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No todos los alcoholes son iguales

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Para empezar, recordemos que en su artículo II, punto 3, la Convención para la prohibición de las Armas Químicas (CAQ) entiende por «precursor»1:

«Cualquier reactivo químico que intervenga en cualquier fase de la producción por cualquier método de una sustancia química tóxica. Queda incluido cualquier componente clave de un sistema químico binario o de multicomponentes.»

(A los efectos de la aplicación de la CAQ, los precursores respecto de los que se ha previsto la aplicación de medidas de verificación están enumerados en Listas incluidas en el Anexo sobre sustancias químicas.)

Y según el punto 4 de ese mismo artículo, se entiende por «componente clave de sistemas químicos binarios o de multicomponentes»1:

«El precursor que desempeña la función más importante en la determinación de las propiedades tóxicas del producto final y que reacciona rápidamente con otras sustancias químicas en el sistema binario o de multicomponentes.»

Los alcoholes son precursores de multitud de agentes químicos de guerra, y además son, en algunos casos, componentes de sistemas químicos binarios o de multicomponentes.

 

 

Los alcoholes y la CAQ1,2

A efectos de verificación la CAQ recoge en su anexo sobre sustancias químicas miles de sustancias químicas del tipo ésteres fosfóricos o ésteres fosfónicos, donde el resto alquílico del éster puede ser una cadena carbonada lineal, o más o menos ramificada, o incluso con ciclos, que no tenga más de 10 átomos de carbono:

1A.1

1A.2

1A.3

 

 

2B.4

Pese a la existencia de miles de ésteres en las Listas de la CAQ, tan solo unos pocos alcoholes están recogidos en ellas, lo que indica claramente que no todos los alcoholes son iguales:

2B.9 Quinuclidinol-3

CAS 1619-34-7

2B.11 N,N-dialquilaminoetan-2-oles

2B.13 Tiodiglicol

CAS 111-48-8

2B.14 Alcohol pinacolilico (3,3-dimetilbutan-2-ol)

CAS 464-07-3

 

3B.15 Etildietanolamina

CAS 139-87-7

3B.16 Metildietanolamina

CAS 105-59-9

3B.17 Trietanolamina

CAS 102-71-6

Todos los alcoholes listados tienen, además de sus fines no prohibidos por la CAQ, una aplicación más o menos directa para la síntesis de algunos agentes químicos de guerra, por ejemplo:

  • El quinuclidin-3-ol es junto con el ácido 2,2-difenil-2-hidroxiacético, precursor necesario del agente incapacitante benzilato de 3-quinuclidinilo, más conocido como agente BZ (CAS 6581-06-2), incluido en la Lista 2A.3.
  • El N,N-diisopropilaminoetanol es un precursor para la síntesis del O-2-diisopropilaminoetil metilfosfonito de O-etilo, agente QL (CAS 57856-11-8), precursor para la síntesis del agente neurotóxico VX (CAS 50782-69-9).
  • El tiodiglicol (CAS 111-48-8) reacciona con el cloruro de hidrógeno para formar sulfuro de bis (2-cloroetilo), el famoso agente vesicante conocido como iperita o “gas mostaza” (CAS 505-60-2).
  • El 3,3-dimetilbutan-2-ol, conocido como alcohol pinacolílico (CAS 464-07-3), es precursor del agente neurotóxico somán (CAS 96-64-0).

Se da la circunstancia de que muchos alcoholes, que son sustancias muy utilizadas para fines no prohibidos por la CAQ, no están incluidos, ni en las Listas de la CAQ, ni en las listas del Grupo Australia, y sin embargo son precursores para la síntesis de los ésteres organofosforados incluídos en las Listas.

Por ejemplo, ni el isopropanol, ni el ciclohexanol, ni el etanol están incluidos en las Listas de la CAQ, y tampoco están incluidos en el Grupo Australia, pero son precursores para la síntesis del sarín, ciclosarín y etilsarín, respectivamente:

 

 

Destrucción de las armas químicas1

En el anexo sobre la aplicación y la verificación, en su Parte IV(A) relativa a la destrucción de armas químicas y su verificación, en el artículo 2 se indica:

            …

    1. los casos de mezclas de dos o más sustancias químicas, se identificará cada una de ellas, indicándose los porcentajes respectivos, y la mezcla se declarará con arreglo a la categoría de la sustancia química más tóxica. Si un componente de un arma química binaria está constituido por una mezcla de dos o más sustancias químicas, se identificará cada una de ellas y se indicará el porcentaje respectivo;
    2. Las armas químicas binarias se declararán con arreglo al producto final pertinente dentro del marco de las categorías de armas químicas mencionadas en el párrafo 16. Se facilitará la siguiente información complementaria respecto de cada tipo de munición química binaria/dispositivo químico binario:

i) El nombre químico del producto tóxico final;

ii) La composición química y la cantidad de cada componente;

iii) La relación efectiva de peso entre los componentes;

iv) Qué componente se considera el componente clave;

v) La cantidad proyectada del producto tóxico final calculada sobre una base estequiométrica a partir del componente clave, suponiendo que el rendimiento sea del 100%. Se considerará que la cantidad declarada (en toneladas) del componente clave destinada a un producto tóxico final específico equivale a la cantidad (en toneladas) de ese producto tóxico final calculada sobre una base estequiométrica, suponiendo que el rendimiento sea del 100%;

Y en el artículo 18 de esta Parte IV(A) relativa a la destrucción de armas químicas y su verificación, se indica:

Para la destrucción de las armas químicas binarias se aplicará lo siguiente:

  1. A los efectos del orden de destrucción, se considerará que la cantidad declarada (en toneladas) del componente clave destinada a un producto final tóxico específico equivale a la cantidad (en toneladas) de ese producto final tóxico calculada sobre una base estequiométrica, suponiendo que el rendimiento sea del 100%;
  2. La exigencia de destruir una cantidad determinada del componente clave implicará la exigencia de destruir una cantidad correspondiente del otro componente, calculada a partir de la relación efectiva de peso de los componentes en el tipo pertinente de munición química binaria/dispositivo químico binario;
  3. Si se declara una cantidad mayor de la necesaria del otro componente, sobre la base de la relación efectiva de peso entre componentes, el exceso consiguiente se destruirá a lo largo de los dos primeros años siguientes al comienzo de las operaciones de destrucción;
  4. Al final de cada año operacional siguiente, cada Estado Parte podrá conservar una cantidad del otro componente declarado determinada sobre la base de la relación efectiva de peso de los componentes en el tipo pertinente de munición química binaria/dispositivo químico binario.

Esto supone que si se declarase la posesión de un componente clave de un sistema de munición química binaria, por ejemplo, si se declarasen 100 kg de DF (que con un peso molecular de 100,00 suponen 1000 moles), habría que destruir 1000 moles de un alcohol, por ejemplo, de 3,3-dimetil-2-butanol (CAS 464-07-3, Lista 2B.14), de 2-propanol (CAS 67-63-0, no listado), de 2-butanol (CAS 78-83-1, no listado), de 2,2-dimetil-1-propanol (CAS 75-84-3, no listado), o de cualquier otro de los muchos alcoholes no listados.

 

 

Guerra química

En guerra química la elección del alcohol viene condicionada por la toxicidad del agente y la disponibilidad o facilidad de síntesis del alcohol.

La siguiente tabla muestra la toxicidad en conejos, por vía intravenosa, para diferentes metilfosfonofluoridatos de O-alquilo, sarín, somán y ciclosarín, entre otros, y como puede observarse son bastante similares. En caso de requerirse un agente químico de guerra del tipo «metilfosfonofluoridato de O-alquilo» es probable que la obtención del mismo venga condicionada en gran medida por la disponibilidad del alcohol correspondiente3.

