Bisfenol A

O bisfenol A (BPA) é un composto químico utilizado na fabricación de diversos plásticos, entre outros usos. É un sólido incoloro que é soluble na maioría dos disolventes orgánicos comúns, pero case non ten solubilidade en auga. O BPA prodúcese a escala industrial pola condensación de fenol e acetona, e ten unha escala de produción global duns 10 millóns de toneladas en 2022.
A maior aplicación única do BPA é como co-monómero na produción de policarbonatos, que representa o 65-70% de toda a produción de BPA. A fabricación de resinas epoxi e resinas de éster vinílico supón un 25-30% do uso de BPA. O 5% restante úsase como compoñente principal de varios plásticos de alto rendemento e como aditivo menor en PVC, poliuretano, papel térmico e outros materiais. Non é un plastificante, aínda que moitas veces é etiquetado erradamente como tal.
Os efectos sobre a saúde do BPA foron obxecto dun prolongado debate público e científico. O BPA é un xenoestróxeno, que presenta propiedades similares ás hormonas que imitan os efectos dos estróxenos no corpo. Aínda que o efecto é moi débil, a omnipresencia dos materiais que conteñen BPA xera preocupación, xa que a exposición é permanente. Moitos materiais que conteñen BPA non son obvios, e inclúen revestimentos para o interior das latas de alimentos, roupa, recibos de tendas ou empastes dentais. O BPA foi investigado por axencias de saúde pública en moitos países, así como pola Organización Mundial da Saúde. Aínda que a exposición normal está por debaixo do nivel hoxe asociado ao risco, varias xurisdicións tomaron medidas para reducir a exposición por precaución, en particular prohibindo o BPA dos biberóns. Hai algunha evidencia de que a exposición ao BPA nos bebés diminuíu como resultado diso. Tamén se introduciron plásticos sen BPA, que se fabrican utilizando bisfenois alternativos como bisfenol S e bisfenol F, pero tamén hai controversia sobre se estes son de verdade máis seguros. Historia
O bisfenol A foi informado por primeira vez en 1891 polo químico ruso Aleksandr Dianin.
En 1934, os traballadores da IG Farbenindustrie informaron do acoplamento de BPA e epiclorhidrina. Durante a década seguinte, os revestimentos e resinas derivadas de materiais similares foron descritos polos traballadores das empresas DeTrey Freres en Suíza e DeVoe e Raynolds nos Estados Unidos. Este traballo inicial apoiou o desenvolvemento de resinas epoxi, que á súa vez motivou a produción de BPA. O uso de BPA expandiuse aínda máis cos descubrimentos de Bayer e General Electric sobre plásticos de policarbonato. Estes plásticos apareceron por primeira vez en 1958, sendo producidos por Mobay, GE e Bayer.
En canto á controversia sobre a interrupción endócrina, o bioquímico británico Edward Charles Dodds probou o BPA como estróxeno artificial a principios dos anos 30. Os traballos posteriores descubriron que se unía aos receptores de estróxenos de xeito decenas de miles de veces máis débil que o estradiol, a principal hormona sexual feminina natural Dodds desenvolveu un composto de estrutura, o dietilestilbestrol (DES), que se utilizou como fármaco sintético de estróxenos en mulleres e animais até que foi prohibido polo seu risco de causar cancro; a prohibición do uso de DES en humanos chegou en 1971 e en animais, en 1979 O BPA nunca se utilizou como medicamento. Produción
A síntese de BPA segue aínda o método xeral de Dianin, os fundamentos cambiando pouco en 130 anos. A condensación da acetona (de aí o sufixo 'A' no nome) con dous equivalentes de fenol é catalizada por un ácido forte, como o ácido clorhídrico concentrado, o ácido sulfúrico ou unha resina sólida de ácido como a forma de ácido sulfónico de sulfonato de poliestireno. Un exceso de fenol úsase para garantir a condensación total e limitar a formación de subprodutos, como o composto de Dianin. O BPA é bastante barato de producir, xa que a síntese se beneficia dunha alta economía de átomos e grandes cantidades de ambos os materiais de partida están dispoñibles a partir do proceso de cumeno. Como o único subproduto é a auga, pódese considerar un exemplo industrial de química verde. Espérase que A produción mundial en 2022 estímase en 10 millóns de toneladas. Polo xeral, a adición de acetona ten lugar na posición para en ambos os fenois, pero tamén se producen pequenas cantidades de isómeros orto-para (até un 3%) e orto-orto, xunto con outros subprodutos menores. Estes non sempre se eliminan e son impurezas coñecidas en mostras comerciais de BPA. Propiedades
O BPA ten un punto de fusión bastante alto pero pódese disolver facilmente nunha ampla gama de disolventes orgánicos. Pódese purificar por recristalización de ácido acético con auga. Os cristais fórmanse no grupo espacial monoclínico P 21 /n (onde n indica o plano de planeamento); Dentro deste, as moléculas individuais de BPA atópanse cun ángulo de torsión de 91, 5° entre os aneis de fenol. Os datos espectroscópicos están dispoñibles en AIST. Usos e aplicacións
Principais usos
Policarbonatos
Ao redor do 65-70% de todo o bisfenol A úsase para fabricar plásticos de policarbonato, que pode estar formado por case un 90% de BPA en masa. A polimerización conséguese mediante unha reacción con fósxeno, realizada en condicións bifásicas; o ácido clorhídrico é eliminado cunha base acuosa. Este proceso converte as moléculas individuais de BPA en grandes cadeas de polímeros, atrapándoas de forma efectiva.
