Los productos químicos sensibles al aire se utilizan comúnmente en laboratorios de química académicos e industriales. Algunos ejemplos de reactivos sensibles al aire incluyen compuestos organometálicos como organolitio, organomagnesio, organozinc y organoaluminio; hidruros; complejos de borano; así como metales alcalinos y varios metales de transición en su estado de oxidación (0). Algunos de estos productos químicos también son pirofóricos y se encienden espontáneamente en condiciones normales al entrar en contacto con el aire.
Muchas reacciones sintéticas sumamente útiles son sensibles al aire, como las reacciones de Grignard, reducciones con hidruros, metalaciones y transmetalaciones, carbolitiación y muchas más. Estas reacciones se utilizan ampliamente para sintetizar productos químicos finos, fármacos, polímeros y muchos otros productos.
La exposición de estas reacciones al aire, oxígeno o humedad puede:
Favorecer reacciones secundarias que producen productos no deseados.
Descomponer los reactivos de modo que la reacción no ocurra.
Provocar incendios, explosiones u otras condiciones peligrosas.
Manipulación de reacciones sensibles al aire
La sensibilidad al aire puede dividirse en dos categorías: catalítica y estequiométrica.
Un ejemplo típico de sensibilidad catalítica al aire, mostrado en la Figura 1a, es la ignición de disolventes orgánicos residuales o de gas H₂ adsorbido sobre la superficie de un catalizador de Pd(0) reducido, debido a su oxidación exotérmica en presencia de oxígeno atmosférico. La sensibilidad estequiométrica al aire es muy común en muchas especies organometálicas, como la formación de gas butano por reacción del butil-litio con agua, ilustrada en la Figura 1b, con una fuerte liberación de calor que puede causar fácilmente un incendio.
La manipulación de la sensibilidad catalítica al aire requiere aparatos de laboratorio especializados: líneas de vacío, líneas de Schlenk, cajas de guantes con atmósfera inerte y reactores especiales. Sin embargo, la mayoría de los compuestos sintéticamente útiles pertenecen a la categoría estequiométrica y son utilizados frecuentemente por la mayoría de los químicos.
Los disolventes extra secos son otra clase de productos sensibles al aire y a la humedad, pero no presentan peligros intrínsecos. En su caso, una manipulación o almacenamiento inadecuados pueden hacer que el producto se degrade con el tiempo. Esto es difícil de detectar, pero puede interferir en los experimentos, afectar los resultados y, a menudo, requerir una resolución de problemas que consume mucho tiempo.
Consideraciones de seguridad en el laboratorio
Si bien el contacto de un disolvente extraseco con la humedad puede no representar un peligro por sí mismo, utilizar un disolvente contaminado con agua en reacciones sensibles al aire puede dar lugar a situaciones muy peligrosas. Por este motivo, los disolventes extrasecos deben almacenarse con el mismo cuidado que los compuestos o soluciones pirofóricos y otras sustancias peligrosas.
Estas consideraciones son muy importantes porque la seguridad en el laboratorio es una prioridad para los investigadores tanto industriales como académicos. Durante los últimos quince años, ha habido múltiples accidentes de alto perfil, varios de los cuales se han atribuido de forma simplificada a la inexperiencia de los estudiantes que trabajan en laboratorios académicos. Rara vez un accidente puede atribuirse a una sola causa, y una investigación más profunda de estos incidentes revela varios factores contribuyentes.
No existen conjuntos de datos exhaustivos sobre los tipos y la frecuencia de accidentes y cuasiaccidentes, lo que dificulta una investigación significativa sobre seguridad en el laboratorio, según la revisión de Dana Menard y John F. Trant publicada en Nature Chemistry en 2020¹. Los datos disponibles, sin embargo, muestran una alta incidencia de accidentes que involucran gases reactivos y materiales pirofóricos. El butil-litio, por ejemplo, es conocido por causar problemas en laboratorios académicos de química orgánica donde el manejo correcto de la sensibilidad al aire suele ser un desafío.