 

 

Grupo alquilo R1

Nombre del agente químico de guerra

LD50 iv en conejos (mg/kg)

CH3–

Metilfosfonofluoridato de O-metilo

0,04

CH3CH2–

Metilfosfonofluoridato de O-etilo

0,05

CH3CH2CH2–

Metilfosfonofluoridato de O-propilo

0,03

(CH3)2CH-

Metilfosfonofluoridato de O-isopropilo, sarín, GB

0,02

CH3CH2CH2CH2–

Metilfosfonofluoridato de O-butilo

0,05

CH3CH2CH(CH3)-

Metilfosfonofluoridato de O-(1-metilpropilo)

0,01

(CH3)2CH2CH-

Metilfosfonofluoridato de O-isobutilo

0,19

CH3CH2CH2CH(CH3)-

Metilfosfonofluoridato de O-(1-metilbutilo)

0,02

(CH3)2CH2CH(CH3)-

Metilfosfonofluoridato de O-(1,2-dimetilpropilo)

0,01

(CH3)3CCH2–

Metilfosfonofluoridato de O-neopentilo, Metilfosfonofluoridato de O-(2,2-dimetilpropilo)

0,01

CH3CH2CH2CH2CH2CH2–

Metilfosfonofluoridato de O-hexilo

0,15

(CH3)2CHCH2CH(CH3)-

Metilfosfonofluoridato de O-(1,3-dimetilbutilo)

0,02

(CH3)3CCH(CH3)-

Metilfosfonofluoridato de O-pinacolilo, Metilfosfonofluoridato de O-(1,2,2-trimetilpropilo), somán, GD

0,01

C6H11–

Metilfosfonofluoridato de O-ciclohexilo, ciclosarín, GF

0,02

 

 

De los alcoholes, los ésteres

La cadena carbonada lineal, o más o menos ramificada, o incluso con ciclos, que no tenga más de 10 átomos de carbono, enlazada al átomo de fósforo a través de un átomo de oxígeno, se correspondería con el alcohol esterificado. Conforme aumenta el número de átomos de carbono del alcohol aumenta de manera importante el número de isómeros posibles. La siguiente tabla muestra los posibles alcoholes de C1 a C8, con su número CAS (no se incluyen los ciclos, ni los isómeros ópticos):

 C1

 

Metanol, CAS 67-56-1

C2

Etanol, CAS 64-17-5

C3

Propanol, CAS 71-23-8

Isopropanol, CAS 67-63-0

C4

1-butanol, CAS 71-36-3

2-butanol, CAS 78-83-1

1-metil-1-propanol, CAS 78-92-2

1,1-dimetil-1-propanol, CAS 75-65-0

C5

1-pentanol, CAS 71-41-0

2-pentanol, CAS 6032-29-7

3-pentanol, CAS 584-02-1

2-metil-1-butanol, CAS 137-32-6

3-metil-1-butanol, CAS 123-51-3

2-metil-2-butanol, CAS 75-85-4

3-metil-2-butanol, CAS 598-75-4

2,2-dimetil-1-propanol, CAS 75-84-3

C6

1-hexanol, CAS 111-27-3

2-hexanol, CAS 626-93-7

3-hexanol, CAS 623-37-0

2-metil-1-pentanol, CAS 105-30-6

3-metil-1-pentanol, CAS 589-35-5

4-metil-1-pentanol, CAS 626-89-1

2-metil-2-pentanol, CAS 590-36-1

3-metil-2-pentanol, CAS 565-60-6

4-metil-2-pentanol, CAS 108-11-2

3-metil-3-pentanol, CAS 77-74-7

4-metil-3-pentanol, CAS 565-67-3

2,2-dimetil-1-butanol, CAS 1185-33-7

2-etil-1-butanol, CAS 97-95-0

2,3-dimetil-1-butanol, CAS 49550-30-2

3,3-dimetil-1-butanol, CAS 624-95-3

2,3-dimetil-2-butanol, CAS 594-60-5

3,3-dimetil-2-butanol, CAS 464-07-3 (en Lista 2B.14 de la CAQ)

