Gli idrocarburi alifatici sono composti di carbonio e idrogeno. Possono essere molecole sature o insature a catena aperta, ramificate o non ramificate, la cui nomenclatura è la seguente:
- paraffine (o alcani): idrocarburi saturi
- olefine (o alcheni): idrocarburi insaturi con uno o più legami a doppio legame
- acetileni (o alchini): idrocarburi insaturi con uno o più legami a triplo legame
Le formule generali sono CnH2n + 2 per le paraffine, CnH2n per le olefine e CnH2n-2 per gli acetileni.
Le molecole più piccole sono gas a temperatura ambiente (C1 a C4). Man mano che la molecola aumenta di dimensioni e complessità strutturale, diventa un liquido con viscosità crescente (C5 a C16), e infine gli idrocarburi a più alto peso molecolare sono solidi a temperatura ambiente (sopra C16).
Gli idrocarburi alifatici di importanza industriale derivano principalmente dal petrolio, che è una miscela complessa di idrocarburi. Sono prodotti dal cracking, dalla distillazione e dal frazionamento del petrolio greggio.
Il metano, l'elemento più basso della serie, comprende l'85% del gas naturale, che può essere prelevato direttamente da sacche o serbatoi in prossimità di depositi di petrolio. Grandi quantità di pentano sono prodotte dalla condensazione frazionata del gas naturale.
si utilizza
Gli idrocarburi saturi sono utilizzati nell'industria come combustibili, lubrificanti e solventi. Dopo aver subito processi di alchilazione, isomerizzazione e deidrogenazione, fungono anche da materiali di partenza per la sintesi di vernici, rivestimenti protettivi, plastiche, gomme sintetiche, resine, pesticidi, detergenti sintetici e un'ampia varietà di prodotti petrolchimici.
I carburanti, lubrificanti e solventi sono miscele che possono contenere molti idrocarburi diversi. Gas naturale è da tempo distribuito in forma gassosa per l'utilizzo come gas di città. Ora viene liquefatto in grandi quantità, spedito refrigerato e conservato come liquido refrigerato fino a quando non viene introdotto invariato o riformato in un sistema di distribuzione del gas di città. Gas di petrolio liquefatti (GPL), costituito principalmente da propano ed butano, vengono trasportati e stoccati sotto pressione o come liquidi refrigerati, e vengono utilizzati anche per aumentare l'approvvigionamento di gas di città. Sono utilizzati direttamente come combustibili, spesso in lavori metallurgici di alta qualità in cui è essenziale un combustibile privo di zolfo, nella saldatura e nel taglio con ossipropano e in circostanze in cui una forte domanda industriale di combustibili gassosi metterebbe a dura prova l'approvvigionamento pubblico. Le installazioni di stoccaggio per questi scopi variano in dimensioni da circa 2 tonnellate a diverse migliaia di tonnellate. I gas di petrolio liquefatti sono anche usati come propellenti per molti tipi di aerosol, e i membri superiori della serie, da eptano verso l'alto, sono usati come carburanti e solventi. isobutano viene utilizzato per controllare la volatilità della benzina ed è un componente del fluido di calibrazione dello strumento. isoottano è il carburante standard di riferimento per il numero di ottano dei carburanti, e ottano è utilizzato nei carburanti per motori antidetonante. Oltre ad essere un componente della benzina, nonano è un componente del detersivo biodegradabile.
L'uso principale di esano è come solvente in colle, cementi e adesivi per la produzione di calzature, sia in pelle che in plastica. È stato utilizzato come solvente per colle nell'assemblaggio di mobili, negli adesivi per carta da parati, come solvente per colle nella produzione di borse e valigie in pelle e finta pelle, nella fabbricazione di impermeabili, nella ricostruzione di pneumatici per automobili e nell'estrazione di oli vegetali. In molti usi, l'esano è stato sostituito da eptano a causa della tossicità di n-esano.
Non è possibile elencare tutte le occasioni in cui l'esano possono essere presenti nell'ambiente di lavoro. Si può avanzare come regola generale che la sua presenza sia da sospettare in solventi volatili e sgrassanti a base di idrocarburi derivati dal petrolio. Esano è utilizzato anche come detergente nell'industria tessile, del mobile e del cuoio.
