Isopreno

O isopreno (abreviación de isoterpeno), tamén chamado 2-metil-1,3-butadieno, é un composto orgánico común do grupo dos hidrocarburos coa fórmula CH2=C(CH3)CH=CH2 incoloro e bastante volátil, que é o monómero doutros compostos de maior peso molecular como os isoprenoides ou terpenoides. Utilízase industrialmente na produción de polímeros como o caucho sintético.

 Compostos derivados do isopreno 
O isopreno é o monómero que se repite na estrutura dos isoprenoides e terpenoides, un grupo de compostos moi variado e moi estendido na natureza. A fórmula molecular dun isoprenoide contén moitos isoprenos e de forma xeral pode escribirse así: (C5H8)n. En realidade, as unidades funcionais do isopreno nos sistemas biolóxicos son o dimetilalil pirofosfato (tamén chamado dimetilalil difosfato) e o seu isómero isopentenil pirofosfato (tamén chamado difosfato de isopentenilo, pirofosfato de isopentenilo ou isopreno activo).

Son isoprenoides, por exemplo, os carotenos, que son tetraterpenos. Tamén derivan do isopreno o alcol fitol, que forma parte da clorofila, o retinol (ou vitamina A), o tocoferol (ou vitamina E), o dolicol, o escualeno, do cal derivan os esteroides, e o caucho. O grupo hemo A ten unha cola isoprenoide.

 O isopreno na Natureza 
Moitas especies de árbores emiten isopreno á atmosfera (principalmente os carballos, lamagueiros, eucaliptos, e algunhas leguminosas). A produción anual de emisións de isopreno polos vexetais estímase en arredor 600 Tg, a metade da cal a realizan as árbores tropicais, e os arbustos contribúen con boa parte do resto. Isto equivale á emisión de metano á atmosfera e supón ~1/3 de todos os hidrocarburos liberados á atmosfera. Unha vez no aire, o isopreno convértese en radicais libres (como o radical hidroxilo) e en menor extensión en ozono IUPAC Subcommittee on Gas Kinetic Data Evaluation – Data Sheet Ox_VOC7, 2007 e varias especies de aldehidos, hidroperóxidos, nitratos orgánicos, e epóxidos, que se mesturan nas gotas de auga e axudan a crear aerosois e néboas.Organic Carbon Compounds Emitted By Trees Affect Air Quality, ScienceDaily, Aug. 7, 2009A source of haze , ScienceNews, August 6th, 2009 Un segundo efecto importante do isopreno na atmosfera é que en presenza de óxidos de nitróxeno (NOx) contribúe á formación de ozono troposférico (en capas baixas da atmosfera), que é un dos principais contaminantes en moitos países. O isopreno como tal non é considerado un contaminante, xa que é un produto natural das plantas. A formación de ozono troposférico é só posible en presenza de altos niveis de NOx, que se orixinan case exclusivamente nas actividades industriais.

 Produción de isopreno nas plantas 
As plantas sintetizan isopreno pola vía alternativa á do mevalonato ou vía do metileritritol fosfato que se localiza nos cloroplastos das plantas. Un dos dous produtos finais da vía alternativa á do malonato, o dimetilalil difosfato, orixina isopreno nunha reacción catalizada polo encima isopreno sintase. Por tanto, os inhibidores que bloquean a vía alternativa á do mevalonato, como a fosmidomicina, tamén bloquean a formación de isopreno. A rmisión de isopreno aumenta sensiblemente coa temperatura e chega a un máximo arredor dos 40 °C. Existe a hipótese de que o isopreno pode protexer as plantas contra o estrés por calor (hipótese da termotolerancia). Algunhas bacterias tamén emiten isopreno e pénsase que este isopreno se orixina de degradacións non encimáticas a partir de dimetilalil difosfato.

 Regulación das emisións de isopreno 
Nas plantas a emisión de isopreno está controlada tanto pola dispoñibilidade de substrato (é dicir, de dimetilalil difosfato) como pola actividade do encima isopreno sintase. En particular, a dependencia da emisión de isopreno da cantidade de luz, CO2 e O2 está controlada pola dispoñibilidade de substrato, entanto que a súa dependencia da temperatura está regulada tanto a nivel de substrato coma pola actividade do encima.

 Funcións biolóxicas 
A emisión de isopreno parece ser un mecanismo que usan as árbores para combater os estreses abióticos. En concreto, o isopreno protexe contra o estrés por calor moderada (~ 40 °C). Propúxose que a emisión de isopreno é utilizada especificamente polas plantas para protexer contra as flutuacións grandes na temperatura das follas.