C7

1-heptanol, CAS 111-70-6

2-heptanol, CAS 543-49-7

3-heptanol, CAS 589-82-2

4-heptanol, CAS 589-55-9

2-metil-1-hexanol, CAS 624-22-6

3-metil-1-hexanol, CAS 13231-81-7

4-metil-1-hexanol, CAS 818-49-5

5-metil-1-hexanol, CAS 627-98-5

2-metil-2-hexanol, CAS 625-23-0

3-metil-2-hexanol, CAS 2313-65-7

4-metil-2-hexanol, CAS 2313-61-3

5-metil-2-hexanol, CAS 627-59-8

2-metil-3-hexanol, CAS 617-29-8

3-metil-3-hexanol, CAS 597-96-6

4-metil-3-hexanol, CAS 615-29-2

5-metil-3-hexanol, CAS 623-55-2

2,2-dimetil-1-pentanol, CAS 2370-12-9

3,3-dimetil-1-pentanol, CAS 19264-94-9

4,4-dimetil-1-pentanol, CAS 3121-79-7

2-etil-1-pentanol, CAS 27522-11-8

3-etil-1-pentanol, CAS 66225-51-2

2,3-dimetil-2-pentanol, CAS 4911-70-0

2,4-dimetil-2-pentanol, CAS 625-06-9

3,3-dimetil-2-pentanol, CAS 19781-24-9

4,4-dimetil-2-pentanol, CAS 6144-93-0

3,4-dimetil-1-pentanol, CAS 6570-87-2

2,3-dimetil-1-pentanol, CAS 10143-23-4

2,4-dimetil-1-pentanol, CAS 6305-71-1

3-etil-2-pentanol, CAS 609-27-8

3,4-dimetil-2-pentanol, CAS 64502-86-9

2,2-dimetil-3-pentanol, CAS 3970-62-5

2,4-dimetil-3-pentanol, CAS 600-36-2

3-etil-3-pentanol, CAS 597-49-9

2,3-dimetil-3-pentanol, CAS 595-41-5

2,2,3-trimetil-1-butanol, CAS 55505-23-2

2,3,3-trimetil-1-butanol, CAS 36794-64-6

2-etil-3-metil-1-butanol, CAS 32444-34-1

2-etil-2-metil-1-butanol, CAS 18371-13-6

2,3,3-trimetil-2-butanol, CAS 594-83-2

C8

1-octanol, CAS 111-87-5

2-octanol, CAS 123-96-6

3-octanol, CAS 589-98-0

4-octanol, CAS 589-62-8

2-metil-1-heptanol, CAS 60435-70-3

2-metil-2-heptanol, CAS 625-25-2

2-metil-3-heptanol, CAS 18720-62-2

2-metil-4-heptanol, CAS 21570-35-4

3-metil-1-heptanol, CAS 1070-32-2

3-metil-2-heptanol, CAS 31367-46-1

3-metil-3-heptanol, CAS 5582-82-1

3-metil-4-heptanol, CAS 1838-73-9

4-metil-1-heptanol, CAS 817-91-4

4-metil-2-heptanol, CAS 56298-90-9

4-metil-3-heptanol, CAS 14979-39-6

4-metil-4-heptanol, CAS 598-01-6

5-metil-1-heptanol, CAS 7212-53-5

5-metil-2-heptanol, CAS 54630-50-1

5-metil-3-heptanol, CAS 18720-65-5

6-metil-1-heptanol, CAS 1653-40-3

6-metil-2-heptanol, CAS 4730-22-7

6-metil-3-heptanol, CAS 18720-66-6

2,2-dimetil-1-hexanol, CAS 2370-13-0

2,2-dimetil-3-hexanol, CAS 4209-90-9

2,3-dimetil-1-hexanol, CAS 19550-02-8

2,3-dimetil-2-hexanol, CAS 19550-03-9

2,3-dimetil-3-hexanol, CAS 4166-46-5

2,4-dimetil-1-hexanol, CAS 3965-59-1

2,4-dimetil-2-hexanol, CAS 42328-76-7

2,4-dimetil-3-hexanol, CAS 13432-25-2

2,5-dimetil-1-hexanol, CAS 6886-16-4

2,5-dimetil-2-hexanol, CAS 3730-60-7

2,5-dimetil-3-hexanol, CAS 19550-07-3

3,3-dimetil-1-hexanol, CAS 10524-70-6

3,3-dimetil-2-hexanol, CAS 22025-20-3

3,4-dimetil-1-hexanol, CAS 66576-57-6

3,4-dimetil-2-hexanol, CAS 19550-05-1

3,4-dimetil-3-hexanol, CAS 19550-08-4

3,5-dimetil-1-hexanol, CAS 13501-73-0

3,5-dimetil-2-hexanol, CAS 66576-27-0

3,5-dimetil-3-hexanol, CAS 4209-91-0

4,4-dimetil-1-hexanol, CAS 6481-95-4

4,4-dimetil-2-hexanol, CAS 66576-28-1

4,4-dimetil-3-hexanol, CAS 19550-09-5

4,5-dimetil-1-hexanol, CAS 60564-76-3

4,5-dimetil-2-hexanol, CAS 66576-29-2

4,5-dimetil-3-hexanol, CAS 66576-30-5

5,5-dimetil-1-hexanol, CAS 2768-18-5

5,5-dimetil-2-hexanol, CAS 31841-77-7

5,5-dimetil-3-hexanol, CAS 66576-31-6

2-etil-1-hexanol, CAS 104-76-7

3-etil-1-hexanol, CAS 41065-95-6

3-etil-2-hexanol, CAS 24448-19-9

3-etil-3-hexanol, CAS 597-76-2

4-etil-1-hexanol, CAS 66576-32-7

4-etil-2-hexanol, CAS 66576-33-8

4-etil-3-hexanol, CAS 19780-44-0

2,2,3-trimetil-1-pentanol, CAS 57409-53-7

2,2,3-trimetil-3-pentanol, CAS 7294-05-5

2,2,4-trimetil-1-pentanol, CAS 123-44-4

2,2,4-trimetil-3-pentanol, CAS 5162-48-1

2,3,3-trimetil-1-pentanol, CAS 66576-25-8

2,3,3-trimetil-2-pentanol, CAS 23171-85-9

2,3,4-trimetil-1-pentanol, CAS 6570-88-3

2,3,4-trimetil-2-pentanol, CAS 66576-26-9

2,3,4-trimetil-3-pentanol, CAS 3054-92-0

2,4,4-trimetil-1-pentanol, CAS 16325-63-6

2,4,4-trimetil-2-pentanol, CAS 690-37-9

3,3,4-trimetil-1-pentanol, CAS 65502-58-1

3,3,4-trimetil-2-pentanol, CAS 19411-41-7

3,4,4-trimetil-1-pentanol, CAS 16325-64-7

3,4,4-trimetil-2-pentanol, CAS 10575-56-1

2-etil-2-metil-1-pentanol, CAS 5970-63-8

2-etil-3-metil-1-pentanol, CAS 66576-35-0

2-etil-4-metil-1-pentanol, CAS 106-67-2

3-etil-2-metil-1-pentanol, CAS 66576-34-9

3-etil-2-metil-2-pentanol, CAS 19780-63-3

3-etil-2-metil-3-pentanol, CAS 597-05-7

3-etil-3-metil-1-pentanol, CAS 10524-71-7

3-etil-3-metil-2-pentanol, CAS 66576-22-5

3-etil-4-metil-1-pentanol, CAS 38514-13-5

3-etil-4-metil-2-pentanol, CAS 66576-23-6

2-propil-1-pentanol, CAS 58175-57-8

2-(1-metiletil)-1-pentanol, CAS 18593-91-4

2-etil-3,3-dimetil-1-butanol, CAS 66576-56-5

2-etil-2,3-dimetil-1-butanol, CAS 66576-55-4

2,2-dietil-1-butanol, CAS 13023-60-4

3-metil-2-(1-metiletil)-1-butanol, CAS 18593-92-5

2,2,3,3-tetrametil-1-butanol, CAS 66576-24-7

 

De los 161 alcoholes de esta lista solo el 3,3-dimetil-2-butanol (alcohol pinacolílico), CAS 464-07-3 está en las Listas de la CAQ, concretamente en la Lista 2B.14.

Los alcoholes se usan como disolventes y diluyentes para pinturas (principalmente alcoholes C1-C6), como intermedios en la fabricación de ésteres y de toda una gama de compuestos orgánicos, como agentes de flotación, como lubricantes, y como combustibles o aditivos de combustible. Para fines industriales, a menudo se prefieren las mezclas isoméricas porque los alcoholes puros son demasiado caros. Además, las mezclas de alcoholes con diferentes números de átomos de carbono pueden ser ventajosas para ciertos fines. Por lo tanto, las cantidades de mezclas de alcohol disponibles en el mercado son similares a las cantidades de los alcoholes puros individuales.

Desde el punto de vista industrial los alcoholes más importantes son metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol (alcohol isopropílico), 1-butanol, 2-metil-1-propanol (alcohol isobutílico), los alcoholes plastificantes (C6 – C11) y los alcoholes grasos (C12 – C18), utilizados para detergentes.

 

 

Métodos de preparación de alcoholes4,5,6,7,8

Existen muchos y muy diversos métodos de laboratorio para la preparación de alcoholes, que aparecen descritos en los múltiples libros sobre química orgánica. A modo de resumen podemos citar los siguientes:

  1. Hidratación de alquenos. La reacción de hidratación sigue la regla de Markovnikov, es decir, el protón se adiciona al carbono menos sustituido del alqueno y el grupo hidroxilo se adiciona al carbono más sustituido del alqueno.

  1. Hidroboración seguida de oxidación. La hidroboración es una reacción en la cual un alqueno reacciona con un hidruro de boro para formar un organoborano que posteriormente es oxidado con peróxido de hidrógeno en medio básico para obtener un alcohol. La reacción de hidroboración sigue la regla anti-Markovnikov, es decir, el protón se adiciona al carbono más sustituido del alqueno y el grupo hidroxilo se adiciona al carbono menos sustituido del alqueno.

  1. Hidrólisis de los halogenuros de alquilo. La hidrólisis de los halogenuros de alquilo es una reacción de sustitución nucleófila que permite la obtención del correspondiente alcohol. La utilidad de esta reacción de sustitución viene limitada por la competencia de la reacción de eliminación de halogenuro de hidrógeno que produce el correspondiente alqueno.

  1. Hidrólisis de los halogenuros de alquilo. La hidrólisis de los halogenuros de alquilo es una reacción de sustitución nucleófila que permite la obtención del correspondiente alcohol. La utilidad de esta reacción de sustitución viene limitada por la competencia de la reacción de eliminación de halogenuro de hidrógeno que produce el correspondiente alqueno.
  2. Reacción de adición nucleófila de reactivos de Grignard al grupo carbonilo (aldehídos, cetonas, ésteres y acil derivados) y a epóxidos. Mediante este procedimiento se pueden obtener ácoholes primarios, secundarios y terciarios:
    • Alcoholes primarios. Cuando la adición se lleva a cabo sobre el metanal.

    • Alcoholes secundarios. Cuando la adición se lleva a cabo sobre cualquier otro aldehído:

    • Alcoholes terciarios. Cuando la adición se lleva a cabo sobre una cetona:

    • Reacciones con ésteres y halogenuros (haluros) de ácido. Los reactivos de Grignard reaccionan con estos derivados de ácido dando alcoholes terciarios, pero se requieren dos equivalentes del reactivo de Grignard por cada equivalente del derivado de ácido:

    • Reacciones con epóxidos. Normalmente con óxido de metileno, para así obtener alcoholes primarios:

 

  1. Reducción de compuestos carbonílicos. Para la reducción de los compuestos carbonílicos se suelen emplear hidruros, como el NaBH4 que es muy selectivo y no reduce ni los ácidos ni los ésteres, o el LiAlH4 que es un reactivo más enérgico que reduce también los ácidos, los ésteres y otros derivados de ácidos. Normalmente los aldehídos se reducen a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios. Los ácidos y ésteres se reducen a alcoholes primarios.

 

A escala industrial podemos citar los siguientes procesos:

  1. Síntesis a partir de monóxido de carbono e hidrógeno (para el metanol)
  2. Oxosíntesis (la mayor parte de las veces combinada con hidrogenación de los aldehídos formados inicialmente; alcoholes de C3 a C20)
  3. Hidrogenación de aldehídos, ácidos carboxílicos o ésteres.
  4. Condensación aldólica de aldehídos inferiores e hidrogenación de los alquenilos (C3→C6, C4→C8, C8→C16)
  5. Oxidación de compuestos de trialquilaluminio (proceso Ziegler)
  6. Oxidación de hidrocarburos saturados.
  7. Hidratación de olefinas (alcoholes de C2 a C4)
  8. Homologación de alcoholes
  9. Hidrocarbonilación mediante el proceso Reppe
  10. Hidrocarboximetilación
  11. Procesos de fermentación (alcoholes de C2 a C5)
  12. Proceso Guerbet

Probablemente los procesos industriales más importantes son la síntesis de metanol y la oxosíntesis, aunque la hidratación de etileno y de propeno a etanol y a 2-propanol, y la oxidación de los compuestos de trialquilaluminio (proceso Alfol o proceso Ziegler) también ha logrado una considerable importancia comercial. La fermentación, especialmente para la producción de etanol, ha vuelto a ser importante en ciertas regiones debido al aumento de precio del petróleo.

 

Síntesis a partir de monóxido de carbono e hidrógeno (para el metanol)4

Sólo el metanol se prepara a partir de gas de síntesis (El gas de síntesis, que contiene cantidades variables de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2), es un combustible gaseoso obtenido sometiendo ciertas sustancias ricas en carbono (hulla, carbón, coque, nafta, biomasa, etc.) a un proceso químico a alta temperatura):

CO + H2 ⇔ CH3OH

CO2 + H2 ⇔ CH3OH + H2O

CO2 + H2 ⇔ CO + H2O

 

Oxosíntesis4,9

Los alcoholes en el rango C3-C20 pueden prepararse mediante oxosíntesis, haciendo reaccionar olefinas con gas de síntesis (CO + H2) para formar aldehídos usando la reacción de hidroformilación, y luego hidrogenando el aldehído para obtener el alcohol:

R-CH=CH2 + CO + 2 H2 → R-CH2CH2CH2OH

Algunas veces se aplica una etapa intermedia para agregar dos aldehídos y obtener un aldehído con mayor número de átomos de carbono (reacción de condensación aldólica), antes de proceder a la hidrogenación. Una versión particular de la oxosíntesis es el proceso Shell, en el cual la fuerte actividad hidrogenante del catalizador, HCo(CO)3PR3, conduce a la hidrogenación directa en el reactor oxo del aldehído inicialmente formado.

