Etileno

O etileno ou eteno (nome da IUPAC) é un hidrocarburo do grupo dos alquenos coa fórmula C2H4 ou H2C=CH2. É un gas incoloro inflamable cun feble cheiro "doce e almiscrado" cando é puro.H. S. Booth and M. B. Campbell (1926), Studies of Anesthetic Ethylene: I. The Odor of Ethylene. Anesthesia and Analgesia, July–August 1929, pages 221-226. É o alqueno máis simple (hidrocarburo con dobre enlace carbono-carbono), e o segundo hidrocarburo insaturado máis simple despois do acetileno (C2H2).

O etileno é moi utilizado na industria química, e a súa produción mundial, que ascendeu a uns 109 millóns de toneladas en 2006, supera a de calquera outro composto orgánico. O etileno é tamén unha importante hormona vexetal, utilizada en agricultura para forzar a maduración os froitos.

 Estrutura e propiedades 
miniatura|260 px|esquerda|Descrición orbital dos enlaces entre o etileno e un metal de transición.
Este hidrocarburo está formado por catro átomos de hidróxeno unidos a dous carbonos, os cales están unidos entre si por dobre enlace. Os seis átomos da molécula están no mesmo plano. O ángulo H-C-H é de 117,4°, o que está preto dos 120° dun carbono con hibridación sp² ideal. A molécula é tamén relativamente ríxida: a rotación sobre o enlace C-C é un proceso de alta enerxía que require a rotura do enlace π.

O enlace π da molécula de etileno é responsable da súa útil reactividade. O dobre enlace é unha rexión de alta densidade de electróns, polo que é susceptible ao ataque de electrófilos. Moitas reaccións do etileno son catalizadas por metais de transición, os cales se unen transitoriamente ao etileno usando orbitais π ou π*.

Como é unha molécula simple, o etileno é tamén espectroscopicamente simple. O seu espectro UV-visible aínda se usa como proba para métodos teóricos.

 Usos 
As principais reaccións industriais do etileno en orde de importancia son: 1) polimerización, 2) oxidación, 3) haloxenación e hidrohaloxenación, 4) alquilación, 5) hidratación, 6) oligomerización, e 7) hidroformilación. En Europa e nos Estados Unidos, aproximadamente o 90% do etileno utilízase para producir óxido de etileno, dicloruro de etileno, etilbenceno e polietileno.

miniatura|520 px|esquerda|Principais usos industriais do etileno. No sentido das agullas do reloxo desde a parte superior dereita aparecen: as súas conversións a óxido de etileno, uso como precursor do etilén glicol; conversión a etilbenceno, precursor do estireno; a varios tipos de polietileno; o dicloruro de etileno, precursor do cloruro de vinilo.

 Polimerización 
A produción de polietileno consome máis da metade da produción mundial de etileno. O polietileno, tamén chamado politeno, é o plástico máis utilizado en todo o mundo, usado principalmente para fabricar láminas plásticas para empaquetado, e bolsas plásticas. As alfa-olefinas lineares, producidas por oligomerización (formación de polímeros curtos) utilízanse como precursores, deterxentes, plastificantes, lubricantes sintéticos, aditivos, e tamén como co-monómeros na produción de polietilenos.

 Oxidación 
O etileno é oxidado para producir óxido de etileno, unha materia prima básica na produción de surfactantes e deterxentes por etoxilación. O óxido de etileno é tamén hidrolizado para producir etilén glicol, amplamente usado como anticonxelante de automoción e tamén flicois de maior peso molecular, como glicol éteres e polietileno tereftalato.

O etileno sofre oxidación polo paladio para dar acetaldehido. Esta conversión é un proceso industrial moi importante (10M kg/ano). O proceso realízase por medio da complexación inicial do etileno cun centro Pd(II).

 Haloxenación e hidrohaloxenación 
Importantes intermediarios na haloxenación e hidrohaloxenación do etileno son o dicloruro de etileno, cloruro de etilo e dibromuro de etileno. A adición de cloro implica a "oxicloración", é dicir, non se usa o propio cloro. Algúns produtos derivados deste grupo son cloruro de polivinilo, tricloroetileno, percloroetileno, metil cloroformo, cloruro de polivinilideno e copolímeros, e bromuro de etilo.