Gli idrocarburi alifatici usati come materiali di partenza di intermedi per la sintesi possono essere singoli composti di elevata purezza o miscele relativamente semplici.
Pericoli
Incendio ed esplosione
Lo sviluppo di grandi impianti di stoccaggio prima per il metano gassoso e poi per il GPL è stato associato a esplosioni di grande entità ed effetti catastrofici, che hanno sottolineato il pericolo quando si verifica una massiccia fuoriuscita di queste sostanze. La miscela infiammabile di gas e aria può estendersi ben oltre le distanze considerate adeguate per i normali scopi di sicurezza, con il risultato che la miscela infiammabile può essere incendiata da un incendio domestico o da un motore di automobile ben al di fuori della zona di pericolo specificata. Il vapore può quindi incendiarsi su un'area molto vasta e la propagazione della fiamma attraverso la miscela può raggiungere una violenza esplosiva. Durante l'uso di questi idrocarburi gassosi si sono verificati molti incendi ed esplosioni minori, ma comunque gravi.
Gli incendi più estesi che coinvolgono idrocarburi liquidi si sono verificati quando grandi quantità di liquido sono fuoriuscite e sono defluite verso una parte dello stabilimento dove potrebbe avvenire l'accensione, oppure si sono diffuse su un'ampia superficie ed evaporate rapidamente. La famigerata esplosione di Flixborough (Regno Unito) è attribuita a una perdita di cicloesano.
Rischi per la salute
I primi due membri della serie, metano ed etano, sono farmacologicamente “inerti”, appartenenti ad un gruppo di gas detti “asfissianti semplici”. Questi gas possono essere tollerati in alte concentrazioni nell'aria inspirata senza produrre effetti sistemici. Se la concentrazione è sufficientemente elevata da diluire o escludere l'ossigeno normalmente presente nell'aria, gli effetti prodotti saranno dovuti a privazione di ossigeno o asfissia. Il metano non ha odore di avvertimento. A causa della sua bassa densità, il metano può accumularsi in zone scarsamente ventilate producendo un'atmosfera asfissiante. L'etano in concentrazioni inferiori a 50,000 ppm (5%) nell'atmosfera non produce effetti sistemici sulla persona che lo respira.
Farmacologicamente, gli idrocarburi al di sopra dell'etano possono essere raggruppati con gli anestetici generali nella grande classe nota come depressivi del sistema nervoso centrale. I vapori di questi idrocarburi sono leggermente irritanti per le mucose. La potenza di irritazione aumenta da pentano a ottano. In generale, la tossicità degli alcani tende ad aumentare all'aumentare del numero di carbonio degli alcani. Inoltre, gli alcani a catena lineare sono più tossici degli isomeri ramificati.
Gli idrocarburi di paraffina liquida sono solventi grassi e irritanti primari per la pelle. Il contatto ripetuto o prolungato con la pelle secca e sgrassa la pelle, con conseguenti irritazioni e dermatiti. Il contatto diretto di idrocarburi liquidi con il tessuto polmonare (aspirazione) provocherà polmonite chimica, edema polmonare ed emorragia. Intossicazione cronica da n-esano o miscele contenenti n-l'esano può comportare polineuropatia.
Il propano non provoca sintomi negli esseri umani durante brevi esposizioni a concentrazioni di 10,000 ppm (1%). Una concentrazione di 100,000 ppm (10%) non è notevolmente irritante per gli occhi, il naso o le vie respiratorie, ma provoca un leggero capogiro in pochi minuti. Il gas butano provoca sonnolenza, ma nessun effetto sistemico durante un'esposizione di 10 minuti a 10,000 ppm (1%).
Il pentano è il membro più basso della serie che è liquido a temperatura e pressione ambiente. Negli studi sull'uomo un'esposizione di 10 minuti a 5,000 ppm (0.5%) non ha causato irritazione delle mucose o altri sintomi.
