
n-hexano
n-El hexano es un hidrocarburo (o alcano) alifático de cadena lineal saturado con la fórmula general CnH2n + 2 y uno de una serie de hidrocarburos con puntos de ebullición bajos (entre 40 y
90 °C) obtenible del petróleo por varios procesos (craqueo, reformado). Estos hidrocarburos son una mezcla de alcanos y cicloalcanos con cinco a siete átomos de carbono.
(n-pentano, n-hexano, n-heptano, isopentano, ciclopentano, 2-metilpentano,
3-metilpentano, ciclohexano, metilciclopentano). Su destilación fraccionada produce hidrocarburos individuales que pueden tener diversos grados de pureza.
El hexano se vende comercialmente como una mezcla de isómeros con seis átomos de carbono, con un punto de ebullición de 60 a
70 °C. Los isómeros que lo acompañan con más frecuencia son el 2-metilpentano, el 3-metilpentano, el 2,3-dimetilbutano y el 2,2-dimetilbutano. El termino hexano técnico en uso comercial denota una mezcla en la que se encuentran no sólo n-hexano y sus isómeros, pero también otros hidrocarburos alifáticos de cinco a siete átomos de carbono (pentano, heptano y sus isómeros).
Hidrocarburos con seis átomos de carbono, incluidos n-hexano, están contenidos en los siguientes derivados del petróleo: éter de petróleo, petróleo (gasolina), nafta y ligroína, y combustibles para aviones a reacción.
Exposición a n-hexanoe puede resultar de ocupacional o no-causas ocupacionales. En el campo laboral puede ocurrir por el uso de solventes para colas, cementos, adhesivos o fluidos desengrasantes. Él n-El contenido de hexano de estos disolventes varía. En colas para calzado y cemento de caucho, puede llegar a ser del 40 al 50% del peso del solvente. Los usos a los que se hace referencia aquí son aquellos que han causado enfermedades profesionales en el pasado, y en algunos casos se ha reemplazado el hexano con heptano. Exposición ocupacional a n-El hexano también puede producirse por inhalación de vapores de gasolina en depósitos de combustible o talleres de reparación de vehículos de motor. El peligro de esta forma de exposición ocupacional, sin embargo, es muy leve, porque la concentración de n-hexano en la gasolina para vehículos de motor se mantiene por debajo del 10 % debido a la necesidad de un índice de octano alto.
La exposición no ocupacional se encuentra principalmente entre niños o drogadictos que practican la inhalación de pegamento o gasolina. Aquí el n-contenido de hexano varía desde el valor ocupacional en el pegamento hasta 10% o menos en gasolina.
Peligros
n-hexano puede penetrar el cuerpo de dos maneras: por inhalación o a través de la piel. La absorción es lenta de cualquier manera. De hecho, las mediciones de la concentración de n-hexano en el aliento exhalado en condiciones de equilibrio han demostrado el paso de los pulmones a la sangre de una fracción del n-hexano inhalado de 5.6 a 15%. La absorción a través de la piel es extremadamente lenta.
n-El hexano tiene los mismos efectos sobre la piel descritos anteriormente para otros hidrocarburos alifáticos líquidos. El hexano tiende a vaporizarse cuando se ingiere o se aspira en el árbol traqueobronquial. El resultado puede ser una dilución rápida del aire alveolar y una marcada caída en su contenido de oxígeno, con asfixia y el consiguiente daño cerebral o paro cardíaco. Las lesiones pulmonares irritativas que se producen tras la aspiración de homólogos superiores (p. ej., octano, nonano, decano, etc.) y de mezclas de los mismos (p. ej., queroseno) no parecen ser un problema con el hexano. Los efectos agudos o crónicos casi siempre se deben a la inhalación. El hexano es tres veces más tóxico que el pentano. Los efectos agudos ocurren durante la exposición a altas concentraciones de n-vapores de hexano y van desde mareos o vértigo después de una breve exposición a concentraciones de alrededor de 5,000 ppm, hasta convulsiones y narcosis, observadas en animales a concentraciones de alrededor de 30,000 ppm. En humanos, 2,000 ppm (0.2 %) no produce síntomas en una exposición de 10 min. Una exposición de 880 ppm durante 15 minutos puede causar irritación en los ojos y las vías respiratorias superiores en humanos.