 Alquilación 
Un importante intermediario químico da alquilación con etileno é o etilbenceno, precursor do estireno. O estireno utilízase principalmente na produción de polistireno para empaquetado e illamento, e na goma de estireno-butadieno para pneumáticos e calzado. A menor escala, prodúcense etiltolueno, etilanilinas, 1,4-hexadieno, e alquilos de aluminio. Os produtos destes intermediarios son o polistireno, poliésteres insaturados e terpolímeros etilén-propileno.

 Reacción oxo 
A hidroformilación (reacción oxo) do etileno dá lugar a propionaldehido, un precursor do ácido propiónico e do alcohol n-propílico.

 Hidratación 
O etileno é desde hai moito tempo o principal precursor non fermentativo do etanol. O método orixinal de produción implicaba a súa conversión a dietil sulfato, seguida de hidrólise. O principal método utilizado desde mediados da década de 1990 é a hidratación directa do etileno catalizada por catálise ácida sólida:Naim Kosaric, Zdravko Duvnjak, Adalbert Farkas, Hermann Sahm, Stephanie Bringer-Meyer, Otto Goebel and Dieter Mayer in "Ethanol" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2011, Wiley-VCH, Weinheim. 
C2H4 + H2O → CH3CH2OH

 Dimerización a n-butenos 
O etileno pode ser dimerizado a n-butenos utilizando un proceso con licenza de Lummus ou do IFP. O proceso Lummus produce n-butenos mixtos (principalmente 2-butenos) mentres que o proceso do IFP produce 1-buteno.

 Usos 
Un exemplo de uso do etileno é como axente anestésico (na proporción 85% etileno/15% oxíxeno). Pode tamén utilizarse para adiantar a maduración de froitos, e como gas de soldadura.

 Produción 
A produción global de etileno é crecente, e foi de 107 millóns de toneladas en 2005, de 109 millóns en 2006,National Non-Food Crops Centre NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Ethanol  de 138 millóns de toneladas en 2010 e de 141 millóns en 2011.Warren R. True, Oil and Gas Journal, 2012, vol 110, issue 7 En 2010 o etileno era producido por polo menos 117 empresas en 55 países. Para facer fronte ao continuo aumento da demanda de etileno, realizáronse grandes incrementos de produción nas plantas de produción en todo o mundo, especialmente no Oriente Próximo e na China.

O etileno fabrícase na industria petroquímica por craqueamento de vapor (steam cracking). Neste proceso, os hidrocarburos líquidos lixeiros ou gasosos quéntase a 750–950 °C, o que induce a formación de numerosas reaccións de radicais libres, e seguidamente faise un inmediato arrefriamento para deter estas reaccións. Este proceso converte os hidrocarburos grandes noutros máis pequenos e provoca a súa insaturación. O etileno sepárase da complexa mestura resultante mediante unha repetida compresión e destilación. Nun proceso relacionado utilizado nas refinerías de petróleo, os hidrocarburos de elevado peso molecular son craqueados con catalizadores de ceolita. Os materiais máis pesados, como a nafta e os gasóleos requiren podo menos dúas "torres de arrefriamento" situadas despois dos fornos de craqueamento para facer recircular a gasolina derivada da pirólise e procesar a auga. Cando a se craquea unha mestura de etano e propano, soamente cómpre unha torre de arrefriamento de auga.