Los principales alcoholes obtenidos mediante este proceso (oxo-alcoholes) son: 1-butanol (CAS 71-36-3), 2-metil-2-butanol (CAS ), 2-etil-1-hexanol (CAS 75-85-4), 2-propil-1-heptanol (CAS 10042-59-8), 7-metil-1-octanol (CAS 27458-94-2) y 8-metil-1-nonanol (25339-17-7)

 

Hidrogenación de aldehídos, ácidos carboxílicos o ésteres4

Los aldehídos se pueden hidrogenar en presencia de catalizadores homogéneos o heterogéneos. Generalmente se prefieren catalizadores heterogéneos que son efectivos tanto en fase gaseosa a temperaturas de 90-180 °C y presiones de 25 bar, como en fase líquida a temperaturas de 80-220 °C y presiones de hasta 300 bar. La temperatura de hidrogenación empleada en los distintos procesos industriales es un compromiso entre el menor consumo energético posible y la más larga vida útil del catalizador.

 

Condensación aldólica de aldehídos inferiores e hidrogenación de los alquenales4 (C3→C6, C4→C8, C8→C16)

En la industria, la única fuente de aldehídos para la condensación aldólica es la oxosíntesis. Después de eliminados los isoaldehídos y otros subproductos, se realiza la condensación catalizada por ácidos o bases. Dado que la reactividad de cada aldehído depende de la longitud de la cadena y del grado de ramificación, las condiciones de reacción deben adaptarse para cada aldehído en particular. Los aldehídos insaturados (alquenales), formados por eliminación de agua en los aldoles, se hidrogenan sobre catalizadores heterogéneos.

Mediante este método, se preparan 2-etilhexanol, 2-metilpentanol y cantidades limitadas de alcoholes isómeros C16 y C18 altamente ramificados.

 

Oxidación de compuestos de trialquilaluminio (proceso Ziegler)4

El etileno puede agregarse al trietilaluminio para formar una mezcla de compuestos de trialquilaluminio de mayor masa molecular. Estos productos pueden oxidarse con aire a loscorrespondientes alcóxidos de aluminio, que luego se hidrolizan a una mezcla de alcoholes primarios lineales con el mismo número de átomos de carbono que los grupos alquilo que constituyen el trialquilaluminio:

Al(CH2CH3)3 + 3x CH2=CH2 → Al((CH2CH2)xCH2CH3)3

Al((CH2CH2)xCH2CH3)3 + 3/2 O2 → Al(O(CH2CH2)xCH2CH3)3

Al(O(CH2CH2)xCH2CH3)3  + 3 H2O → Al(OH)3 + 3 HO(CH2CH2)xCH2CH3

Esta reacción conocida como proceso Ziegler (también como síntesis Ziegler-Alfol) es el fundamento de dos procesos comerciales, uno conocido como proceso Conoco (Conoco y Deutsche Texaco) que produce alcoholes entre C2-C28, prácticamente lineales en un 100%, empleando una temperatura lo más baja posible, y otro conocido como proceso Ethyl Corporation que produce predominantemente alcoholes entre C12-C14, lineales en un 95%.

Comparación de la composición de las mezclas de alcoholes del proceso Ziegler.

Nº átomos de carbono

Proceso Conoco

Proceso Ethyl Corporation

6

9,6%

1,4%

8

16,9%

3,2%

10

20,7%

7,7%

12

19,4%

34,5%

14

15,1%

26,3%

16

9,8%

16,7%

18

5,3%

8,9%

20

3,2%

1,3%

 

Oxidación de hidrocarburos saturados4

La oxidación de los hidrocarburos alifáticos con aire en presencia de ácido metabórico, HBO2, (oxidación de Bashkirov) produce ésteres de ácido bórico con un alto rendimiento. Estos se hidrolizan en un segundo paso a alcoholes secundarios en los que los grupos hidroxilo se distribuyen estadísticamente a lo largo de la cadena molecular.

Normalmente, se utiliza como producto de partida una mezcla de n-hidrocarburos con longitudes de cadena entre 10 y 16 átomos de carbono. La oxidación se lleva a cabo en la fase líquida a 150-170 °C en presencia de 4-5% en peso de ácido metabórico empleando una mezcla de nitrógeno y oxígeno (con aproximadamente un 3,5% de O2), a presión normal o ligeramente elevada.

El producto de partida y los subproductos de oxidación se eliminan mediante evaporación instantánea y se limpian mediante lavadores de gases alcalinos y de agua. Los ésteres de ácido metabórico en el fondo de la columna de evaporación instantánea  se hidrolizan mediante la adición de pequeñas cantidades de agua a 80- 00 °C. Después de la destilación fraccionada, se obtienen alcoholes con una pureza superior al 98%. El procesado finaliza con una hidrogenación sobre catalizadores heterogéneos de níquel para eliminar las sustancias coloreadas y olorosas.

Por ejemplo, la oxidación por este método del ciclohexano permite obtener una mezcla de ciclohexanol y ciclohexanona conocida como aceite KA. El ciclohexano que se obtiene en su mayor parte por  hidrogenación del benceno es oxidado en fase líquida con aire en presencia de catalizadores solubles de cobalto o ácido bórico para producir una mezcla de ciclohexanol y de ciclohexanona (aceite KA). El ciclohexanol puede ser oxidado a ciclohexanona, que se usa para producir caprolactama, un monómero para la producción de nylon-6 (policaprolactama). El aceite de KA puede convertirse en ácido adípico y hexametilendiamina, los monómeros para la producción de nylon 66 (poli-hexametilenadipamida).

 

Hidratación de olefinas (alcoholes de C2 a C4)4

Un método común para la producción de alcoholes inferiores es la hidratación de alquenos. La hidratación de alquenos es Markovnikov, es decir, el protón se adiciona al carbono menos sustituido del alqueno (carbono con más hidrógenos) de modo que se obtienen alcoholes secundarios y terciarios (excepto en el caso del etileno):

El mecanismo transcurre con formación de un carbocatión intermedio, y la velocidad de la reacción viene determinada por la estabilidad de dicho carbocatión (terciario> secundario> primario). Por ello, la hidratación del isobuteno se produce a temperatura ambiente en presencia de bajas concentraciones de protones debido a la relativa estabilidad del carbocatión terciario intermedio, mientras que la hidratación del etileno requiere temperaturas y presiones elevadas.

La hidratación se emplea para la preparación de etanol a partir de etileno y de alcohol isopropílico a partir de propeno. También se emplea en la producción de 2-butanol a partir de una mezcla de 1-buteno y 2-buteno (raffinato II) y de alcohol terc-butílico (2-metil-2-propanol) a partir de isobuteno (isobutileno ó 2-metilpropeno).

 

Homologación de alcoholes4

Una reacción de homologación, también conocida como «homologización», es cualquier reacción química que convierte el reactivo en el siguiente miembro de la serie homóloga. Una serie homóloga es un grupo de sustancias químicas similares que difieren entre sí en un átomo de carbono, generalmente un grupo -CH2-.

La homologación de alcoholes es la reacción de alcoholes con gas de síntesis en presencia de complejos sistemas catalíticos multicomponentes. Dependiendo de las condiciones de reacción, los productos resultantes son aldehídos o alcoholes que contienen un grupo -CH2– más que los materiales de partida:

Aunque la reacción se concibió originalmente para la síntesis de etanol a partir de metanol, el alcance se ha ampliado para incluir la producción de aldehídos homólogos (acetaldehído a partir de metanol), ácidos carboxílicos (ácido propiónico a partir de ácido acético), ésteres de ácidos carboxílicos (acetato de etilo a partir de acetato de metilo), así como la síntesis de estireno (mediante la homologación de alcohol bencílico a 2-feniletanol con posterior deshidratación).

El proceso no goza de gran utilización industrial porque la conversión y la selectividad, a pesar de los considerables avances, todavía son insuficientes y porque existen problemas con el reciclaje de los complejos catalizadores de homologación.

 

Hidrocarbonilación mediante el proceso Reppe4

La hidrocarbonilación de olefinas mediante el proceso Reppe (en honor al químico alemán  Walter Reppe) con monóxido de carbono y agua, y el uso de sales amónicas del dihidruro tetracarbonilo de hierro (H2Fe(CO)4) como catalizador, conduce a alcoholes con un átomo de carbono adicional. Al igual que en la oxosíntesis, también se forman productos de cadena ramificada (la relación molar de alcoholes de cadena lineal a ramificada es de aproximadamente 9:1).

