Ácido Cloroacético (79-11-8) Propiedades Físicas y Químicas
Ácido Cloroacético
Ácido carboxílico clorado empleado industrialmente como un intermedio alquilante y bloque de construcción para agroquímicos, principios activos farmacéuticos y productos químicos especiales.
| Número CAS | 79-11-8 |
| Familia | Ácidos haloacéticos |
| Forma típica | Sólido cristalino o solución acuosa concentrada |
| Grados comunes | ACS Grade, BP, EP, JP, Grado técnico, USP |
El ácido cloroacético es un ácido carboxílico clorado de bajo peso molecular perteneciente a la clase estructural de ácidos haloacéticos; es formalmente ácido acético 2‑clorado y se ajusta a la fórmula molecular \(\ce{C2H3ClO2}\). Su estructura comprende un grupo funcional carboxilo adyacente a un átomo de cloro con efecto receptor de electrones en el carbono α. El sustituyente cloro aumenta la acidez relativa al ácido acético, retrae densidad electrónica del carboxilato y hace que el carbono α sea más electrofílico; estas características electrónicas fundamentan su reactividad como agente alquilante y como sustrato para desplazamientos nucleofílicos o reacciones de deshalogenación.
En fases condensadas el ácido cloroacético es un sólido polar con enlaces de hidrógeno, higroscópico y deliquescente; se funde a un líquido relativamente denso y es fácilmente soluble en solventes proticos y muchos solventes orgánicos polares apróticos. La constante de disociación ácida es relativamente baja (\(\mathrm{p}K_a = 2.87\)), por lo que las soluciones acuosas son predominantemente aniónicas a pH neutro. El compuesto tiene lipofilicidad baja a moderada (log P ≈ 0.2–0.34) y un área superficial polar topológica pequeña (TPSA ≈ 37.3 Å^2), consistente con buena solubilidad acuosa y permeabilidad membranal modesta. Bajo estrés térmico el material se descompone liberando fragmentos ácidos y halogenados (cloruro de hidrógeno y especies oxidativas de cloro); es corrosivo para metales y tejidos biológicos y sufre reacciones de neutralización con bases, frecuentemente liberando calor significativo.
El ácido cloroacético es un intermedio industrial importante usado para producir carboximetilcelulosas, precursores de herbicidas y una variedad de intermedios de química fina y farmacéutica; también puede encontrarse como subproducto de desinfección en aguas cloradas y como reactivo en química de laboratorio y procesos. Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: ACS Grade, BP, EP, JP, Grado técnico, USP.
Propiedades Físicas Básicas
Densidad
Las densidades experimentales reportadas varían con la fase y temperatura. Valores representativos incluyen:
- 1.58 a 20 °C/20 °C (sólido) — reportado como "1.58 g/cm³".
- 1.3703 a 65 °C/4 °C (líquido).
- 1.4043 a 40 °C (reportado como "1.4043 g/cm³ a 40 °C").
- 1.328 (reportado sin anotación de temperatura).
Estos valores indican que el sólido y el líquido fundido son más densos que el agua; el material fundido o líquido típicamente se hundirá en agua. Las unidades reportadas son \(\mathrm{g\,cm^{-3}}\).
Punto de fusión
Se reportan múltiples formas cristalinas (polimorfos). Valores experimentales incluyen:
- Existen formas alfa, beta y gamma con puntos de fusión de 63 °C (α), 55–56 °C (β) y 50 °C (γ). Punto de fusión para el ácido comercial: 61–63 °C.
- 52.5 °C (único valor reportado).
- 50–63 °C (rango).
- 145 °F (unidad alternativa; corresponde al mismo rango aproximado).
El polimorfismo afecta el punto de fusión observado; el material industrial se especifica típicamente por el rango comercial de punto de fusión mencionado.
Punto de ebullición
Datos reportados de ebullición a presión ambiental:
- 187.00 a 190.00 °C a 760.00 mm Hg.
- 189.1 °C (valor típico único).
- 372 °F a 760 mmHg (unidad alternativa).
El punto de ebullición relativamente alto a presión normal refleja los fuertes enlaces intermoleculares de hidrógeno y la baja volatilidad del ácido en su forma neutra a temperaturas ambientales.
Presión de vapor
Valores experimentales representativos reportados:
- 1 mmHg a 109.4 °F.
- 0.06 mmHg (condiciones no especificadas).