As áreas dunha planta de produción de etileno son:
 fornos de craqueamento de vapor:
 recuperación da calor primaria e secundaria con arrefriamento;
 un sistema de reciclado de vapor de dilución entre os fornos e o sistema de arrefriamento;
 compresión primaria do gas craqueado (3 etapas de compresión);
 eliminación do sulfuro de hidróxeno e do dióxido de carbono (eliminación de gas ácido);
 compresión secundaria (1 ou 2 etapas);
 secado do gas craqueado;
 tratamento crioxénico;
 toda a corrente de gases craqueados fríos pasa á torre desmetanizadora. A corrente da parte superior da torre desmetanizadora consta de todo o hidróxeno e metano que estaba na corrente de gas craqueado. Esta corrente superior trátase crioxenicamente () para separar o hidróxeno do metano. A recuperación do metano é esencial para un funcionamento económico da planta de etileno.
 a corrente inferior da torre desmetanizadora pasa á torre desetanizadora. A corrente superior da torre desetanizadora consta de todas as moléculas C2 que estaban na corrente de gas craqueado. A corrente de moléculas C2 contén acetileno, o cal é explosivo por riba de 200 kPa. Se a presión parcial de acetileno se cre que supera eses valores, a corrente de compostos C2 é parcialmente hidroxenada. Os C2 pasan a un fragmentador (splitter) de C2. O produto etileno extráese da parte superior da torre e o etano que procede do fondo do fragmentador é reciclado nos fornos para ser craqueado outra vez;
 a corrente inferior da torre de desetanización pasa á torre despropanizadora. A corrente superior da torre despropanizadora consta de todos os compostos C3 que estaban na corrente de gas craqueado. Antes de facer pasar estes C3 ao fragmentador de C3, a corrente é hidroxenada para converter a mestura de metilacetileno e propadieno (aleno). Esta corrente é enviada ao fragmentador de C3. A corrente superior do fragmentador de C3 é o produto propileno e a corrente inferior é propano, o cal é enviado de novo ao forno para o seu craqueado ou utilizado como combustible.
 A corrente inferior da torre de despropanización faise pasar á torre desbutanizadora. A corrente superior do desbutanizador consta de todos os compostos C4 que estaban na corrente de gas craqueado. A corrente inferior do desbutanizador (gasolina de pirólise lixeira) consta de todos os compostos que había na corrente de gas craqueado de 5 carbonos (C5) ou máis pesados.

Como a produción de etileno é moi intensa enerxeticamente, dedícanse moitos esforzos a recuperar a calor do gas que sae dos fornos. A maioría da enerxía recuperada a partir do gas craqueado utilízase para orixinar unha corrente de alta presión. Esta corrente é á súa vez utilizada para mover as turbinas para a compresión do gas craqueado, e os compresores de refrixeración de propileno e de etileno. Unha planta de etileno, unha vez posta a funcionar, non precisa importar vapor para mover as súas turbinas de vapor. Unha planta de etileno típica a grande escala (que produza uns 0,7 miles de millóns de kg de etileno ao ano) usa un compresor de gas craqueado de , un compresor de propileno de , e un compresor de etileno de .

 Síntese de laboratorio 
Aínda que o etileno ten un grande valor industrial, apenas se usa no laboratorio e, cando é necesario, normalmente mércase. Porén, pode producirse por medio da deshidratación do etanol con ácido sulfúrico ou en fase de gas con óxido de aluminio.

 Seguridade 
Como todos os hidrocarburos, o etileno é un gas asfixiante e combustible. Foi utilizado como anestésico. Está na lista da Axencia Internacional para a Investigación do Cancro (IARC), na que é considerado como un carcinóxeno do grupo 3.

 O etileno como hormona vexetal 
miniatura|Unha vía de transdución de sinais do etileno. O etileno atravesa a membrana e únese a un receptor no retículo endoplasmático. O receptor libera o EIN2 reprimido. Este despois activa unha vía de transdución de sinais, que activa os xenes reguladores que finalmente desencadean unha resposta ao etileno. O ADN activado é transcrito a ARNm, o cal é despois traducido formando un encima funcional que se utiliza para a biosíntese do etileno.
O etileno funciona nas plantas como unha hormona. Actúa a niveis de traza ao longo de toda a vida da planta estimulando ou regulando a maduración de froitos, a apertura das flores, e a abscisión (caída) das follas.
As cámaras de maduración comerciais utilizan "xeradores catalíticos" que fabrican gas etileno a partir dun líquido que contén etanol. Xeralmente, utilízase unha concentración do gas de 500 a 2.000 ppm, durante de 24 a 48 horas. Debe terse coidado de controlar os niveis de dióxido de carbono nas cámaras de maduración, xa que a maduración a altas temperaturas produce niveis altos de CO2.