Resinas epoxi e viniléster
Preto do 25-30% de todo o BPA úsase na fabricación de resinas epoxi e resinas de viniléster. Para a resina epoxi, primeiro convértese no seu éter diglicida (adoita ser abreviado BADGE ou DGEBA) Isto conséguese mediante unha reacción con epiclorhidrina en condicións básicas. Parte desta reacciona ademais co ácido metacrílico para formar bis-GMA, que se usa para facer resinas de éster vinílico. En moita menor medida, o BPA pode ser etoxilado e despois converterse nos seus derivados de diacrilato e dimetacrilato. Estes poden incorporarse en niveis baixos en resinas de éster vinílico para cambiar as súas propiedades físicas.
Usos menores
O 5% restante de BPA úsase nunha ampla gama de aplicacións, moitas das cales implican plástico. O BPA é un compoñente principal de varios plásticos de alto rendemento, a produción destes é baixa en comparación con outros plásticos, pero aínda é igual a varios miles de toneladas ao ano. Cantidades comparativamente menores de BPA tamén se usan como aditivos ou modificadores nalgúns plásticos. Estes materiais son moito máis comúns pero o seu contido en BPA será baixo.
Plásticos
Como compoñente principal
Os policianuratos pódense producir a partir de BPA a través do seu éster de cianato. Esta fórmase por unha reacción entre o BPA e o bromuro de cianóxeno. Exemplos inclúen BT-Epoxy, que é unha das varias resinas utilizadas na produción de placas de circuíto impreso.
As polieterimidas pódense producir a partir de BPA. Estes plásticos teñen unha resistencia excepcional aos danos mecánicos, térmicos e químicos. Utilízanse en dispositivos médicos e noutros instrumentos de alto rendemento.
As polibenzoxazinas pódense producir a partir de varios bifenois, incluído o BPA.
As polisulfonas pódense producir a partir de BPA e bis(4-clorofenil)sulfona formando poli(bisfenol-A sulfona) (PSF). Utilízase como alternativa de alto rendemento ao policarbonato.
As resinas de formaldehído de bisfenol-A son un subconxunto de resinas de formaldehído de fenol. Utilízanse na produción de laminados de alta presión.
Como un compoñente menor
As espumas de poliuretano, en especial as viscoelásticas, ás veces usan os derivados de diacrilato e dimetacrilato do BPA etoxilado como extensores de cadea.
O PVC pode conter BPA e os seus derivados por varias vías. O BPA úsase ás veces como antioxidante nos ftalatos, que se adoitan usar como plastificantes para PVC. O BPA tamén se utilizou como antioxidante para protexer os sensibles estabilizadores térmicos de PVC. Historicamente, entre un 5 e un 10% en peso de BPA incluíuse nos tipos de bario-cadmio, aínda que estes foron eliminados en gran parte debido a problemas de saúde relacionados co cadmio. O BPA diglicidil éter (BADGE) utilízase como eliminador de ácidos, en especial en dispersións de PVC, como organosols ou plastisols, que se usan como revestimentos para o interior das latas de alimentos, así como en deseños de roupa en relevo producidos usando máquinas de serigrafía ou vinilo de transferencia de calor.