- \(6.5\times10^{-2}\ \mathrm{mmHg}\) (\(8.68\times10^{-3}\ \mathrm{kPa}\)) a \(25\,^\circ\mathrm{C}\).
Las presiones de vapor son bajas a temperatura ambiente y el vapor es más pesado que el aire; la volatilización en condiciones acuosas ambientales es limitada porque el compuesto está predominantemente ionizado en pH ambientales típicos.
Punto de inflamación
Valores reportados de punto de inflamación (informes de copa cerrada y abierta):
- 126 °C (reportado como 126 °C copa cerrada).
- 259 °F (reportado, correspondiente a 126 °C).
- 302 °F (valor alternativo reportado).
El ácido cloroacético se clasifica como combustible; los vapores a temperaturas elevadas pueden formar mezclas inflamables y se debe tener precaución al calentar o manipular material fundido.
Propiedades Químicas
Solubilidad y comportamiento en fases
El ácido cloroacético es altamente soluble en agua y miscible con muchos solventes orgánicos polares. Datos experimentales representativos de solubilidad:
- "mayor o igual a 100 mg/mL a 68 °F" (solubilidad dada en mg/mL).
- "En agua, 8.58X10+5 mg/L a 25 °C" (equivalente a ≈858 mg/mL al convertir).
- "858 mg/mL a 25 °C".
- Soluble en etanol, éter dietílico, benceno, cloroformo; ligeramente soluble en tetracloruro de carbono.
- La sustancia es higroscópica y absorbe agua del aire, formando a menudo un jarabe y cristales deliquescentes. Comercialmente se maneja como escamas, soluciones acuosas concentradas (por ejemplo, hasta ~80%) o material fundido para transporte y procesamiento.
Dado que el ácido se disocia (\(\mathrm{p}K_a = 2.87\)), en medios acuosos a pH neutro predomina el anión cloroacetato y el comportamiento de solubilidad está gobernado por la ionización y formación de sales.
Reactividad y estabilidad
El ácido cloroacético es un ácido carboxílico halogenado reactivo con varias características químicas:
- Ácido–base: se comporta como un ácido carboxílico típico; la neutralización con bases es exotérmica y produce sales (p. ej., cloroacetato de sodio).
- Desplazamiento nucleofílico: el sustituyente α‑cloro es susceptible a sustitución nucleofílica (SN2), produciendo acetatos sustituidos o sujetándose a deshalogenación bajo condiciones reductoras. Esta electrofilia es la base para su uso como intermedio alquilante.
- Corrosividad y compatibilidad: fuertemente corrosivo para metales y tejidos; puede reaccionar con metales activos para producir gas hidrógeno y sales metálicas. El contacto con cianuros, sulfitos, nitritos y otros aniones reactivos puede generar gases peligrosos.
- Descomposición térmica: al calentar o combustionar, genera gases corrosivos y tóxicos incluyendo cloruro de hidrógeno y especies oxidativas de cloro; se ha reportado formación de fosgeno en condiciones severas de descomposición.
- Oxidación/reducción: oxidantes fuertes y agentes reductores potentes pueden causar reacciones violentas. La estabilidad es adecuada bajo condiciones de almacenamiento recomendadas, pero las incompatibilidades deben ser manejadas.
En contextos biológicos y ambientales, las reacciones de deshalogenación y conjugación (notablemente la conjugación con glutatión que conduce a derivados S-carboximetil) son vías metabólicas y de detoxificación importantes.
Datos Termodinámicos
Entalpías Estándar y Capacidad Calorífica
Los datos energéticos disponibles reportados para cantidades termodinámicas específicas incluyen:
- Calor de combustión (reportado): −715.9 kJ/mol (ácido α-cloroacético).
- Calor de fusión a la temperatura de fusión: "Calor de fusión a la temperatura de fusión = 1.2285X10+7 J/kmol" (reportado en unidades J·kmol−1).
- Calor de vaporización: "250 Btu/Lb = 139 cal/g = 5.82X10+5 J/kg" (reportado en múltiples expresiones unitarias).
No se proporciona un conjunto completo de entalpías estándar de formación ni funciones de capacidad calorífica dependientes de la temperatura en el contexto actual de datos para modelado termodinámico completo. Cuando se requieren datos calorimétricos precisos para diseño de procesos, consulte la literatura técnica específica del producto o determinaciones calorimétricas.