 Historia do etileno na bioloxía das plantas 
O etileno xa se utilizaba no antigo Exipto, onde lle facían cortes aos figos para estimular a súa maduración (as feridas na planta estimulan a produción de etileno nos tecidos da planta). Na antiga China queimaban incenso en habitacións pechadas para favorecer a maduración das peras. En 1864, descubriuse que o gas que se filtraba do sistema de alumeado público de gas das rúas causaba un crecemento máis lento, o retorcemento das plantas, e un engrosamento anormal dos talos. En 1901, o científico ruso Dimitry Neljubow demostrou que o compoñente activo neses procesos era o etileno. Sarah Doubt descubriu que o etileno estimulaba a abscisión en 1917. Pero ata 1934 non se demostrou, grazas aos traballos de R. Gane, que as plantas sintetizaban etileno. En 1935, Crocker propuxo que o etileno era a hormona vexetal responsable da maduración dos froitos e da senescencia dos tecidos vexetativos.Crocker W, Hitchcock AE, Zimmerman PW. 1935 Similarities in the effects of ethlyene and the plant auxins. Contrib. Boyce Thompson Inst. 7. 231-48. Auxins Cytokinins IAA Growth substances, Ethylene

 Biosíntese do etileno nas plantas 
miniatura|esquerda|O ciclo de Yang.
O etileno prodúcese esencialmente en todas as partes dunha planta superior, incluíndo follas, talos, raíces, flores, froitos, tubérculos, e sementes. A produción de etileno está regulada por varios factores ambientais e do desenvolvemento. Durante a vida da planta, a produción de etileno é inducida durante certas etapas do crecemento como a xerminación, maduración de froitos, abscisión das follas, e a senescencia das flores. A produción de etileno pode tamén ser inducida por diversos factores externos como as feridas mecánicas sufridas pola planta, estreses ambientais, e certos compostos químicos como a auxina e outros reguladores.

O etileno biosintetízase a partir do aminoácido metionina que se converte en S-adenosil-L-metionina (SAM, tamén chamada Adomet) pola acción do encima Met adenosiltransferase. A SAM é despois convertida en ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) polo encima ACC sintase (ACS). A actividade da ACS determina a velocidade de produción de etileno, e, por tanto, a regulación deste encima é clave para a biosíntese de etileno. O paso final necesita oxíxeno e implica a acción do encima ACC-oxidase (ACO), anteriormente chamado encima formador de etileno (EFE). A biosíntese de etileno pode ser inducida polo propio etileno endóxeno ou exóxeno. A síntese do precursor ACC increméntase cando hai altos niveis de auxinas, e especialmente ácido indolacético (IAA) e citocininas.

 Percepción do etileno nas plantas 
As plantas perciben o etileno por medio dunha familia de cinco proteínas transmembrana dímeras como a proteína ETR1 en Arabidopsis thaliana. Os receptores de etileno están codificados por moitos xenes no xenoma de Arabidopsis e do tomate. As mutacións en calquera dos membros desta familia xénica, que comprende os cinco receptores de Arabidopsis e os polo menos seis do tomate, poden causar unha insensibilidade ao etileno.Bleecker, A.B., Esch, J.J., Hall, A.E., Rodríguez, F.I. and Binder, B.M. (1998) The ethylene-receptor family from Arabidopsis: structure and function. Philosophical Transactions of the Royal Society, London. B Biological Sciences. 353(1374), 1405–1412.  Identificáronse secuencias de ADN para os receptores de etileno en moitas outras especies de plantas e descubriuse unha proteína que se une ao etileno en cianobacterias.