Los efectos crónicos ocurren después de una exposición prolongada a dosis que no producen síntomas agudos evidentes y tienden a desaparecer lentamente cuando finaliza la exposición. A fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, se llamó la atención sobre brotes de polineuropatía sensitivomotora y sensitiva entre trabajadores expuestos a mezclas de solventes que contenían n-hexano en concentraciones que oscilan principalmente entre 500 y 1,000 ppm con picos más altos, aunque concentraciones tan bajas como 50 ppm pueden causar síntomas en algunos casos. En algunos casos se observó atrofia muscular y afectación de nervios craneales como trastornos visuales y entumecimiento facial. Alrededor del 50% mostró denervación y regeneración de los nervios. Se quejó de hormigueo, entumecimiento y debilidad de las extremidades distales, principalmente en las piernas. A menudo se observaban tropiezos. Los reflejos del tendón de Aquiles desaparecieron; el tacto y la sensación de calor estaban disminuidos. El tiempo de conducción se redujo en los nervios motores y sensoriales de los brazos y las piernas.
El curso de la enfermedad es generalmente muy lento. Después de la aparición de los primeros síntomas, a menudo se observa un deterioro del cuadro clínico por un agravamiento de la deficiencia motora de las regiones originalmente afectadas y su extensión a las que hasta entonces estaban sanas. Este deterioro puede ocurrir durante algunos meses después de que haya cesado la exposición. La extensión generalmente se realiza desde los miembros inferiores hacia los superiores. En casos muy graves aparece parálisis motora ascendente con deficiencia funcional de los músculos respiratorios. La recuperación puede tardar entre 1 y 2 años. La recuperación suele ser completa, pero puede persistir una disminución de los reflejos tendinosos, en particular del tendón de Aquiles, en condiciones de aparente bienestar pleno.
Se han observado síntomas en el sistema nervioso central (defectos de la función visual o de la memoria) en casos graves de intoxicación por n-hexano y se han relacionado con la degeneración de los núcleos visuales y los tractos de las estructuras hipotalámicas. Estos pueden ser permanentes.
En cuanto a las pruebas de laboratorio, las pruebas hematológicas y hematoquímicas más habituales no muestran cambios característicos. Lo mismo ocurre con los análisis de orina, que muestran un aumento de la creatinuria sólo en casos graves de parálisis con hipotrofia muscular.
El examen del líquido cefalorraquídeo no conduce a hallazgos característicos, ni manométricos ni cualitativos, salvo casos raros de aumento del contenido proteico. Parece que sólo el sistema nervioso muestra cambios característicos. Las lecturas del electroencefalograma (EEG) suelen ser normales. En casos graves de enfermedad, sin embargo, es posible detectar arritmias, molestias e irritaciones generalizadas o subcorticales. La prueba más útil es la electromiografía (EMG). Los hallazgos indican lesiones mielínicas y axonales de los nervios distales. Se reducen la velocidad de conducción motora (MCV) y la velocidad de conducción sensitiva (SCV), se modifica la latencia distal (LD) y se disminuye el potencial sensorial (SPA).
El diagnóstico diferencial con respecto al resto de polineuropatías periféricas se basa en la simetría de la parálisis, en la extrema rareza de la pérdida de sensibilidad, en la ausencia de cambios en el líquido cefalorraquídeo y, sobre todo, en el conocimiento de que ha habido exposición a solventes que contienen n-hexano y la ocurrencia de más de un caso con síntomas similares del mismo lugar de trabajo.