Parámetros Moleculares
Peso Molecular y Fórmula
- Fórmula molecular (canónica): \(\ce{C2H3ClO2}\).
- Peso molecular (reportado): 94.50 (unidades: \(\mathrm{g\,mol^{-1}}\)).
- Masa exacta / masa monoisotópica: 93.9821570 (reportado).
Otros descriptores calculados a partir del análisis estructural:
- XLogP: 0.2 (calculado).
- Área polar superficial topológica (TPSA): 37.3 Å^2.
- Número de átomos pesados: 5.
- Carga formal: 0.
LogP y Polaridad
Parámetros reportados de lipofilicidad y reparto:
- XLogP3 (calculado): 0.2.
- Entradas experimentales/calculadas de log Kow reportadas: "log Kow = 0.22", "0.22" y "0.34" en diferentes mediciones/estimaciones.
Estos valores bajos y positivos de log P indican baja a moderada hidrofobicidad y respaldan una fuerte solubilidad acuosa y un potencial limitado de bioacumulación.
Características Estructurales
El ácido cloroacético es ácido acético sustituido en la posición 2 por cloro (IUPAC: ácido 2-cloroacetico). Puntos estructurales claves:
- El sustituyente α-cloro ejerce un fuerte efecto −I, estabilizando la base conjugada y disminuyendo el \(\mathrm{p}K_a\).
- La molécula contiene un donador de enlaces de hidrógeno (OH del ácido carboxílico) y dos aceptores de enlaces de hidrógeno (oxígeno carbonílico y oxígeno hidroxilo contados por separado en muchos esquemas de descriptores).
- Número de enlaces rotatorios: 1 (reportado).
- El carbono α electrofílico permite reacciones de desplazamiento (formación de ésteres, amidas, tioéteres) y sustenta gran parte de su utilidad como intermedio químico y como grupo herbicida.
Identificadores estructurales representativos:
- SMILES: C(C(=O)O)Cl
- InChI: InChI=1S/C2H3ClO2/c3-1-2(4)5/h1H2,(H,4,5)
- InChIKey: FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N
Identificadores y Sinónimos
Números de Registro y Códigos
- Número CAS: 79-11-8
- Número CE (Comunidad Europea): 201-178-4 (reportado)
- Números UN para estados de transporte (reportados en contextos de transporte): aparecen diversas formas para material sólido, en solución y fundido en listados regulatorios.
- Otros identificadores de registro (reportados): UNII 5GD84Y125G, múltiples IDs de registro químico y números internos de catálogo aparecen en listados técnicos.
Sinónimos y Nombres Estructurales
Los sinónimos comunes reportados en comercio y literatura técnica incluyen:
- ácido 2-cloroacético
- ácido monocloracético (MCA)
- ácido cloroacético
- ácido cloroetanoico
- ClCH2COOH
- ácido α-cloroacético
- ácido monocloroetanoico
Descriptores adicionales de proveedores y grados (analítico, técnico, farmacéutico) se usan comercialmente; consulte los grados comerciales listados arriba para nombres comunes de especificación.
Aplicaciones Industriales y Comerciales
Usos Representativos y Sectores Industriales
El ácido cloroacético se produce y utiliza a escala industrial como intermedio en la manufactura química. Los roles industriales principales incluyen:
- Fabricación de carboximetilcelulosa (una aplicación mayor a gran escala).
- Producción de herbicidas y precursores de herbicidas (derivados aril-hidroxiacéticos).
- Intermedio para síntesis de glicina, ácido tioglicólico, precursores de EDTA y otros productos químicos finos.
- Uso en la preparación de colorantes, surfactantes y productos farmacéuticos.
- Se comercializa en grados técnicos, reactivos o farmacéuticos para química de laboratorio y de proceso.
También aparece como subproducto de desinfección en tratamientos de agua clorada o cloraminada y se monitorea en matrices de agua potable y ambientales.
Función en Síntesis o Formulaciones
Químicamente, el ácido cloroacético funciona como un derivado activado del ácido acético: el sustituyente α-cloro permite sustitución nucleofílica bimolecular (SN2) para introducir diversos grupos funcionales (por ejemplo, sustitución nucleofílica por aminas, tioles, alcoholes), facilitando la formación de bloques de construcción carboximetilos y relacionados. Se usa para la introducción de funcionalidad carboximetilo en polímeros (ej. producción de éteres de celulosa) y para preparar ésteres, sales (ej. cloroacetato de sodio) y otros intermedios en la producción agroquímica y química especializada. Está disponible en soluciones acuosas concentradas, en forma fundida para transporte y en escamas o polvos sólidos dependiendo de la fabricación y requisitos del procesamiento posterior.