O isopreno incorpórase ás membranas e axuda a estabilizalas en resposta ao estrés por calor, conferíndolles certa tolerancia aos picos de calor. O isopreno pode tamén darlle certa resistencia ás especies reactivas do osíxeno. A cantidade de isopreno liberado da vexetación depende da masa da folla, área da folla, luz (especialmente a densidade do fluxo fotónico fotosintético, ou PPFD), e a temperatura da folla. Deste modo, durante a noite, as follas das árbores emiten pouco isopreno, e durante as horas diúrnas espérase que haxa unha emisión substancial nos días soleados e calorosos de ata 25 μg/(g de peso seco de folla)/hora en moitas especies de carballos Benjamin M.T., Sudol M., Bloch L. and Winer A.M. (1996) Low-emitting urban forests: A taxonomic methodology for assigning isoprene and monoterpene emission rates. Atmospheric Environment. 30(9):1437-1452.

 O isopreno noutros organismos 
En xeral, o isopreno é o hidrocarburo máis común no corpo humano,
.
A taxa de produción estimada de isopreno no corpo humano é de 0,15 µmol/(kg·h), equivalente a aproximadamente 17 mg/día para unha persoa de 70 kg de peso. O isopreno é tamén común en baixas concentracións en moitos alimentos.

Nos animais o isopreno sintetízase pola vía do mevalonato a partir de acetil-CoA.

 Saúde 
A exposición continuada ao isopreno é sospeitosa de ser potencialmente canceríxena. O Programa Nacional de Toxicoloxía (2007) nos Estados Unidos concluíu en experimentos realizados con roedores que o isopreno pode orixinar cáncer de mama neses animais. Está incluído na lista do NTP (12º informe) como posible carcinóxeno en humanos NTP Report on Carcinogens 12th edition (2011). Isoprene is "reasonably anticipated" to be a human carcinogen. NTP Testings. Testing Status:Isoprene . O isopreno atópase no fume do tabaco e esa é a forma máis común de exposición significativa en interiores .

 Produción industrial 

O isopreno foi illado por primeira vez por descomposición termal do caucho natural.C. G. Williams, Proceedings of the Royal Society (1860) 10. Obtense industrialmente principalmente como un subproduto do cracking térmico do petróleo, durante a produción de etileno. Prodúcense anualmente arredor de 800.000 toneladas. Arredor do 95% da produción de isopreno utilízase para producir cis-1,4-poliisopreno, é dicir, caucho sintético, obtido utilizando catalizadores como o complexo trialquilaluminio-tetracloruro de titanio. O restante 5% utilízase para producir a goma copolimérica isobuteno-isopreno e outras materias plásticas.

O caucho natural é un polímero do isopreno (xeralmente do cis-1,4-poliisopreno) cun peso molecular de 100.000 a 1.000,000 de daltons. Tipicamente, atópanse tamén no caucho natural de alta calidade unha pequena porcentaxe doutros materiais, como proteínas, ácidos graxos, resinas, e materiais inorgánicos. Algunhas fontes de caucho natural chamadas gutta percha están compostas de trans-1,4-poliisopreno, un isómero estrutural que ten propiedades similares, pero non idénticas.Hans Martin Weitz and Eckhard Loser “Isoprene” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. 

Os procesos de produción industrial do isopreno usan esencialmente as fraccións C5 derivadas do petróleo e específicas reaccións de síntese. Os procesos principais son:

 Isopreno obtido de pentanos e pentenos 
O isopreno pode obterse por deshidroxenación do 2-metilbutano e do 2-metilbuteno orixinados no fraccionamento de pentanos de topping nas refinarías de petróleo, e dos pentenos orixinados no cracking. Pode utilizarse tamén n-pentano previa isomerización a 2-metilbutano.

 Proceso ENICHEM (actual Polimeros Europa) 
Disolvendo acetona e acetileno en amoníaco líquido, a unha presión de 25 atm, co catalizador hdroxido de potasio, ocorre unha condensación con produción de 2-metil-3-butin-2-ol (MBI). O MBI é parcialmente hidroxenado a MBE que, finalmente, é deshidratado cataliticamente en alúmina.

 Proceso IFP (Institut Français du Pétrole) 
Utilízase a condensación entre dúas moléculas de formaldehido e unha de isobuteno, con catálise ácida, con formación de 4,4-dimetil-1,3-dioxano. Por pirólise catalítica o dioxano elimina auga e formaldehido (que é reciclado) producindo isopreno.

 Proceso Goodyear Tire and Scientific Design Co. 
Utiliza tres fases de síntese: 
 dimerización do propeno, catalizada por un trialquilaluminio, a 2-metil-1-penteno;
 isomerización do 2-metil-1-penteno a 2-metil-2-penteno;
 pirólise do 2-metil-2-penteno, con ácido bromhídrico como catalizador, a isopreno.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Terpeno
 Esteroide

 Bibliografía 
 Merck Index: an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals, Susan Budavari (ed.), 11th Edition, Rahway, NJ : Merck, 1989, ISBN 0-911910-28-X






 Ligazóns externas 
 Carcinóxenos coñecidos e probables para os humanos  
 Science News article describing how isoprene released by plants is converted to light-scattering aerosols 

Categoría:Compostos químicos
Categoría:Hidrocarburos
Categoría:Terpenos