L'eptano ha causato una leggera vertigine negli uomini esposti per 6 minuti a 1,000 ppm (0.1%) e per 4 minuti a 2,000 ppm (0.2%). Un'esposizione di 4 minuti a 5,000 ppm (0.5%) di eptano ha causato marcate vertigini, incapacità di camminare in linea retta, ilarità e incoordinazione. Questi effetti sistemici sono stati prodotti in assenza di lamentele di irritazione della membrana mucosa. Un'esposizione di 15 minuti all'eptano a questa concentrazione ha prodotto uno stato di intossicazione caratterizzato da ilarità incontrollata in alcuni individui, e in altri ha prodotto uno stupore che durava per 30 minuti dopo l'esposizione. Questi sintomi sono stati spesso intensificati o avvertiti per la prima volta al momento dell'ingresso in un'atmosfera incontaminata. Questi individui lamentavano anche perdita di appetito, lieve nausea e un sapore simile alla benzina per diverse ore dopo l'esposizione all'eptano.
L'ottano in concentrazioni da 6,600 a 13,700 ppm (da 0.66 a 1.37%) ha causato narcosi nei topi entro 30-90 min. Nessun decesso o convulsione è derivato da queste esposizioni a concentrazioni inferiori a 13,700 ppm (1.37%).
Poiché è probabile che in una miscela di alcani i componenti abbiano effetti tossici additivi, il National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) degli Stati Uniti ha raccomandato di mantenere un valore limite di soglia per gli alcani totali (C5 a C8) di 350 mg/m3 come media ponderata nel tempo, con un valore massimo di 15 minuti di 1,800 mg/m3. n-L'esano è considerato separatamente a causa della sua neurotossicità.
n-esano
n-L'esano è un idrocarburo alifatico saturo a catena lineare (o alcano) con la formula generale CnH2n + 2 e uno di una serie di idrocarburi con basso punto di ebollizione (tra 40 e
90 °C) ottenibile dal petrolio mediante vari processi (cracking, reforming). Questi idrocarburi sono una miscela di alcani e cicloalcani con da cinque a sette atomi di carbonio
(n-pentano, n-esano, n-eptano, isopentano, ciclopentano, 2-metilpentano,
3-metilpentano, cicloesano, metilciclopentano). La loro distillazione frazionata produce singoli idrocarburi che possono essere di vari gradi di purezza.
L'esano è venduto commercialmente come una miscela di isomeri con sei atomi di carbonio, bollente a 60 to
70 °C. Gli isomeri che più comunemente lo accompagnano sono 2-metilpentano, 3-metilpentano, 2,3-dimetilbutano e 2,2-dimetilbutano. Il termine esano tecnico nell'uso commerciale denota una miscela in cui si trovano non solo n-esano e suoi isomeri ma anche altri idrocarburi alifatici con XNUMX-XNUMX atomi di carbonio (pentano, eptano e loro isomeri).
Idrocarburi con sei atomi di carbonio, compreso n-esano, sono contenuti nei seguenti derivati del petrolio: etere di petrolio, benzina (benzina), nafta e ligroina e carburanti per aerei a reazione.
Esposizione a n-esanoe può derivare da lavoro o meno-cause occupazionali. In ambito lavorativo può avvenire attraverso l'utilizzo di solventi per colle, cementi, adesivi o fluidi sgrassanti. Il n-il contenuto di esano di questi solventi varia. Nelle colle per calzatura e nei cementi di gomma può raggiungere dal 40 al 50% del peso del solvente. Gli usi a cui si fa riferimento sono quelli che hanno causato malattie professionali in passato, e in alcuni casi l'esano è stato sostituito con l'eptano. Esposizione professionale a n-esano può verificarsi anche per inalazione di fumi di benzina in depositi di carburanti o officine per la riparazione di autoveicoli. Il pericolo di questa forma di esposizione professionale, tuttavia, è molto lieve, perché la concentrazione di n-esano nella benzina per autotrazione si mantiene al di sotto del 10% per la necessità di un elevato numero di ottano.
L'esposizione extraprofessionale si riscontra soprattutto tra i bambini oi tossicodipendenti che praticano l'annusata di colla o benzina. Qui il n-il contenuto di esano varia dal valore occupazionale in colla a 10% o meno a benzina.