El propeno reacciona a 90-110 °C y 5-20 bar para formar butanoles con rendimientos del 90%. Aproximadamente el 4% del propeno se hidrogena a propano.

La conversión de olefinas superiores requiere condiciones más extremas. El proceso no puede competir con la hidroformilación.

 

Hidrocarboximetilación4

La hidrocarboximetilación es una variante del proceso Reppe en el que las olefinas superiores reaccionan con monóxido de carbono y metanol en presencia de un catalizador de cobalto-piridina. Los productos son ésteres de ácidos carboxílicos que contienen un átomo de carbono más en la cadena madre que la materia prima olefínica. Los ésteres se pueden hidrogenar a los alcoholes. Puesto que estos productos pueden prepararse de manera más económica a partir de materias primas naturales, el proceso apenas tiene ahora importancia industrial.

 

Procesos de fermentación (alcoholes de C2 a C5)4

La fermentación, que es probablemente el proceso más antiguo para la fabricación de etanol, todavía se practica a gran escala. La fermentación de butanolacetona de las materias primas de carbohidratos ya no tiene importancia. En pequeña escala, los pentanoles se recuperan de los aceites de fusel (mezcla de alcoholes alifáticos de longitud de cadena C3, C4 y C5, en proporciones que varían según la procedencia. Normalmente contiene 2-metil-1-butanol, 3-metil-1-butanol (alcohol isoamílico), 2-metil-1-propanol (alcohol isobutílico) y n-propanol, en un medio etanólico).

 

Proceso Guerbet4

En el proceso Guerbet, los alcoholes primarios saturados se dimerizan en alcoholes primarios ramificados en posición a. Normalmente, la reacción se lleva a cabo con el alcohol a reflujo en presencia de un agente de condensación alcalino y un catalizador de hidrogenación-deshidrogenación, por ejemplo:

El agua y las pequeñas cantidades de hidrógeno producidas en la reacción se eliminan en continuo. Si el calentamiento se prolonga durante mucho tiempo también se forman alcoholes primarios a-ramificados triméricos.

El rendimiento de alcoholes diméricos es de aproximadamente el 80%. Se puede aumentar mediante el reciclaje de los residuos y la adición en porciones de catalizador nuevo. El sodio metálico, así como otras sustancias, se han propuesto como agentes de condensación. Para fines industriales, se prefieren los hidróxidos de metales alcalinos.

Debido a que los alcoholes con la típica ramificación en posición a se preparan más fácilmente por otros métodos, por ejemplo, el 2-etil-1-hexanol por hidroformilación de propeno para dar butanal y posterior condensación de aldol, la reacción de Guerbet no se ha establecido como un proceso industrial a gran escala.

 

 

Conclusión

  • No todos los alcoholes son iguales, pues algunos, muy pocos, están incluidos en las Listas incluidas en el Anexo sobre sustancias químicas de la CAQ o en la Lista del Rrupo Australia, mientras que la mayoría de los alcoholes no están incluídos en Lista alguna.
  • Sin embargo la CAQ incluye la exigencia de destruir la cantidad estequiométrica de un alcohol, calculada a partir de la relación efectiva de peso de los componentes en el tipo pertinente de munición química binaria/dispositivo químico binario.
  • A la hora de preparar un agente químico de guerra mediante un proceso de síntesis a partir de un alcohol es probable que además de la toxicidad del producto final se tenga muy en cuenta la disponibilidad y pureza del alcohol a emplear en la síntesis, sobre todo cuando lo que prima son los efectos psicológicos sobre los efectos letales de la dispersión de un agente neurotóxico.

 

 

Referencias

  1. «Convención sobre la Prohibición del Desarrollo, la Producción, el Almacenamiento y el Empleo de Armas Químicas y sobre su Destrucción», https://www.opcw.org/sites/default/files/documents/2019/02/CWC_es.pdf
  2. «Grupo Australia», https://australiagroup.net/es/listas.html
  3. «Fluorine chemistry at the millennium-fascinated by fluorine», R.E. Banks, Elsevier Science Ltd., 2000
  4. «Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry», «Alcoholes alifáticos», 7th ed, Wiley-VCH (Editor), 2011
  5. «Química orgánica», I.L. Finar, Ed. Alhambra, 3ª ed., 1975
  6. «Química orgánica superior», L.F.Fieser & M. Fieser, Ed. Grigalbo, 1966
  7. «Química orgánica», N.L. Allinger y otros, Ed. Reverté, 1973
  8. «Reacciones de síntesis de alcoholes», https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwi71YHJtsjhAhUp8uAKHT98DVQQFjAAegQIARAC&url=https%3A%2F%2Fwww2.ulpgc.es%2Fhege%2Falmacen%2Fdownload%2F4%2F4545%2FReacciones_de_los_Alcoholes.doc&usg=AOvVaw2sYf0-92GWbgom2704PDWq
  9. «Oxo alcohols», Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Oxo_alcohol

 

 

 

VX: el retorno de la alquimia

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El diccionario de la lengua española define alquimia como1:

«Alquimia: Del árabe hispánico alkímya, este del árabe clásico kīmiyā[‘], y este del griego χυμεία chymeía ‘mezcla de líquidos’.

1. f. Conjunto de especulaciones y experiencias, generalmente de carácter esotérico, relativas a las transmutaciones de la materia, que influyó en el origen de la ciencia química y tuvo como fines principales la búsqueda de la piedra filosofal y de la panacea universal.»

Para otros autores la palabra alquimia proviene de la preposición árabe «al» que significa sublime, excelente, y del término «química», de modo que la alquimia vendría a ser la química sublime o la química por excelencia2.

La alquimia, que por tradición siempre ha sido un arte oculto, hermético, y reservado solo a iniciados, también sería la química hermética, en honor a su fundador Hermes Trimegisto2.

El diccionario de la lengua española define hermético como3:

«hermético, ca»:Del lat. mediev. hermeticus, y este der. del lat. tardío Hermes [Trismegistus] ‘Hermes [Trimegisto]’, nombre griego del dios egipcio Tot, a quien le atribuyeron conocimientos esotéricos y de alquimia.

  1. adj. Que se cierra de tal modo que no deja pasar el aire u otros fluidos.
  2. adj. Impenetrable, cerrado, aun tratándose de algo inmaterial.
  3. adj. Dicho de una corriente filosófico-religiosa: Seguidora de los escritos atribuidos a Hermes Trimegisto.

Y según el Oxford Living Dictionaries, hermético (hermética) también se refiere a4:

  1. Que cierra perfectamente de modo que no deja pasar el aire ni el líquido.
  2. Que es difícil de conocer, entender o descifrar.
  3. De Hermes Trimegisto (hipotético filósofo egipcio de la Antigüedad a quien se atribuye la invención de la alquimia) o relacionado con él.

La Alquimia pretende la elaboración de lo que tradicionalmente se ha llamado «piedra filosofal» o «piedra de los filósofos». Durante la Edad Media y el Renacimiento a la posesión de la «piedra filosofal» se le atribuía la posesión de la riqueza (transmutación en oro), la salud (vida eterna) y la sabiduría2.

Ahora, en pleno siglo XXI, la alquimia retorna en la síntesis binaria del VX, ese famoso agente químico de guerra perteneciente a los agentes neurotóxicos persistentes.

El arsenal químico declarado por la República Árabe Siria y el asesinato de Kim Jong-nam en el aeropuerto de Kuala Lumpur contienen aspectos químicos que se asemejan más a la alquimia por eso de ser «difíciles de conocer, entender o descifrar». Las reacciones químicas que parecen estar implicadas en la síntesis binaria del agente VX parecen más, reacciones de «transmutación» propias de un alquimista, que difíciles reacciones se síntesis propias de un buen químico orgánico. Recordemos que la química es una ciencia experimental, y no parece que los datos experimentales apoyen las síntesis binarias propuestas, tal y como veremos a continuación.

 

Esterificación5

Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido carboxílico y un alcohol. Cuando se habla de ésteres suele ser para referirse a los ésteres de los ácidos carboxílicos, pero en principio pueden formar ésteres prácticamente todos los oxiácidos inorgánicos, por ejemplo, los ésteres fosfóricos, de gran importancia en bioquímica, derivan del ácido fosfórico:

En general, este procedimiento requiere de temperaturas elevadas y de tiempos de reacción largos, y presenta numerosos inconvenientes, por lo que suelen utilizarse derivados del ácido más activos, como los anhídridos de ácido o los cloruros de ácido:

La reacción de la esterificación puede describirse como el ataque nucleofílico del oxígeno del alcohol sobre el carbono del grupo carboxílico, de modo que el protón del alcohol migra al grupo hidroxilo del ácido y luego es eliminado como agua.