Experimentalmente, grado técnico n-el hexano ha producido trastornos nerviosos periféricos en ratones a 250 ppm y concentraciones más altas después de 1 año de exposición. Investigaciones metabólicas han indicado que en cobayos n-el hexano y la metilbutilcetona (MBK) se metabolizan a los mismos compuestos neurotóxicos (2-hexanodiol y 2,5-hexanodiona).
Las modificaciones anatómicas de los nervios que subyacen a las manifestaciones clínicas descritas anteriormente se han observado, ya sea en animales de laboratorio o en seres humanos enfermos, mediante biopsia muscular. El primero convincente n-La polineuritis por hexano reproducida experimentalmente se debe a Schaumberg y Spencer en 1976. Las modificaciones anatómicas de los nervios están representadas por la degeneración axonal. Esta degeneración axonal y la consiguiente desmielinización de la fibra comienzan en la periferia, particularmente en las fibras más largas, y tienden a desarrollarse hacia el centro, aunque la neurona no muestra signos de degeneración. El cuadro anatómico no es específico de la patología de n-hexano, pues es común a una serie de enfermedades nerviosas debidas a venenos tanto en uso industrial como no industrial.
Un aspecto muy interesante de n-La toxicología del hexano radica en la identificación de los metabolitos activos de la sustancia y sus relaciones con la toxicología de otros hidrocarburos. En primer lugar, parece establecido que la patología nerviosa es causada únicamente por n-hexano y no por sus isómeros mencionados anteriormente o por puro n-pentano o n-heptano.
La figura 1 muestra la vía metabólica de n-hexano y metilo n-butilcetona en seres humanos. Se puede ver que los dos compuestos tienen una ruta metabólica común y que MBK se puede formar a partir de n-hexano. La patología nerviosa se ha reproducido con 2-hexanol, 2,5-hexanodiol y 2,5-hexanodiona. Es obvio, como se ha demostrado, además, por experiencia clínica y experimentación con animales, que MBK también es neurotóxico. El más tóxico de los n-metabolitos de hexano en cuestión es 2,5-hexanediona. Otro aspecto importante de la conexión entre n-El metabolismo y la toxicidad del hexano es el efecto sinérgico que se ha demostrado que la metiletilcetona (MEK) tiene en la neurotoxicidad de n-hexano y MBK. La MEK por sí sola no es neurotóxica ni para animales ni para humanos, pero ha provocado lesiones del sistema nervioso periférico en animales tratados con n-hexano o MBK que surgen más rápidamente que lesiones similares causadas por esas sustancias solas. Lo más probable es que la explicación se encuentre en una actividad de interferencia metabólica de MEK en la vía que conduce desde n-hexano y MBK a los metabolitos neurotóxicos mencionados anteriormente.
Figura 1. La vía metabólica del n-hexano y la metil-n-butilcetona
DESAPARECIDO
Medidas de Seguridad y Salud
Está claro de lo que se ha observado anteriormente que la asociación de n-Debe evitarse el hexano con MBK o MEK en disolventes para uso industrial. Siempre que sea posible, sustituya heptano para hexano.
En cuanto a los TLV vigentes para n-hexano, se han observado modificaciones del patrón EMG en trabajadores expuestos a concentraciones de 144 mg/ml (40 ppm) que no han estado presentes en trabajadores no expuestos a n-hexano. El seguimiento médico de los trabajadores expuestos se basa tanto en el conocimiento de los datos relativos a la concentración de n-hexano en la atmósfera y en la observación clínica, particularmente en el campo neurológico. El control biológico de 2,5-hexanodiona en la orina es el indicador de exposición más útil, aunque MBK será un factor de confusión. Si es necesario, la medición de n-el hexano en el aire exhalado al final del turno puede confirmar la exposición.