Pericoli
n-esano può penetrare nel corpo in due modi: per inalazione o attraverso la pelle. L'assorbimento è lento in entrambi i modi. Infatti misurazioni della concentrazione di n-esano nel respiro espirato in condizioni di equilibrio hanno mostrato il passaggio dai polmoni al sangue di una frazione del n-esano inalato dal 5.6 al 15%. L'assorbimento attraverso la pelle è estremamente lento.
n-L'esano ha gli stessi effetti pelle precedentemente descritti per altri idrocarburi alifatici liquidi. L'esano tende a vaporizzare se ingerito o aspirato nell'albero tracheobronchiale. Il risultato può essere una rapida diluizione dell'aria alveolare e una marcata diminuzione del suo contenuto di ossigeno, con asfissia e conseguente danno cerebrale o arresto cardiaco. Le lesioni polmonari irritative che si verificano dopo l'aspirazione di omologhi superiori (es. ottano, nonano, decano e così via) e di loro miscele (es. cherosene) non sembrano essere un problema con l'esano. Gli effetti acuti o cronici sono quasi sempre dovuti all'inalazione. L'esano è tre volte più tossico del pentano. Gli effetti acuti si verificano durante l'esposizione ad alte concentrazioni di n-vapori di esano e vanno da capogiri o vertigini dopo una breve esposizione a concentrazioni di circa 5,000 ppm, a convulsioni e narcosi, osservate negli animali a concentrazioni di circa 30,000 ppm. Negli esseri umani, 2,000 ppm (0.2%) non producono sintomi in un'esposizione di 10 minuti. Un'esposizione di 880 ppm per 15 minuti può causare irritazione agli occhi e alle vie respiratorie superiori nell'uomo.
Gli effetti cronici si manifestano dopo un'esposizione prolungata a dosi che non producono sintomi acuti evidenti e tendono a scomparire lentamente al termine dell'esposizione. Tra la fine degli anni '1960 e l'inizio degli anni '1970, fu attirata l'attenzione sui focolai di polineuropatia sensomotoria e sensoriale tra i lavoratori esposti a miscele di solventi contenenti n-esano in concentrazioni principalmente comprese tra 500 e 1,000 ppm con picchi più elevati, sebbene concentrazioni fino a 50 ppm potrebbero causare sintomi in alcuni casi. In alcuni casi sono stati osservati atrofia muscolare e coinvolgimento dei nervi cranici come disturbi visivi e intorpidimento facciale. Circa il 50% ha mostrato denervazione e rigenerazione dei nervi, sono stati lamentati formicolio, intorpidimento e debolezza delle estremità distali, principalmente nelle gambe. L'inciampare è stato spesso osservato. I riflessi del tendine d'Achille sono scomparsi; il tatto e la sensazione di calore erano diminuiti. Il tempo di conduzione è diminuito nei nervi motori e sensoriali delle braccia e delle gambe.
Il decorso della malattia è generalmente molto lento. Dopo la comparsa dei primi sintomi si osserva spesso un deterioramento del quadro clinico attraverso un aggravamento del deficit motorio delle regioni originariamente colpite e la loro estensione a quelle finora sane. Questo deterioramento può verificarsi per alcuni mesi dopo la cessazione dell'esposizione. L'estensione avviene generalmente dagli arti inferiori a quelli superiori. Nei casi molto gravi compare una paralisi motoria ascendente con deficienza funzionale dei muscoli respiratori. Il recupero può richiedere fino a 1 o 2 anni. Il recupero è generalmente completo, ma una diminuzione dei riflessi tendinei, in particolare del tendine d'Achille, può persistere in condizioni di apparente pieno benessere.
Sintomi a carico del sistema nervoso centrale (difetti della funzione visiva o della memoria) sono stati osservati in casi gravi di intossicazione da n-esano e sono stati correlati alla degenerazione dei nuclei visivi e dei tratti delle strutture ipotalamiche. Questi possono essere permanenti.
Per quanto riguarda gli esami di laboratorio, i più comuni esami ematologici ed ematochimici non evidenziano alterazioni caratteristiche. Questo vale anche per gli esami delle urine, che mostrano un aumento della creatinuria solo nei casi gravi di paralisi con ipotrofia muscolare.
L'esame del liquido spinale non porta a reperti caratteristici, né manometrici né qualitativi, salvo rari casi di aumento del contenuto proteico. Sembra che solo il sistema nervoso mostri cambiamenti caratteristici. Le letture dell'elettroencefalogramma (EEG) sono generalmente normali. Nei casi gravi di malattia, tuttavia, è possibile rilevare aritmie, fastidio diffuso o sottocorticale e irritazione. Il test più utile è l'elettromiografia (EMG). I reperti indicano lesioni mieliniche e assonali dei nervi distali. La velocità di conduzione motoria (MCV) e la velocità di conduzione sensibile (SCV) sono ridotte, la latenza distale (LD) è modificata e il potenziale sensoriale (SPA) è diminuito.