 Indutores biolóxicos e ambientais da formación de etileno 
Factores ambientais ou externos como inundacións, seca, baixas temperaturas, feridas, e o ataque de patóxenos poden inducir a formación de etileno nas plantas. Cando os terreos quedan asolagados as raíces da planta sofren unha falta de oxíxeno (anoxia) que causa a síntese de ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC). O ACC é transportado ás partes superiores da planta e despois oxidado nas follas. O etileno producido causa movementos násticos (epinastia) nas follas, que quizais axudan a que a planta perda auga.http://www.planthormones.info/epinasty.htm

 Lista de respostas das plantas ao etileno 
 Resposta tripla das plántulas: engrosamento e acurtamento do hipocótilo cun gancho apical pronunciado.
 Na polinización, cando o pole chega ao estigma, o precursor do etileno ACC, é segregado no pétalo, e o ACC orixina etileno por acción da ACC oxidase.
 Estimula a senescencia de follas e flores.
 Estimula a senescencia de células do xilema maduras.
 Induce a abscisión das follas.
 Induce a xerminación das sementes.
 Induce o crecemento dos pelos radicais, incrementando a eficiencia da absorción de auga e sales.
 Induce o crecemento de raíces adventicias durante as inundacións.
 Estimula a epinastia, o pecíolo da folla crece, a folla colga e cúrvase sobre si mesma.
 Estimula a maduración dos froitos.
 Induce un aumento climatérico na respiración celular nalgúns froitos, o que causa unha liberación adicional de etileno.
 Afecta ao gravitropismo.
 Estimula a inclinación de partes da planta nos movementos nutacionais.
 Inhibe o crecemento do talo e estimula a ampliación en largura do talo e células, e o crecemento de pólas laterais pasado o estadio de plántula (ver resposta hiponástica).
 Inhibe o crecemento do talo e o peche de estomas excepto nalgunhas plantas acuáticas ou que viven en zonas habitualmente asolagadas, como algunhas variedades de arroz, nas cales ocorre o contrario (conservando CO2 e O2).
 Induce a floración nas piñas americanas.
 Inhibe a iniciación da floración causada polos días curtos en Pharbitus nil e Chrysanthemum morifolium.

 Usos comerciais 
O etileno acurta a vida comercial de moitos froitos ao adiantar a maduración dos froitos e a senescencia floral. O etileno acurta a vida comercial das flores cortadas e de plantas en testo ao acelerar a senescencia e abscisión floral. As flores e plantas que están suxeitas a estrés durante o seu transporte en barco, manexo ou almacenamento producen etileno causando unha significativa redución no seu número de flores. As flores afectadas polo etileno son, por exemplo, o caravel, xeranio, petunia, rosa, entre moitas outras.

O etileno pode causar perdas económicas significativas para os floristas, mercados, subministradores e cultivadores. Ideáronse varios xeitos de inhibir a produción de etileno, como inhibir a síntese de etileno e a percepción do etileno. A aminoetoxivinilglicina (AVG), o ácido aminooxiacético (AOA), e os sales de prata son inhibidores do etileno. Inhibir a síntese de etileno é menos efectivo para reducir as perdas despois da colleita, xa que o etileno procedente doutras fontes pode tamén afectar á planta. Ao inhibir a percepción do etileno, os froitos, plantas e flores non responden ao etileno producido endoxenamente nin ao procedente de fontes exóxenas. Entre os inhibidores da percepción do etileno están compostos que teñen unha forma similar á do etileno, pero non orixinan unha resposta ao etileno. Un exemplo destes inhibidores é o 1-metilciclopropeno (1-MCP).

Os cultivadores comerciais de bromeliáceas, entre eles os de piñas americanas, utilizan o etileno para inducir a floración. As plantas poden ser inducidas á floración ao tratalas co gas nunha cámara ou ao colocar unha pel de plátano preto da planta nunha área pechada.

A floración do Chrysanthemum é atrasada polo gas etileno,  e os cultivadores atoparon que os "queimadores" que producen dióxido de carbono e os fumes dos escapes dos quentadores de invernadoiros ineficientes poden aumentar a concentración de etileno a 0,05 vpm (volumes por millón) causando un atraso da floración das colleitas comerciais.