Bromación de BPA a partir de tetrabromobisfenol A (TBBPA), que se usa como retardante de chama en plásticos. O TBBPA úsase principalmente como compoñente reactivo dos polímeros, o que significa que se incorpora á columna vertebral do polímero. Utilízase para preparar policarbonatos resistentes ao lume substituíndo algún bisfenol A. Para preparar resinas epoxi, utilízase un grao inferior de TBBPA, que se usa en placas de circuíto impreso. O seu uso está a diminuír debido ás restricións aos retardadores de chama bromados.
Outras aplicacións
O BPA úsase como antioxidante en varios campos, en especial nos líquidos de freos.
O BPA úsase como axente revelador no papel térmico (recibos de tenda). Os produtos de papel reciclado tamén poden conter BPA, aínda que isto pode depender moito de como se recicle. O destintado pode eliminar o 95% do BPA, coa polpa producida utilízase para facer papel de xornal, papel hixiénico e panos faciais. Se non se realiza o destintado, entón o BPA permanece nas fibras, o papel reciclado deste xeito adoita converterse en cartón ondulado.
O BPA etoxilado ten un uso menor como "axente de nivelación" na galvanoplastia de estaño.
Tamén se desenvolveron varios medicamentos candidatos a partir de bisfenol A, incluíndo Ralaniten, Ralaniten acetate e EPI-001. Substitutos do BPA
A preocupación polos efectos sobre a saúde do BPA levou a moitos fabricantes a substituír o BPA por substitutos, en especial o bisfenol S e o bisfenol F. Non obstante, tamén se expuxeron problemas de saúde sobre estes substitutos. No composto similar Bisfenol F, o F significa formaldehido Numerosas cetonas sofren reaccións de condensación análogas. Seguridade humana
Exposición
Como resultado da presenza de BPA en plásticos e outros materiais habituais, a maioría das persoas están expostas con frecuencia a trazas de BPA A principal fonte de exposición humana é a través dos alimentos, xa que se utilizan epoxi e PVC para revestir o interior das latas de alimentos para evitar a corrosión do metal por alimentos ácidos. Os envases de bebidas de policarbonato tamén son unha fonte de exposición, aínda que a maioría das botellas de bebidas desbotables están feitas de PET, que non contén BPA. Entre as fontes non alimentarias, as rutas de exposición inclúen a través do po, papel térmico roupa materiais dentais e dispositivos médicos. Aínda que a exposición ao BPA é común, non se acumula no corpo, con estudos toxicocinéticos que mostran que a vida media biolóxica do BPA en humanos adultos é de arredor de 2 horas. O corpo convérteo primeiro en compostos máis solubles en auga mediante glucuronidación ou sulfatación, que despois son eliminados do corpo a través da urina. Isto permite determinar facilmente a exposición mediante probas de ouriños, facilitando a biomonitorización conveniente das poboacións.
Efectos sobre a saúde e regulación
Os efectos sobre a saúde do BPA foron obxecto dun prolongado debate público e científico con máis de 16. 000 artigos científicos publicados en 2022. A preocupación está relacionada principalmente coa súa actividade similar aos estróxenos, aínda que pode interactuar con outros sistemas receptores como un produto químico perturbador endócrino. Todas estas interaccións son moi débiles, pero a exposición ao BPA dura toda a vida, o que provoca preocupación polos posibles efectos acumulativos. Estudar este tipo de interaccións a longo prazo con doses baixas é difícil e, aínda que houbo numerosos estudos, existen discrepancias considerables nas súas conclusións sobre a natureza dos efectos observados, así como os niveis nos que se producen. Unha crítica común é que os ensaios patrocinados pola industria tenden a mostrar que o BPA é máis seguro que os estudos realizados por laboratorios académicos ou gobernamentais, aínda que isto tamén se explicou en termos de que os estudos da industria "están mellor deseñados". As axencias de saúde pública da UE EUA, Canadá, Australia e o Xapón, así como a OMS revisaron os riscos para a saúde do BPA e atopou que a exposición normal está por debaixo do nivel hoxe asociado co risco. Independentemente, debido á incerteza científica, moitas xurisdicións tomaron medidas para reducir a exposición por precaución. En particular, considérase que os bebés corren un maior risco, o que leva á prohibición do uso de BPA en biberóns e produtos relacionados por parte dos Estados Unidos, Canadá, e a UE entre outros. Os produtores de biberóns cambiaron en gran medida do policarbonato ao polipropileno e hai algunha evidencia de que a exposición ao BPA nos bebés diminuíu como resultado diso. A Axencia Europea de Substancias Químicas engadiu o BPA á lista de substancias candidatas de moi alta preocupación ( SVHC, substances of very high concern), o que facilitaría restrinxir ou prohibir o seu uso no futuro.