Los tioésteres se puede preparar de la misma manera que oxiésteres, empleando un tiol en lugar de un alcohol:

 

Síntesis del VX6,7,8

Todos los procedimientos registrados para la síntesis de los agentes neurotóxicos de la familia del VX (Lista 1A.3 de la CAQ, alquilfosfonotiolatos) pasan por la obtención de diclorometilfosfina (CH3PCl2, número CAS 676-83-5) o, más raramente, de dicloroetilfosfina (CH3CH2PCl2, número CAS 1498-40-4) como productos intermedios. A partir de la correspondiente dicloroalquilfosfina es posible utilizar varias rutas de síntesis6:

Si se emplea el método conocido como «transesterificación», se obtiene primero el correspondiente dialquil metilfosfonito, por ejemplo, el O,O´-dietil metilfosfonito que luego es transesterificado por calentamiento con el correspondiente N,N-dialquilaminoetanol, por ejemplo, con N,N-diisopropilaminoetanol, para obtener el correspondiente O-(2-dialquilaminoetil) alquilfosfonito de O-alquilo, por ejemplo, el O-(2-diisopropilaminoetil) metilfosfonito de O-etilo (QL, número CAS 57856-11-8), el cual reacciona con azufre elemental o con polisulfuro de dimetilo, y mediante calentamiento tiene lugar el reordenamiento tiono-tiolo que conduce a la formación del correspondiente agente neurotóxico de guerra, VX en nuestro caso6,7,8.

Síntesis completa del VX mostrando la etapa final que constituye la síntesis binaria empleada en las municiones químicas

Las otras rutas que parten también de la correspondiente dicloroalquilfosfina conducen, o bien a la obtención del correspondiente O,O´-dialquil alquilfosfonotionato, que luego es hidrolizado al correspondiente ácido O-alquil alquilfosfonotióico, o bien a la obtención de dicho ácido O-alquil alquilfosfonotióico. La posterior alquilación del tioácido con la correspondiente 2-cloroetil (N,N-dialquilamina) bajo condiciones básicas produce el correspondiente agente neurotóxico con un buen rendimiento. La alquilación puede realizarse en condiciones acuosas o en disolventes orgánicos (por ejemplo en acetona o en benceno). Condiciones acuosas proporcionan mejores rendimientos y productos más puros excepto para los N,N-dimetilamino derivados, para los cuales se prefiere benceno como disolvente6.

Obtención del agente VE partiendo de diclorometilfosfina

Obtención del S-(2-dimetilaminoetil) metilfosfonotiolato de O-etilo a partir de los correspondientes alquilfosfonocloridato y N,N-dialquilaminoetanotiol

 

Los alquimistas de la OPAQ9,10,11

Hace ya varios años en 2013, la OPAQ, con motivo de la destrucción de las armas químicas sirias, empleaba una «química hermética». En su trigésima cuarta reunión, el Consejo Ejecutivo adoptaba una decisión en la que se establecían los requisitos detallados para la destrucción de las armas químicas sirias y las instalaciones de producción de armas químicas sirias (EC-M-34/DEC.1, de fecha 15 de noviembre de 2013).

En esa decisión consideraba, entre otras cosas, los motivos por los que la República Árabe Siria proponía que la destrucción de sus armas químicas tendría que llevarse a cabo fuera de su territorio y establecía los plazos para su retirada y destrucción fuera del territorio de la República Árabe Siria9,10:

«a) para el agente mostaza y los componentes binarios clave de armas químicas DF, A, B y BB, incluida la sal BB, declarados por la República Árabe Siria: retirada del territorio de la República Árabe Siria no más tarde del 31 de diciembre de 2013. Para estas sustancias químicas, la destrucción debe comenzar lo antes posible, teniendo lugar la destrucción efectiva no más tarde del 31 de marzo de 2014, y la destrucción de las masas de reacción resultantes debe tener lugar en una fecha que habrá de convenir el Consejo, a partir de la recomendación del Director General en relación con el plan para la destrucción; y

b) para todas las demás sustancias químicas declaradas por la República Árabe Siria: retirada del territorio de la República Árabe Siria no más tarde del 5 de febrero de 2014, con la salvedad de que el isopropanol se destruirá en la República Árabe Siria no más tarde del 1 de marzo de 2014. Para estas sustancias químicas, la destrucción debe comenzar lo antes posible y debe concluir no más tarde del 30 de junio de 2014.»

El DF (metilfosfonildifluoruro, número CAS 676-99-3) es considerado en la CAQ, arma química de «categoría 1» y fue denominado «sustancia de prioridad 1» por el Director General de la OPAQ pues forma parte del sistema binario para la síntesis del sarín.

El componente binario clave «A», sería según todas las hipótesis el O-etil metilfosfonotioato de sodio, con número CAS 22307-81-9, incluido en Lista 2B.4 y considerado en la CAQ como arma química de «categoría 2». También fue considerado «sustancia de prioridad 1» por el Director General de la OPAQ, pero no forma parte de sistema binario alguno conocido. Los otros componentes binarios clave «B» y «BB» serían respectivamente, según todas las hipótesis el clorhidrato de dietil cloroetilamina (número CAS 869-24-9, incluido en Lista 2B.10) y el clorhidrato de diisopropil cloroetilamina (número CAS 4261-68-1, incluido en lista 2B.10). Ambas sustancias son consideradas en la CAQ como armas químicas de «categoría 2» y también fueron denominados «sustancias de prioridad 1» por el Director General de la OPAQ, pero ninguno de ellas forma parte de un sistema binario conocido para la obtención de VM y VX,

Según parece los alquimistas de turno suponían que los componentes del sistema binario del VX y del VM eran el O-etil metilfosfonotioato de sodio (también conocido como EMPTA, CAS 22307-81-9), sustancia incluida en la Lista 2B.4 de la CAQ y el correspondiente cloruro de 2-aminoetil-N,N-dialquilo

Obtención de VX a partir del O-etil metilfosfonotioato de sodio y el clorhidrato de diisopropil cloroetilamina

Obtención de VM a partir del O-etil metilfosfonotioato de sodio y el clorhidrato de dietil cloroetilamina

Por el simple hecho de que sean dos precursores los que participan en la síntesis final del agente químico de guerra, el sistema no tiene por qué ser lo que se entiende por un sistema binario.

El sistema binario conocido por los químicos emplea los precursores de Lista 1B.10 de la CAQ, el O-(2-dietilaminoetil) metilfosfonito de O-etilo (número CAS 55523-55-2) para el VM, y el O-(2-diisopropilaminoetil) metilfosfonito de O-etilo (QL, número CAS 57856-11-8) para el VX.

Sistema binario para la obtención de VM

Sistema binario para la obtención de VX

 

En relación también a la destrucción de las armas químicas declaradas por Siria, en un artículo acerca de la toxicidad y respuesta médica frente a los agentes neurotóxicos VM y VX publicado en 2015, los autores del mismo indican que mezclando en solución acuosa el O-etil metilfosfonotioato de sodio con el correspondiente precursor químico, clorhidrato de dietil cloroetilamina para el VM o clorhidrato de diisopropil cloroetilamina para el VX, se obtiene el correspondiente agente neurotóxico de elevada toxicidad11.

Sin embargo para su estudio, ellos obtienen el VM y el VX mediante cloración del metilfosfonato de O,O-dimetilo con cloruro de oxalilo (número CAS 79-37-8) para conseguir el metilfosfonocloridato de O-etilo (número CAS 5284-09-3), que posteriormente hacen reaccionar con N,N-dietilaminoetanotiolato de litio o con N,N-diisopropilaminoetanotiolato de litio para obtener, el VM o el VX, respectivamente11:

Obtención de VM11

Obtención de VX11

 

Pero tampoco en este caso podemos hablar de sistema binario.

 

Las asesinas alquimistas12,13

La alquimia aparece también en el asesinato, el día 14 de febrero de 2017, de Kim Jong-nam, hermano del líder norcoreano Kim Jong-Un. Según describen Nakagawa & Tu en un artículo de reciente aparición13, al principio nadie sabía quién había asesinado al Sr. Kim Jong-nam, ni con qué tipo de veneno y ni con qué propósito. El asesinato que lugar en el concurrido aeropuerto de Kuala Lumpur, la capital de Malasia, a plena luz del día, fue perpetrado por dos mujeres, que primero una, y luego otra, frotaron con sus manos la cara de la víctima. Inicialmente se informó de que el veneno empleado había sido metil paratión, un potente insecticida organofosforado, pero posteriormente la policía de Malasia informó que se había encontrado VX en el cuerpo de Kim Jong-nam.