 Ligando 
O etileno é un ligando en química organometálica. Un dos primeiros compostos organometálicos obtidos, o sal de Zeise, é un complexo de etileno. Uns útiles reactivos que conteñen etileno son Pt(PPh3)2(C2H4) e Rh2Cl2(C2H4)4. A hidroformilación catalizada por Rh do etileno utilízase a escala industrial para producir propionaldehido.

 Historia 
Algúns xeólogos e historiadores cren que o famoso oráculo de Delfos da Grecia Antiga (a Pitia) chegaba ao estado de transo por efecto do etileno que emanaba das fallas xeolóxicas do terreo onde se situaba o templo de Apolo, onde estaba o oráculo, pero non todos os estudosos están de acordo en responsabilizar ao etileno.

O descubridor do etileno parece que foi Johann Joachim Becher, que o obtivo ao quentar etanol con ácido sulfúrico; este autor mencionou este gas na súa obra Physica Subterranea (1669). Joseph Priestley tamén menciona este gas na súa obra Experiments and observations relating to the various branches of natural philosophy: with a continuation of the observations on air (1779), na cal informa que Jan Ingenhousz viu como un tal Sr. Enée sintetizaba etileno da mesma maneira en Ámsterdam en 1777 e que seguidamente o propio Ingenhousz tamén produciu o gas.Appendix, §VIII, pp. 474 ff., Experiments and observations relating to the various branches of natural philosophy: with a continuation of the observations on air, Joseph Priestley, London: printed for J. Johnson, 1779, vol. 1. As propiedades do etileno estudáronas en 1795 catro químicos holandeses, Johann Rudolph Deimann, Adrien Paets van Troostwyck, Anthoni Lauwerenburgh e Nicolas Bondt, que atoparon que era diferente do gas hidróxeno e que contiña carbono e hidróxeno. Este grupo tamén descubriu que o etileno podía ser combinado con cloro para producir o aceite dos químicos holandeses, o 1,2-dicloroetano; este descubrimento deulle o etileno o nome co que se coñecía daquela, que era, gas olefiante (gas que fai aceite.)

A mediados do século XIX, empezou a usarse amplamente o sufixo -eno (unha raíz do grego antigo que se engadía ao final dos nomes femininos e que significaba "filla de") para referirse a unha molécula ou parte dela que contiña uns poucos átomos de hidróxeno menos que a molécula orixinal da que derivaba. Así, etileno (C2H4) significaba "filla do etilo" (C2H5). O nome etileno era utilizado neste sentido xa en 1852.

En 1866, o químico alemán August Wilhelm von Hofmann propuxo un sistema de nomenclatura de hidrocarburos no cal se utilizaban os sufixos -ano, -eno, -ino, -ona, e -uno para denominar os hidrocarburos con 0, 2, 4, 6, e 8 átomos de hidróxenos menos que os seus alcanos parentais. Neste sistema, o etileno pasou a denominarse eteno. O sistema de Hofmann finalmente converteuse na base para a posterior nomenclatura de Xenebra aprobada polo Congreso Internacional de Químicos de 1892, que permaneceu como o núcleo da nomenclatura da actual IUPAC. Porén, daquela, o uso do nome etileno estaba firmemente arraigado, e seguiu tendo un amplo uso ata a actualidade, especialmente na industria química.

 Nomenclatura actual 
As regras de nomenclatura de 1979 da IUPAC facían unha excepción conservando o nome non sistemático etileno (en vez do sistemático eteno),IUPAC nomenclature rule A-3.1 (1979) pero esta decisión foi cambiada nas regras de 1993,Footnote to IUPAC nomenclature rule R-9.1, table 19(b) nas que o nome designado pola IUPAC para este composto é eteno. De todos modos, o nome etileno é aínda amplamente utilizado, sobre todo na industria química.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 




 Ligazóns externas 

 International Chemical Safety Card 0475
 European Chemicals Bureau Datasheet
 Speculations Towards a General Plant Hormone Theory
 MSDS

Categoría:Alquenos
Categoría:Hormonas vexetais