Identificadores y Sinónimos
Números de Registro y Códigos
- CAS: 79-11-8
Sinónimos y Nombres Estructurales
- ácido 2-cloroacético; ácido monocloracético; ClCH2COOH; ácido cloroetanoico; ácido α-cloroacético.
Resumen de Seguridad y Manejo
Toxicidad Aguda y Ocupacional
El ácido cloroacético es un ácido orgánico halogenado altamente corrosivo y toxico sistémico. Características clave de seguridad y consideraciones de exposición:
- Vías de exposición: inhalación, contacto dérmico e ingestión son todas relevantes; la sustancia se absorbe fácilmente por la piel y puede causar toxicidad sistémica tras exposición dérmica.
- Peligros agudos: causa quemaduras graves en la piel, daño ocular e irritación del tracto respiratorio. La toxicidad sistémica puede incluir depresión del sistema nervioso central, acidosis metabólica, efectos cardíacos y renales, y en exposiciones severas puede ser fatal. Se reportan estimaciones probables de dosis letal oral en informes toxicológicos; los límites de exposición ocupacional son bajos.
- Directrices de exposición ocupacional reportadas incluyen un promedio ponderado en el tiempo (TWA) recomendado a 8 horas de 0.5 ppm (fracción inhalable y vapor) y umbrales similares para exposición en el lugar de trabajo; niveles de exposición a corto plazo y AEGLs han sido propuestos para planificación de emergencias. El vapor es más pesado que el aire y puede acumularse en áreas bajas.
- Toxicología y atención de emergencia: los primeros auxilios enfatizan la descontaminación rápida (enjuague copioso de piel/ojos con agua por al menos 15 minutos), remoción de ropa contaminada, evitar inducir el vómito tras ingestión y evaluación médica inmediata. Esencial la atención de soporte y monitoreo para efectos sistémicos retardados (acidosis metabólica, arritmia cardíaca, daño renal).
El equipo de protección personal para su manipulación incluye guantes resistentes a productos químicos (ej. neopreno/viton según la tarea), protección facial y ocular completa, ropa resistente a ácidos y protección respiratoria (respiradores purificadores de aire o con aire suministrado) cuando los controles técnicos no sean suficientes. Para respuesta a emergencias por vertidos grandes o incendios, se recomiendan aparatos respiratorios autónomos de presión positiva y trajes de protección química totalmente encapsulantes.
Para información detallada sobre peligros, transporte y regulación, los usuarios deben consultar la Ficha de Datos de Seguridad (SDS) específica del producto y la legislación local aplicable.
Consideraciones de Almacenamiento y Manipulación
Guías prácticas para manipulación y almacenamiento basadas en clase química y prácticas industriales reportadas:
- Almacenar en envases bien cerrados en un área fresca, seca y bien ventilada, alejada de materiales incompatibles (bases fuertes, oxidantes fuertes, agentes reductores fuertes y metales reactivos). Usar contención resistente a la corrosión (ej. recipientes con revestimiento interior de vidrio o PTFE).
- Evitar fuentes de calor y ignición donde se manejen soluciones concentradas o material fundido; el material fundido se utiliza durante el transporte a temperaturas elevadas en algunas cadenas de suministro. Usar sistemas de transferencia cerrados y herramientas anti-chispa.
- Mantener separado de alimentos y piensos; prevenir vertidos al medio ambiente — se recomienda contención primaria y secundaria para tanques de almacenamiento y unidades de proceso.
- Para derrames y fugas: aislar el área, eliminar fuentes de ignición, impedir entrada a desagües/cursos de agua, usar absorbentes o neutralizantes resistentes a ácidos con precaución (la neutralización puede ser exotérmica) y recoger residuos para eliminación por contratistas autorizados de residuos peligrosos. No realizar limpieza sin equipo de protección personal adecuado y personal capacitado.
Nota: este resumen es descriptivo y no exhaustivo. Para instrucciones específicas de manejo, almacenamiento, respuesta a emergencias y transporte consulte la SDS del fabricante y la normativa aplicable en la jurisdicción.