La presencia de personal investigador con mayor experiencia en laboratorios industriales y gubernamentales puede hacer que estos laboratorios sean algo más seguros. Sin embargo, un estudio de Schroder y colaboradores² reveló que las evaluaciones de riesgo estandarizadas no se utilizaban de forma rutinaria. Los laboratorios industriales y gubernamentales informaron tasas de cumplimiento más altas que el promedio en entornos académicos, pero el promedio sigue siendo preocupantemente bajo, con un 43 % y un 36 %, respectivamente.
Manipulación segura de sustancias sensibles al aire
El uso de reactivos sensibles al aire en la investigación química no es algo nuevo. Existe una gran cantidad de literatura que proporciona bases sólidas para un manejo y una operación seguros³. Una evaluación de riesgos adecuada y un procedimiento correcto deben basarse en las dos prácticas siguientes:
El uso de vidrio y equipos limpios y secos
El uso de envases especializados, jeringas y gases inertes y secos
Aunque la primera práctica es sencilla, debe tomarse muy en serio. Los reactivos pueden reaccionar violentamente en presencia de incluso pequeñas cantidades de agua, y una leve condensación de humedad causada por diferencias de temperatura entre el material de laboratorio y el entorno puede ser suficiente para provocar un incendio.
La segunda práctica requiere un tipo diferente de atención. Muchos reactivos sensibles al aire, así como disolventes y soluciones ultrasecos, están envasados especialmente para facilitar su manipulación.
Empaquetado AcroSeal
Las marcas Acros Organics y Alfa Aesar ofrecen el empaquetado AcroSeal, la solución líder en la industria. Su septo de múltiples capas y su innovador tapón a prueba de manipulación (con amplia superficie) proporcionan un almacenamiento y una dispensación seguros y prácticos, mientras limitan la exposición a la atmósfera. Las jeringas atraviesan fácilmente el septo y crean solo un pequeño orificio que normalmente se autosella rápidamente.
Para dispensar productos químicos del empaquetado AcroSeal, utilice una jeringa con una aguja de calibre 18 a 21 y un gas inerte seco como nitrógeno o argón. Primero, presurice el frasco inyectando el gas y luego retire la cantidad deseada de líquido. Alternativamente, utilice una aguja doble o de doble punta: una aguja para extraer el líquido y la otra para añadir el gas inerte desde una línea de gas o un globo.
Mejores prácticas
Algunos protocolos recomiendan utilizar jeringas de vidrio para reactivos pirofóricos, pero estudios recientes⁴ sugieren que los usuarios con menos experiencia pueden encontrar más fácil sustituirlas por jeringas desechables de polipropileno con cierre Luer lock.
Secar disolventes o preparar soluciones de reactivos sensibles al aire puede ser tedioso y llevar mucho tiempo, además de presentar riesgos significativos. Los productos listos para usar en envases especializados y seguros ofrecen una solución práctica, rentable y orientada a la seguridad.
La tecnología AcroSeal ha experimentado varias innovaciones durante sus 25 años en el mercado. En la actualidad, más de 2.000 productos de Acros Organics y Alfa Aesar están disponibles en envases AcroSeal.
Referencias:
- A.D. Ménard and J.F. Trant, A review and critique of academic lab safety, Nature Chemistry 2020, 12, 17–25
- Schröder, I., Huang, D. Y. Q., Ellis, O., Gibson, J. H. & Wayne, N. L. Laboratory safety attitudes and practices: A comparison of academic, government, and industry researchers. J. Chem. Health Saf. 2016, 23, 12–23
- D.F. Shriver, M.A. Dredzdon, The manipulation of air sensitive compounds, John Wiley & Sons, 1986
- E.S. Von Nehring, V. Dragojlovic, Handling of Air-Sensitive and Moisture-Sensitive Reagents in an undergraduate Chemistry Laboratory: The Importance of the Syringe, J. Chem Ed. 2021, 98, 246-249