Lo sorprendente fue el escaso tiempo empleado por las dos mujeres para frotar con las dos manos la cara de Kim, con tan solo 7 segundos de separación la una de la otra. Si en verdad se trataba de VX, ¿cómo pudieron las mujeres aplicar con sus manos desnudas un agente neurotóxico letal? Puesto que la policía de Malasia informó que no había encontrado rastro alguno del precursor binario del VX, el QL (O-(2-diisopropilaminoetil) metilfosfonito de O-etilo), resulta obvio, dicen los autores, que las asesinas debieron emplear un sistema binario del VX modificado13.

Los minuciosos análisis químicos realizados por el gobierno de Malasia indican que Kim Jong-nam murió por la acción del VX. Realizada la auptosia, los compuestos hallados en su cuerpo y en su ropa fueron, además del agente neurotóxico VX, cloruro de 2-(diisopropilamino)etilo, 2-(diisopropilamino) etanotiol, ácido O-etil metilfosfonotióico, ácido O-etil metilfosfónico, sulfuro de bis(2-diisopropilaminoetilo), disulfuro de bis(2-diisopropilaminoetilo) y 2-(dimetilamino)etanol13.

También se realizaron análisis químicos detallados a las dos mujeres, la vietnamita Doan Thi Huong, y la indonesia Siti Aisyah, resultando que los compuestos identificados en Kim Jong-nam y en las dos mujeres eran diferentes en cada uno de los casos, y según dice el artículo altamente sugerente de tratarse de un sistema binario13.

Resulta ciertamente extraño que los compuestos identificados en las dos mujeres resultaran drásticamente diferentes, como muestra la siguiente tabla. Si no hubo un sistema binario de VX, el asesinato debió producirse con el propio agente VX, y en ese caso los compuestos hallados en las dos mujeres deberían haber sido los mismos13.

 

Sustancia identificada Kim Jong-nam Mujer vietnamita Mujer indonesia
VX √ √
Cloruro de 2-(diisopropilamino)etilo √ √
2-(diisopropilamino)etanotiol √ √
Ácido O-etil metilfosfonotióico √
Ácido O-etil metilfosfónico √ √
Sulfuro de bis(2-diisopropilaminoetilo) √
Disulfuro de bis(2-diisopropilaminoetilo) √ √
2-(dimetilamino)etanol √

Tabla resumen de los compuestos químicos identificados en la víctima y en las dos mujeres acusadas del asesinato extraída del artículo de Nakagawa & Tu

A partir de estos datos, los autores del artículo sugieren que se podría haber utilizado ácido O-etil metilfosfónico y 2-(diisopropilamino)etanotiol para generar VX en la cara de Kim Jong-Nam, con ayuda de algún catalizador, pero no aportan datos adicionales, ni resultados experimentales que apoyen esta posibilidad13:

Reacción indicada por Nakagawa & Tu para la síntesis del VX

A partir de estos mismos datos, existiría también la posibilidad de obtener VX a partir del  ácido O-etil metilfosfonotióico y del cloruro de 2-(diisopropilamino)etilo:

Otra posible reacción de síntesis de VX a partir de los compuestos identificados

No creo sin embargo que estas reacciones constituyan un sistema binario, que permita la obtención de VX por el simple frotamiento de los precursores con la piel de la víctima. Todo apunta a que la vietnamita Doan Thi Huong, y la indonesia Siti Aisyah serían unas excelentes alquimistas.

 

 

Químicos versus alquimistas

La bibliografía consultada acerca de la síntesis del VX (y del VM) no menciona ningún sistema de síntesis binaria que incluya las reacciones que supuestamente conducirían a la síntesis del VX (y del VM) a partir de los precursores declarados por la República Árabe Siria, o a partir de los compuestos identificados en asesinato de Kim Jong-nam. La química (los químicos) no ha conseguido aclarar estos dudosos aspectos de síntesis binaria, de modo que en estos casos la síntesis del VX parece cosa de alguna transmutación propia de alquimistas, de ahí el título… VX: el retorno de la alquimia.

 

 

Referencias

  1. «Alquimia», Diccionario de la lengua española, RAE, http://dle.rae.es/?id=25KSS9r
  2. «Alquimia, tras la piedra filosofal», Luis Silva
  3. «Hermético, ca», Diccionario de la lengua española, RAE, http://dle.rae.es/?id=KDbHSLX
  4. «Hermético», Oxford Living Dictionaries, https://es.oxforddictionaries.com/definicion/hermetico
  5. «Esterificación», https://es.wikipedia.org/wiki/Esterificaci%C3%B3n
  6. «The chemistry of organophosphorus chemical warfare agents», M. Black & J. M. Harrison, en PATAI’S Chemistry of Functional Groups, The Chemistry of Organophosphorus Compounds: Ter‐ and Quinque‐Valent Phosphorus Acids and Their Derivatives, Volume 4, pages 781-840, Wiley 1996
  7. «A Laboratory History of Chemical Warfare Agents», Jared Ledgard
  8. «VX (nerve agent)», https://en.wikipedia.org/wiki/VX_(nerve_agent)
  9. «La realidad sobre la destrucción de las armas químicas sirias», J. Domingo-René Pita, DIEEEO014-2015, http://www.ieee.es/Galerias/fichero/docs_opinion/2015/DIEEEO14-2015_ArmasQuimicas-Siria_J.DomingoRenePita.pdf
  10. «Plan for the destruction of the syrian chemical weapons outside the territory of the Syrian Arab Republic», OPAQ, EC-M-36/DG.3, de 15 de diciembre de 2013, https://dokumen.tips/download/link/opcw-plan-for-destroying-syrias-chemical-weapons
  11. «Toxicity and medical countermeasure studies on the organophosphorus nerve agents VM and VX», Helen Rice, Christopher H. Dalton,Matthew E. Price, Stuart J. Graham,A. Christopher Green, John Jenner,Helen J. Groombridge and Christopher M. Timperley, Proceedings Mathematical, Physical, and Engineering Sciences / The Royal Society. 2015;471(2176):20140891
  12. «Matando moscas a cañonazos», J. Domingo, https://cbrn.es/?p=855
  13. «Murders with VX: Aum Shinrikyo in Japan and the assassination of Kim Jong-Nam in Malaysia», Tomomasa Nakagawa & Anthony T.Tu, Forensic Toxicology 36(2), May 2018

 

Armas químicas binarias

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Hace unos días, en un artículo relativo a la toxicidad de los agentes neurotóxicos VX y VM se mencionaba que el gobierno de la República Árabe Siria había declarado la posesión de los agentes neurotóxicos VX y VM en forma binaria.1
En mi opinión, tal afirmación nos es correcta, pues aunque sí declaró precursores que permitirían la obtención de VX y VM, éstos precursores no forman parte de lo que debería entenderse como un sistema binario de armas químicas. En cambio si declaró la posesión de sarín (GB) en forma binaria, declarando la posesión de 581,5 toneladas de difluoruro de metilfosfonilo (DF) y una cantidad en el entorno de las 133 toneladas de isopropanol.

El término armas químicas binarias no está claramente definido en los textos científicos y legales, y por ello se emplea muchas veces de manera errónea.
Si consultamos el Diccionario de la Real Academia Española de la Lengua, podemos leer: binario, ria., (Del lat. binarĭus). 1. adj. Compuesto de dos elementos, unidades o guarismos.
Con el adjetivo «binario» también encontramos numerosos términos de lo más variopinto, por ejemplo, números binarios, sistemas binarios, compuestos binarios, reacciones binarias, etc..

Armas químicas binarias
En la página web de la OPAQ en la sección «Acerca de las armas químicas», en «Tipos de agentes químicos», «agentes nerviosos», se describe la «Tecnología binaria«2, donde se describe bastante bien lo que son las armas químicas binarias:

Casi todas las municiones químicas son del tipo «unitarias», es decir contienen en su interior el agente químico de guerra «activo» y listo para su uso. La tecnología binaria implica que la etapa final en la síntesis del agente se traslada de la instalación química al dispositivo (generalmente un proyectil o una bomba de aviación), que se convierte de este modo en una especie de reactor químico. Los dos precursores del sistema binario se almacenan en compartimentos separados, y lanzado el dispositivo se mezclan y reaccionan muy rápidamente para formar al agente neurotóxico antes de que se alcance el objetivo.
Hasta el momento de su lanzamiento, el dispositivo contiene dos precursores de toxicidad moderada o baja, y por tanto, resulta más seguro su fabricación, almacenamiento, transporte e, incluso, su destrucción.
En 1991, Irak declaró a la Comisión Especial de las Naciones Unidas (UNSCOM) un concepto diferente de munición binaria. Los dispositivos se fabrican, almacenan y transportan conteniendo sólo uno de los precursores del sistema binario. Justo antes de su uso, se abre el dispositivo y se le agrega el otro precursor del sistema binario, de modo que la reacción comienza antes de lanzar el dispositivo.

