Isocianato
Un isocianato es un ion de fórmula - N = C = O, una base conjugada de ácido isociánico , que puede formar sales como el isocianato de sodio y compuestos químicos que llevan el grupo funcional isocianato -N = C = O.
Los compuestos de isocianato son un recurso importante para varios sectores industriales: papel , textiles , adhesivos , aislantes ( espuma de poliuretano ).
Clasificación
Según su estructura, los isocianatos orgánicos se clasifican en series alifáticas , alicíclicas y aromáticas . Los últimos son más rígidos y más receptivos que los primeros.
Una molécula puede contener una o más funciones isocianato.
Moléculas de isocianato monofuncionales
- isocianatos alifáticos: isocianato de metilo , isocianato de etilo
- isocianatos aromáticos: isocianato de fenilo .
Moléculas de isocianato difuncionales: diisocianatos
Los diisocianatos se utilizan principalmente para la fabricación de poliuretanos . Los poliuretanos obtenidos a partir de diisocianatos aromáticos son relativamente más estables que los obtenidos a partir de diisocianatos alifáticos.
Se hace una distinción entre diisocianatos simétricos y asimétricos. La simetría de los diisocianatos afecta la morfología de los dominios rígidos de los poliuretanos que los contienen.
- Diisocianatos aromáticos simétricos:
- 2,2'-diisocianato de difenilmetileno: 2,2'-MDI
- 4,4'-diisocianato de difenilmetileno: 4,4'-MDI
- Diisocianato de 4,4'-dibencilo: 4,4'-DBDI
- 2,6 diisocianato de tolueno : 2,6-TDI
- diisocianato de m-xilileno: m-XDI
- Diisocianatos aromáticos asimétricos:
- 2,4'-diisocianato de difenilmetileno: 2,4'-MDI
- 2,4'-dibencil diisocianato: 2,4'-DBDI
- 2,4-diisocianato de tolueno: 2,4-TDI
- Diisocianatos alicíclicos simétricos:
- bis (4-ciclohexilisocianato) de metileno: H 12 MDI
- Diisocianatos alicíclicos asimétricos:
- diisocianato de isoforona: IPDI
- Diisocianatos alifáticos simétricos:
Moléculas de isocianato multifuncionales: poliisocianatos
Al igual que con los diisocianatos, los poliisocianatos se utilizan principalmente para la fabricación de poliuretanos, por ejemplo, poli-difenilmetilen diisocianato (PMDI).
Reactividad de la función isocianato
La función isocianato puede reaccionar especialmente con funciones químicas que contienen hidrógeno lábil. A continuación se muestran algunos ejemplos de reacción con isocianatos:
- isocianato + amina = urea
- isocianato + alcohol = uretano :
- isocianato + agua = amina + dióxido de carbono
- isocianato + ácido carboxílico = amida + dióxido de carbono o acilurea + monóxido de carbono
- isocianato + urea = biuret
- isocianato + uretano = alofanatos
![{\ mathrm {R {-} NCO + H_ {2} O \ longrightarrow [R {-} NHCOOH]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/acad08599ab8245d881cb05ff8e9108f258fd5f4)
![{\ mathrm {[R {-} NHCOOH] \ longrightarrow R {-} NH_ {2} + CO_ {2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7bd4910a435e2ccc5efac7cfd8634383a2e44516)
El isocianato también puede reaccionar con sus contrapartes : la dimerización da uretidinedionas y la trimerización da isocianuratos .
En general, la velocidad de reacción para la adición de un compuesto con un grupo isocianato está determinada por su basicidad : cuanto más básico sea el compuesto, mayor será su velocidad de reacción con un grupo isocianato. La velocidad de reacción disminuye en el siguiente orden:
aminas alifáticas primarias> aminas alifáticas secundarias> NH 3 > aminas aromáticas> ureas alifáticas> alcoholes primarios> agua > ácidos carboxílicos > alcoholes secundarios> fenoles > ureas aromáticas> alcoholes terciarios> uretanos > amidas .
Por otro lado, la reactividad de los grupos isocianato depende del efecto inductor donador - retirador del grupo R del isocianato R - NCO. La reactividad forma entonces la siguiente secuencia creciente:
- ter-butil - < ciclohexil - <n- alquil - < bencil - < fenil - <para- nitrofenil - <cloro sulfonil -.
Sin embargo, la estabilidad térmica del uretano formado también aumenta la velocidad de reacción.
Bloqueo de la función isocianato
Para controlar la reactividad de las funciones isocianato, se recurre en particular a su bloqueo para permitir que estos compuestos se almacenen y conserven a lo largo del tiempo. El bloqueo (a veces llamado protección, el término protección aquí no corresponde exactamente al término utilizado en química orgánica) se lleva a cabo utilizando moléculas conocidas como agentes bloqueantes como fenoles, lactamas , oximas , etc. En términos generales, los agentes bloqueantes son compuestos que contienen hidrógeno lábil. Para obtener isocianatos bloqueados solubles en agua, el agente bloqueante convencionalmente utilizado es el bisulfito (HSO 3 - ). Los isocianatos así protegidos permanecen reactivos con buenos nucleófilos como las aminas.
Usos
Los diisocianatos y poliisocianatos se utilizan para la síntesis de polímeros cuya cadena esquelética contiene grupos funcionales compuestos por carbono, oxígeno y nitrógeno, como poliuretanos y poliureas, y mucho menos poliimidas y poliamidas .
seguridad
Los isocianatos son compuestos generalmente tóxicos y reactivos, que deben manipularse con cuidado. Debe evitarse estrictamente cualquier exposición directa a isocianatos o sus vapores. Por ejemplo, el isocianato de metilo causó el desastre de Bhopal , que mató a varios miles de personas, en 1984.