Formaldeide: proprietà, sintesi, reazioni

La formaldeide il cui nome I.U.P.A.C. è metanale è  un gas incolore dall’odore pungente, altamente tossico avente formula HCHO in cui è presente il gruppo carbonilico >C=O dove il carbonio è ibridato sp2.

Causa irritazioni agli occhi se la sua concentrazione è superiore a 0.1 ppm oltre ad essere estremamente allergenica ed è classificata come un probabile cancerogeno.

metanale
metanale

Spesso è usata in soluzione acquosa al 37% m/m nota con il nome di formalina; la soluzione contiene una piccola quantità di metanolo e un inibitore per evitarne la polimerizzazione. Le soluzioni di formalina hanno azione antisettica e antitarlo per il legno, ma il loro uso domestico va evitato per l’azione tossica della formaldeide. Fu scoperta nel 1859 dal chimico russo Aleksandr Michajlovič Butlerov.

La formaldeide  è uno dei più importanti prodotti chimici per la produzione di resine policondensate a base di urea-formaldeide e melamina-formaldeide utilizzate prevalentemente come collanti per pannelli truciolari, compensati e per l’impregnazione di carta decorativa. Inoltre le resine acetaliche  che hanno sostituito le parti metalliche negli strumenti di precisione come ingranaggi per orologi, cuscinetti, viti, cerniere, parti di valvole sono ottenute dalla formaldeide.

Sintesi della formaldeide 

A livello mondiale la metà della formaldeide prodotta è ottenuta dall’ossidazione catalitica del metanolo. Il catalizzatore maggiormente usato è l’argento metallico o una miscela di ossidi di ferro e molibdeno o vanadio.

Il processo complessivo può essere visto come una combinazione di una ossidazione parziale del metanolo e da una deidrogenazione del metanolo:

CH3OH + ½ O2 → HCHO + H2O  ΔH = – 159 kJ/mol
CH3OH → HCHO + H2   ΔH = + 84 kJ/mol

La reazione totale è altamente esotermica e veloce e ha, come sottoprodotti di reazione CO2, CO, H2, H2O, HCOOH e HCOOCH3.

Tale processo sintetico può essere limitato da una serie di reazioni indesiderate quali l’ossidazione totale del metanolo o della formaldeide e la deidrogenazione della formaldeide.

A causa delle elevate temperature si può verificare la disattivazione del catalizzatore con conseguente sinterizzazione che provoca l’agglomerazione di più particelle del catalizzatore con una diminuzione irreversibile della superficie disponibile allo scambio di materia.

Per limitare tale processo può essere aggiunto vapore acqueo che, a causa del suo alto calore specifico può in parte assorbire il calore che si sviluppa. Inoltre il catalizzatore di argento può essere disperso su vari supporti quali allumina,  silice e pomice.

Reazioni

Dà le tipiche reazioni delle aldeidi; verranno menzionate quindi solo le reazioni caratteristiche del composto.

Ossidazione

L’ossidazione della formaldeide può avvenire in presenza di perossido di idrogeno sia in ambiente acido che in ambiente basico.

In ambiente acido avviene la reazione:
HCHO + H2O2 → HCOOH + H2O

L’acido formico ottenuto dall’ossidazione può ulteriormente reagire con H2O2  secondo la reazione:

 HCOOH + H2O2 → CO2 + 2 H2O

La completa ossidazione della formaldeide a CO2 è favorita da valori di pH inferiori a 3, da temperature tra i 40 e i 60 °C, dalla presenza di ioni Fe2+ (reattivo di Fenton) e da un eccesso di H2O2.

 In ambiente basico la formaldeide viene ossidata secondo la reazione:

2 HCOOH + 2 NaOH + H2O2 → 2 HCOONa + 2 H2O + H

Reazione di Eschweiler-Clarke

Dalla reazione di un’ammina secondaria con formaldeide in presenza di acido formico si ottiene una metilammina terziaria:

R2NH + HCOOH + HCOOH → R2NCH3 + H2O + CO2

Reazione di Mannich

La reazione di Mannich una reazione di condensazione di un’aldeide non enolizzabile quale la formaldeide con un’ammina primaria o secondaria e un composto carbonilico enolizzabile con ottenimento di un prodotto amminometilato ovvero un β-ammino-chetone detto base di Mannich:

R2NH + HCOOH + RCH2COR’ →R2NCH2CHRCOR’

Reazione con idrogeno monossido di carbonio

In presenza di complessi di metalli di transizione la formaldeide dà luogo alla seguente reazione:

HCOOH + 2 H2 + CO → HOCH2CH2OH

con formazione del glicole etilenico, composto usato nell’industria chimica per l’ottenimento di poliesteri e come additivo antigelo

 

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