Los sistemas binarios de armas químicas conocidos se refieren a los agentes neurotóxicos de guerra de las listas 1.A.1 y 1.A.3, alquilfosfonofluoridatos y alquilfosfonotiolatos:

  • Sarin (GB-2): difluoruro de metilfosfonilo (DF) + isopropanol. El isopropanol está mezclado con isopropilamina (mezcla OPA) cuya finalidad es fijar el fluoruro de hidrógeno que se produce en la reacción de síntesis del sarín:

 GB2

  • Soman (GD-2): difluoruro de metilfosfonilo (DF) + Alcohol pinacolílico (3,3-dimetilbutanol-2):

 GD2

  • VX (VX-2): Metilfosfonito de O-etil-2-diisopropilaminoetilo de O-etilo (QL) + azufre:

 VX2

La Convención para la Prohibición de las Armas Químicas (CAQ)3 cita en su texto varias veces el término «binario», pero no contiene una definición clara que aporte luz al asunto. Así, por ejemplo:

En su Artículo II, DEFINICIONES Y CRITERIOS, indica que a los efectos de la presente Convención:

3. Por «precursor» se entiende:
Cualquier reactivo químico que intervenga en cualquier fase de la producción por cualquier método de una sustancia química tóxica. Queda incluido cualquier componente clave de un sistema químico binario o de multicomponentes.
(A los efectos de la aplicación de la presente Convención, los precursores respecto de los que se ha previsto la aplicación de medidas de verificación están enumerados en Listas incluidas en el Anexo sobre sustancias químicas.)
4. Por «componente clave de sistemas químicos binarios o de multicomponentes» (denominado en lo sucesivo «componente clave») se entiende:
El precursor que desempeña la función más importante en la determinación de las propiedades tóxicas del producto final y que reacciona rápidamente con otras sustancias químicas en el sistema binario o de multicomponentes.

También en su Parte IV (A), DESTRUCCIÓN DE ARMAS QUIMICAS Y SU VERIFICACION DE CONFORMIDAD CON EL ARTICULO IV, en el apartado A. DECLARACIONES, podemos leer:

2. Para la declaración de las sustancias químicas mencionadas en el inciso i) del apartado c) del párrafo 1 se aplicará lo siguiente:

d) En los casos de mezclas de dos o más sustancias químicas, se identificará cada una de ellas, indicándose los porcentajes respectivos, y la mezcla se declarará con arreglo a la categoría de la sustancia química más tóxica. Si un componente de un arma química binaria está constituido por una mezcla de dos o más sustancias químicas, se identificará cada una de ellas y se indicará el porcentaje respectivo;
e) Las armas químicas binarias se declararán con arreglo al producto final pertinente dentro del marco de las categorías de armas químicas mencionadas en el párrafo 16. Se facilitará la siguiente información complementaria respecto de cada tipo de munición química binaria/dispositivo químico binario:

i) El nombre químico del producto tóxico final;
ii) La composición química y la cantidad de cada componente;
iii) La relación efectiva de peso entre los componentes;
iv) Qué componente se considera el componente clave;
v) La cantidad proyectada del producto tóxico final calculada sobre una base estequiométrica a partir del componente clave, suponiendo que el rendimiento sea del 100%. Se considerará que la cantidad declarada (en toneladas) del componente clave destinada a un producto tóxico final específico equivale a la cantidad (en toneladas) de ese producto tóxico final calculada sobre una base estequiométrica, suponiendo que el rendimiento sea del 100%;

Y en el apartado C. DESTRUCCIÓN, Principios y métodos para la destrucción de las armas químicas, también podemos leer:

18. Para la destrucción de las armas químicas binarias se aplicará lo siguiente:

a) A los efectos del orden de destrucción, se considerará que la cantidad declarada (en toneladas) del componente clave destinada a un producto final tóxico específico equivale a la cantidad (en toneladas) de ese producto final tóxico calculada sobre una base estequiométrica, suponiendo que el rendimiento sea del 100%;
b) La exigencia de destruir una cantidad determinada del componente clave implicará la exigencia de destruir una cantidad correspondiente del otro componente, calculada a partir de la relación efectiva de peso de los componentes en el tipo pertinente de munición química binaria/dispositivo químico binario;
c) Si se declara una cantidad mayor de la necesaria del otro componente, sobre la base de la relación efectiva de peso entre componentes, el exceso consiguiente se destruirá a lo largo de los dos primeros años siguientes al comienzo de las operaciones de destrucción;
d) Al final de cada año operacional siguiente, cada Estado Parte podrá conservar una cantidad del otro componente declarado determinada sobre la base de la relación efectiva de peso de los componentes en el tipo pertinente de munición química binaria/dispositivo químico binario.

Así pues, en el caso del sarin y del soman está claro que el componente clave es el difluoruro de metilfosfonilo (DF) capaz de reaccionar prácticamente con cualquier alcohol para producir un agente neurotóxico de la familia 1.A.1, un alquilfosfonofluoridato. También queda claro que hay que destruir, si la hay, la cantidad estequiométrica de alcohol o alcoholes, para una reacción con el DF declarado, suponiendo las reacciones con un rendimiento del 100% .

El AAP-21(2006) (NATO glossary of chemical, biological, radiological and nuclear terms and definitions, ya derogado) y el AAP-06(2014) (NATO glossary of terms and definitions) recogen la misma definición de binary chemical munition / munition chimique binaire:

«Una munición en la cual las sustancias químicas separadas en contenedores separados reaccionan cuando se mezclan o combinan como consecuencia de ser disparada, lanzada o iniciada de algún modo para producir un agente químico».

Los Estados Unidos desarrollaron las armas binarias en la década de los años 80 para reemplazar la reserva caducada de armas químicas unitarias.  Se desarrollaron y ensayaron tres sistemas de armas binarias: la munición química binaria para los lanzadores de cohetes (MLRS, Multiple Launch Rocket System), la bomba de aviación  BLU-80 conocida como «Bigeye» y los proyectiles de artillería M-687 de 155 mm. El «Bigeye»utiliza QL (líquido) y azufre (polvo) para formar aproximadamente unos 82 kilos de agente neurotóxico VX, mientras que los proyectiles binarios de 155 mm, con espoleta de percusión, llevan unos 4,6 kg de DF y unos 6,6 kg de OPA (isopropanol e isopropilamina).5 También la Unión soviética desarrolló, por esos mismos años, su programa secreto de armas químicas binarias, conocido con el código «Foliant», y en el año 1987 los soviéticos crearon un nuevo agente neurotóxico denominado «Novichok».6

 

Conclusión:

Los sistemas binarios de armas químicas conocidos parecen emplear básicamente dos tipos de precursores clave (componentes claves) los difluoruros de alquil (metil, etil, n-propil o isopropil) fosfonilo (lista 1.B.9) para la síntesis de los alquilfosfonofluoridatos (sarín, soman, etc.) y los fosfonitos de O-alquilo O-2-dialquil (metil, etil, n-propil o isopropil) aminoetil alquilo (metilo, etilo, n-propilo o isopropilo) (lista 1.B.10) para la síntesis de los alquilfosfonotiolatos (VX, VM, etc.).

La química empleada en los sistemas binarios es casi la misma que se emplea en el laboratorio, pero en este último caso la pureza y los rendimientos son notablemente  mejores.7

Que dos precursores permitan la obtención de un agente no significa que formen un sistema binario, es importante que no requieran otros disolventes, ni aditivos, ni control de temperatura, etc., y sobre todo que reaccionen espontánemente para producir el agente químico.

 

Referencias:

  1. Toxicity and medical countermeasure studies on the organophosphorus nerve agents VM and VX, Helen Rice, Christopher H. Dalton, Matthew E. Price, Stuart J. Graham, A. Christopher Green, John Jenner, Helen J. Groombridge, Christopher M. Timperley, The Royal Society, April 2015, Volume: 471 Issue: 2176, http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/471/2176/20140891
  2. https:www.OPCW.orgabout-Chemical-weaponstypes-of-Chemical-agentnerve-Agents
  3. http://www.opcw.org/sp/convencion-sobre-las-armas-quimicas/texto-completo/
  4. AAP-21 http://wcnjk.wp.mil.pl/plik/file/N_20130808_AAP21.pdf
  5. Beyond the Chemical Weapons Stockpile: The Challenge of Non-Stockpile Materiel, M. E. Blackwood, disponible en https://www.armscontrol.org/act/1998_06-07/blajj98
  6. History of Russia’s chemical weapons, G. Vásárhelyi & L. Földi, AARMS,HISTORY
    Vol. 6, No. 1 (2007) 135–146, disponible en http://ludita.uni-nke.hu/repozitorium/bitstream/handle/11410/1866/15vasa.pdf?sequence=1
  7. The Preparatory Manual of Chemical Warfare Agents, Jared B. Ledgard, Paranoid Publications Group, 2003.