Butadiene

Butadiene
	1,3-Butadiene
	modello molecolare
Nome IUPAC
	1,3-butadiene
Nomi alternativi
	butadiene; bietilene; divinile; viniletilene
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C4H6
Massa molecolare (u)	54,09
Aspetto	gas incolore di odore caratteristico
Numero CAS	106-99-0
Numero EINECS	203-450-8
PubChem	7845
SMILES	C=CC=C
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	0,62 (liquefatto in c.n.)
Solubilità in acqua	735 ppm w (20 °C)
Temperatura di fusione	−108,9 °C (164,25 K)
Temperatura di ebollizione	−4,4 °C (268,75 K)
Tensione di vapore (Pa) a 293,15 K	245 kPa
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiamma	−76 °C (197,15 K)
Limiti di esplosione	1,1 - 16,3 %
Temperatura di autoignizione	414 °C (687,15 K)
TLV (ppm)	2
Simboli di rischio chimico
	pericolo
Frasi H	220 - 350 - 340 - 280
Consigli P	210 - 202 - 308+313 - 377 - 381 - 405 - 403

Il butadiene è un poliene composto da quattro atomi di carbonio ("buta" da butano) che presenta due doppi legami ("diene" da di- che indica due ed -ene che indica un doppio legame).

Struttura modifica

L'1,3-butadiene è una molecola organica composta da 4 atomi di carbonio e un doppio legame tra il carbonio 1 e il carbonio 2 e un altro doppio legame tra il carbonio 3 e il carbonio 4: CH₂=CH-CH=CH₂. È un diene coniugato.

L'1,2-butadiene rappresenta il composto isomero di struttura.

Reattività modifica

L'1,3-butadiene è un diene coniugato, e in quanto tale molto reattivo grazie alle diverse forme di risonanza che distribuiscono gli elettroni sugli orbitali; l'1,3-butadiene può subire addizione elettrofila 1,2 (cosiddetta vinilica) e 1,4, per cui si ottiene del polibutadiene nel quale a bassa temperatura predomina l'addotto 1,2 (cineticamente favorito, caratterizzato dalla formazione di un gruppo vinilico per ogni molecola reagita), mentre a temperature maggiore prevale l'addotto 1,4 (termodinamicamente più stabile).

La reazione del butadiene è esotermica, con forte sviluppo di calore, circa 340 kcal/kg nel caso della polimerizzazione del polibutadiene. La forte esotermicità va tenuta in conto al fine di evitare eccessivi incrementi di pressione; si tenga anche conto che all'incremento di temperatura corrisponde un aumento della velocità di reazione, che in alcuni casi può essere così rapida da configurarsi come vera e propria reazione fuggitiva (run-away).

La forte reattività del butadiene porta alla formazione di "pop-corn", un polimero vetroso caratterizzato da peso molecolare medio, consistenza molto dura e un aspetto fiorito, simile al pop-corn, da cui prende il nome. Industrialmente il fenomeno è tenuto sotto controllo mediante l'adozione di alcune accortezze tecniche: assenza di ossigeno anche in modeste quantità, evitare punti di ristagno (zone morte), uso di sostanze antipolimerizzanti, ecc.

Il butadiene inoltre tende a dimerizzare, per reazione di cicloaddizione di Diels-Alder, formando il vinilcicloesene. La reazione è attivata per via termica, l'aumento di temperatura accelera la reazione di dimerizzazione; per lo stoccaggio per lunghi periodi di tempo è opportuno utilizzare uno stoccaggio refrigerato.

Fonti industriali modifica

Industrialmente si ottiene principalmente in due modi:

isolandolo dalla frazione C₄ ottenuta dallo steamcracking della virgin nafta; la separazione del butadiene dalle altre molecole C4 può essere fatta mediante distillazione estrattiva con solventi selettivi (acetonitrile, azotometilpirrolidone, furfurolo); in laboratorio si può fare la separazione mediante formazione di un complesso con acetato di cuproammonio;
deidrogenazione da n-butano: catalizzatore miscela Al₂O₃/CrO₃ in rapporto 4:1, pressione 0,2 atm, temperatura 650 °C. In alternativa si possono usare miscele C4 ricche in 1-butene.
Altri metodi, che non hanno applicazioni industriali:
sintesi da etanolo, a temperatura 400-450 °C in presenza di ossidi metallici catalizzatori: 2 CH₃CH₂OH → CH₂=CHCH=CH₂ + 2 H₂O + H₂.
sintesi da butandiolo.

Utilizzo industriale modifica

Il butadiene viene utilizzato per preparare elastomeri quali il polibutadiene, il neoprene o copolimeri con stirene (gomma SBR) o con acrilonitrile (gomma nitrilica).

Piccole quantità sono utilizzate nella sintesi del nylon via adiponitrile. È usato anche per preparare industrialmente il ciclododecatriene tramite trimerizzazione.

Note tossicologiche modifica

Esposizioni acute al butadiene causano sintomi vegetativi quali disturbi visivi, vertigini, stanchezza generale, abbassamento della pressione sanguigna, mal di testa, nausea, diminuzione del battito cardiaco e svenimento.

Diversi studi tossicologici indicano che un'esposizione cronica al butadiene può causare malattie cardiovascolari e cancro (categoria 1 delle liste IARC). Recenti studi stanno valutando l'effetto sulla sfera riproduttiva.