La diagnosi differenziale rispetto alle altre polineuropatie periferiche si basa sulla simmetria della paralisi, sull'estrema rarità della perdita sensoriale, sull'assenza di alterazioni del liquido cerebrospinale e, soprattutto, sulla consapevolezza di aver avuto esposizione a contenenti solventi n-esano e il verificarsi di più di un caso con sintomi simili nello stesso posto di lavoro.
Sperimentalmente, grado tecnico n-l'esano ha prodotto disturbi dei nervi periferici nei topi a 250 ppm e concentrazioni superiori dopo 1 anno di esposizione. Le indagini metaboliche hanno indicato che nelle cavie n-esano e metil butil chetone (MBK) sono metabolizzati negli stessi composti neurotossici (2-esandiolo e 2,5-esandione).
Le modificazioni anatomiche dei nervi alla base delle manifestazioni cliniche sopra descritte sono state osservate, sia in animali da laboratorio che in esseri umani malati, mediante biopsia muscolare. Il primo convincente n-La polineurite da esano riprodotta sperimentalmente è dovuta a Schaumberg e Spencer nel 1976. Le modificazioni anatomiche dei nervi sono rappresentate da degenerazione assonale. Questa degenerazione assonale e la conseguente demielinizzazione della fibra iniziano alla periferia, in particolare nelle fibre più lunghe, e tendono a svilupparsi verso il centro, sebbene il neurone non mostri segni di degenerazione. Il quadro anatomico non è specifico per la patologia di n-esano, poiché è comune a una serie di malattie nervose dovute a veleni sia nell'uso industriale che non industriale.
Un aspetto molto interessante di nLa tossicologia dell'esano risiede nell'identificazione dei metaboliti attivi della sostanza e nelle sue relazioni con la tossicologia di altri idrocarburi. In primo luogo sembra accertato che la patologia nervosa è causata solo da n-esano e non dai suoi isomeri di cui sopra o dal puro n-pentano o n-eptano.
La Figura 1 mostra la via metabolica di n-esano e metile n-butilchetone negli esseri umani. Si può vedere che i due composti hanno una via metabolica comune e da cui si può formare MBK n-esano. La patologia nervosa è stata riprodotta con 2-esanolo, 2,5-esandiolo e 2,5-esandione. È ovvio, come è stato inoltre dimostrato dall'esperienza clinica e dall'esperimento sugli animali, che l'MBK è anche neurotossico. Il più tossico dei n-metaboliti dell'esano in questione è il 2,5-esandione. Un altro aspetto importante della connessione tra n-metabolismo e tossicità dell'esano è l'effetto sinergico che il metiletilchetone (MEK) ha dimostrato di avere nella neurotossicità di n-esano e MBK. Il MEK non è di per sé neurotossico né per gli animali né per l'uomo, ma ha provocato lesioni del sistema nervoso periferico negli animali trattati con n-esano o MBK che insorgono più rapidamente di lesioni simili causate da quelle sole sostanze. È molto probabile che la spiegazione vada trovata in un'attività di interferenza metabolica di MEK nel percorso da cui parte n-esano e MBK ai metaboliti neurotossici di cui sopra.
Figura 1. La via metabolica dell'n-esano e del metil-n-butilchetone
MISSING
Misure di sicurezza e salute
Risulta evidente da quanto sopra osservato che l'associazione di n-esano con MBK o MEK nei solventi per uso industriale è da evitare. Quando possibile, sostituire eptano per esano.
Per quanto riguarda i TLV in vigore per n-esano, sono state osservate modificazioni del pattern EMG in lavoratori esposti a concentrazioni di 144 mg/ml (40 ppm) che non erano presenti in lavoratori non esposti a n-esano. Il monitoraggio medico dei lavoratori esposti si basa sia sulla conoscenza dei dati relativi alla concentrazione di n-esano nell'atmosfera e all'osservazione clinica, in particolare in campo neurologico. Il monitoraggio biologico per il 2,5-esandione nelle urine è l'indicatore di esposizione più utile, sebbene l'MBK costituisca un fattore di confusione. Se necessario, misurazione di n-l'esano nell'aria espirata alla fine del turno può confermare l'esposizione.