O BPA presenta unha toxicidade aguda moi baixa como indica a súa DL50 de 4 g/kg (en ratos). Os informes indican que tamén é un irritante leve da pel, aínda que menos que o fenol.
Farmacoloxía
Descubriuse que o BPA interactúa cunha ampla gama de receptores hormonais, tanto en humanos como en animais. Únese aos dous receptores nucleares de estróxenos (ER), ERα e ERβ. O BPA pode imitar a acción dos estróxenos e antagonizar os estróxenos, o que indica que é un modulador selectivo do receptor de estróxenos (SERM) ou agonista parcial do RE. Aínda que é entre 1000 e 2000 veces menos potente que o estradiol, a principal hormona sexual feminina en humanos. A altas concentracións, o BPA tamén se une ao receptor de andróxenos (AR) e actúa como antagonista do mesmo. Ademais da unión ao receptor, descubriuse que o composto afecta a esteroidoxénese das células de Leydig, incluíndo afectar á expresión da 17α-hidroxilase/17, 20 liase e aromatase e interferir coa unión do receptor de LH ao ligando
O bisfenol A interacciona co receptor γ relacionado con estróxenos (ERR-γ). Este receptor orfo (ligando endóxeno descoñecido) compórtase como un activador constitutivo da transcrición. O BPA parece unirse fortemente ao ERR-γ (constante de disociación 5, 5 nM), pero só debilmente ao receptor de estróxenos (ER). A unión do BPA a ERR-γ preserva a súa actividade constitutiva basal Tamén pode protexelo da desactivación do SERM 4-hidroxitamoxifeno (afimoxifeno). Este pode ser o mecanismo polo cal o BPA actúa como xenoestróxeno A expresión diferente de ERR-γ en diferentes partes do corpo pode explicar as variacións de efectos do bisfenol A. Tamén se descubriu que o BPA actúa como agonista do GPER (GPR30). Seguridade ambiental
Prevalencia e persistencia
O BPA detectouse no medio natural desde a década de 1990 e agora está moi distribuído. É un contaminante fluvial, pero tamén se observou no medio mariño, en microalgas, nos solos e tamén se poden detectar niveis máis baixos no aire. A solubilidade do BPA na auga é baixa (~300 g/tonelada de auga) pero isto aínda é suficiente para que sexa un medio importante de distribución no medio ambiente. Moitas das maiores fontes de contaminación por BPA son a base de auga, en especial as residuais das instalacións industriais que utilizan BPA. A reciclaxe de papel pode ser unha fonte importante de liberación cando isto inclúe o papel térmico a lixiviación dos artigos de PVC tamén pode ser unha fonte importante como o lixiviado do vertedoiro.
En todos os casos, o tratamento de augas residuais pode ser moi eficaz para eliminar o BPA, dando reducións do 91-98%. Independentemente, o 2-9% restante de BPA continuará até o medio ambiente, con niveis baixos de BPA que se observan con frecuencia nas augas superficiais e nos sedimentos nos EUA e Europa.
Unha vez no medio ambiente, o BPA é biodegradado aerobicamente por unha gran variedade de organismos A súa vida media na auga estímase entre 4, 5 e 15 días, a degradación no aire é máis rápida que esta, mentres que as mostras de solo se degradan máis lentamente. O BPA nos sedimentos degrádase con maior lentitude, sobre todo cando é anaeróbica.
Efectos ambientais
O BPA é un contaminante ambiental de preocupación emerxente A pesar da súa curta vida media e do seu carácter non bioacumulable, a liberación continua de BPA ao medio ambiente provoca unha exposición continua tanto á vida animal como á planta. Aínda que se realizaron moitos estudos, estes a miúdo céntranse nun rango limitado de organismos modelo e poden usar concentracións de BPA moito máis aló dos niveis ambientais. Polo tanto, os efectos precisos do BPA no crecemento, reprodución e desenvolvemento do organismo acuático non se comprenden por completoe. Independentemente, os datos existentes mostran que os efectos do BPA sobre a vida salvaxe adoitan ser en xeral negativos. Certas especies, como os invertebrados e os anfibios, parecen estar particularmente afectadas. O BPA tamén parece afectar o desenvolvemento e a reprodución nunha ampla gama de especies de vida silvestre