Cicloparafinas (cicloalcanos)
Las cicloparafinas son hidrocarburos alicíclicos en los que tres o más de los átomos de carbono de cada molécula están unidos en una estructura de anillo y cada uno de estos átomos de carbono del anillo está unido a dos átomos de hidrógeno o grupos alquilo. Los miembros de este tienen la fórmula general CnH2n. Los derivados de estas cicloparafinas incluyen compuestos como el metilciclohexano (C6H11CH3). Desde el punto de vista de la seguridad y salud en el trabajo, los más importantes son el ciclohexano, el ciclopropano y el metilciclohexano.
Ciclohexano se usa en removedores de pinturas y barnices; como disolvente de lacas y resinas, caucho sintético y grasas y ceras en la industria de la perfumería; como producto químico intermedio en la fabricación de ácido adípico, benceno, cloruro de ciclohexilo, nitrociclohexano, ciclohexanol y ciclohexanona; y para determinaciones de peso molecular en química analítica. Ciclopropano sirve como anestésico general.
Peligros
Estas cicloparafinas y sus derivados son líquidos inflamables y sus vapores formarán concentraciones explosivas en el aire a temperatura ambiente normal.
Pueden producir efectos tóxicos por inhalación e ingestión, y tienen una acción irritante y desengrasante sobre la piel. En general, las cicloparafinas son anestésicos y depresores del sistema nervioso central, pero su toxicidad aguda es baja y, debido a su casi total eliminación del organismo, el peligro de intoxicación crónica es relativamente leve.
Ciclohexano. La toxicidad aguda del ciclohexano es muy baja. En ratones, la exposición a 18,000 61.9 ppm (5 mg/l) de vapor de ciclohexano en el aire produjo temblores en 15 min, alteración del equilibrio en 25 min y decúbito completo en 6 min. En conejos, el temblor se produjo en 15 min, el equilibrio alterado en 30 min y la decúbito completo en 50 min. No se encontraron cambios tóxicos en los tejidos de conejos después de la exposición durante 6 periodos de 1.46 h a concentraciones de 434 mg/l (300 ppm). XNUMX ppm fue detectable por el olor y algo irritante para los ojos y las membranas mucosas. El vapor de ciclohexano provoca una anestesia débil de breve duración pero más potente que el hexano.
La experimentación con animales ha demostrado que el ciclohexano es mucho menos dañino que el benceno, su análogo aromático de anillo de seis miembros y, en particular, no ataca el sistema hematopoyético como lo hace el benceno. Se cree que la virtual ausencia de efectos nocivos en los tejidos que forman la sangre se debe, al menos parcialmente, a las diferencias en el metabolismo del ciclohexano y el benceno. Se han determinado dos metabolitos del ciclohexano: ciclohexanona y ciclohexanol; el primero se oxida parcialmente a ácido adípico; ninguno de los derivados del fenol que son una característica de la toxicidad del benceno se han encontrado como metabolitos en animales expuestos al ciclohexano, y esto ha llevado a que se proponga el ciclohexano como disolvente sustituto del benceno.
Metilciclohexano Tiene una toxicidad similar pero inferior a la del ciclohexano. No se produjeron efectos por exposiciones repetidas de conejos a 1,160 ppm durante 10 semanas, y solo se observaron daños leves en los riñones y el hígado a 3,330 ppm. La exposición prolongada a 370 ppm pareció ser inofensiva para los monos. No se han informado efectos tóxicos por exposición industrial o intoxicación en humanos por metilciclohexano.
Los estudios en animales muestran que la mayor parte de esta sustancia que entra en el torrente sanguíneo se conjuga con ácidos sulfúrico y glucurónico y se excreta en la orina como sulfatos o glucurónidos, y en particular el glucurónido de trans-4-metilciclohexanol.
Tablas de hidrocarburos saturados y alicíclicos
Tabla 1 - Información química.
Tabla 2 - Riesgos para la salud.
Tabla 3 - Riesgos físicos y químicos.
Tabla 4 - Propiedades físicas y químicas.