Cicloparaffine (cicloalcani)
Le cicloparaffine sono idrocarburi aliciclici in cui tre o più atomi di carbonio di ciascuna molecola sono uniti in una struttura ad anello e ciascuno di questi atomi di carbonio dell'anello è unito a due atomi di idrogeno, o gruppi alchilici. I membri di questo hanno la formula generale CnH2n. I derivati di queste cicloparaffine includono composti come il metilcicloesano (C6H11CH3). Dal punto di vista della sicurezza e della salute sul lavoro, i più importanti sono il cicloesano, il ciclopropano e il metilcicloesano.
cicloesano è utilizzato in prodotti per la rimozione di vernici e vernici; come solvente per lacche e resine, gomme sintetiche, grassi e cere nell'industria dei profumi; come intermedio chimico nella produzione di acido adipico, benzene, cloruro di cicloesile, nitrocicloesano, cicloesanolo e cicloesanone; e per la determinazione del peso molecolare in chimica analitica. ciclopropano funge da anestetico generale.
Pericoli
Queste cicloparaffine ei loro derivati sono liquidi infiammabili ei loro vapori formano concentrazioni esplosive nell'aria a temperatura ambiente normale.
Possono produrre effetti tossici per inalazione e ingestione, hanno azione irritante e sgrassante sulla pelle. In generale le cicloparaffine sono anestetici e depressivi del sistema nervoso centrale, ma la loro tossicità acuta è bassa e, a causa della loro quasi completa eliminazione dall'organismo, il pericolo di intossicazione cronica è relativamente basso.
cicloesano. La tossicità acuta del cicloesano è molto bassa. Nei topi, l'esposizione a 18,000 ppm (61.9 mg/l) di vapore di cicloesano nell'aria ha prodotto tremore in 5 min, equilibrio disturbato in 15 min e decubito completo in 25 min. Nei conigli, il tremito si è verificato in 6 min, l'equilibrio disturbato in 15 min e il completo decubito in 30 min. Non sono state riscontrate alterazioni tossiche nei tessuti dei conigli dopo l'esposizione per 50 periodi di 6 ore a concentrazioni di 1.46 mg/l (434 ppm). 300 ppm erano rilevabili dall'odore e alquanto irritanti per gli occhi e le mucose. Il vapore di cicloesano provoca una debole anestesia di breve durata ma più potente dell'esano.
La sperimentazione sugli animali ha dimostrato che il cicloesano è molto meno dannoso del benzene, il suo analogo aromatico ad anello a sei membri, e, in particolare, non attacca il sistema emopoietico come fa il benzene. Si pensa che la pressoché assenza di effetti dannosi nei tessuti emopoietici sia dovuta, almeno in parte, a differenze nel metabolismo del cicloesano e del benzene. Sono stati determinati due metaboliti del cicloesano, cicloesanone e cicloesanolo, il primo parzialmente ossidato ad acido adipico; nessuno dei derivati fenolici che sono una caratteristica della tossicità del benzene è stato trovato come metaboliti negli animali esposti al cicloesano, e questo ha portato a proporre il cicloesano come solvente sostitutivo del benzene.
metilcicloesano ha una tossicità simile ma inferiore a quella del cicloesano. Nessun effetto è risultato da esposizioni ripetute di conigli a 1,160 ppm per 10 settimane e sono state osservate solo lievi lesioni renali ed epatiche a 3,330 ppm. L'esposizione prolungata a 370 ppm sembrava essere innocua per le scimmie. Non sono stati segnalati effetti tossici da esposizione industriale o intossicazione nell'uomo da metilcicloesano.
Studi su animali dimostrano che la maggior parte di questa sostanza che entra nel flusso sanguigno è coniugata con acido solforico e glucuronico ed escreta nelle urine come solfati o glucuronidi, ed in particolare il glucuronide di trans-4-metilcicloesanolo.
Tabelle degli idrocarburi saturi e aliciclici
Tabella 1 - Informazioni chimiche.
Tabella 2 - Rischi per la salute.
Tabella 3 - Pericoli fisici e chimici.
Tabella 4 - Proprietà fisiche e chimiche.