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L'acrylonitrile (AN) est un liquide incolore et inflammable.
Les vapeurs d'acrylonitrile (AN) peuvent exploser au contact d'une flamme nue.
L'acrylonitrile n'est pas présent à l'état naturel.
CAS : 107-13-1
Formule formule brute : C₃H₃N
Masse molaire : 53,06 g/mol
EINECS : 203-466-5
Synonymes : cyanure de vinyle ; cyanoéthylène ; acrylonitrile ; acrylonitrile pur (100 mg) ; acrylonitrile (pureté supérieure à 99 %) ; acrylonitrile stabilisé ; acrylonitrile stabilisé (1 ml, méthanol, 5 000 µg/ml)
L'acrylonitrile (AN) est produit en très grandes quantités par plusieurs industries chimiques aux États-Unis, et sa demande est en constante augmentation ces dernières années. L'acrylonitrile (AN) est un nitrile insaturé produit en grande quantité.
L'acrylonitrile (AN) est utilisé dans la fabrication d'autres produits chimiques tels que les plastiques, le caoutchouc synthétique et les fibres acryliques.
L'acrylonitrile (AN) a été utilisé par le passé comme fumigant pesticide ; cependant, toute utilisation à cette fin a été abandonnée.
L'acrylonitrile (AN) est un intermédiaire chimique majeur utilisé dans la fabrication de produits tels que les produits pharmaceutiques, les antioxydants et les colorants, ainsi qu'en synthèse organique.
Les principaux utilisateurs d'acrylonitrile sont les industries chimiques qui fabriquent des fibres acryliques et modacryliques et des plastiques ABS à haute résistance aux chocs.
L'acrylonitrile (AN) est également utilisé dans les machines de bureau, la bagagerie, les matériaux de construction et la fabrication de plastiques styrène-acrylonitrile (SAN) pour l'automobile, les articles ménagers et les matériaux d'emballage.
L'acrylonitrile (AN) est utilisé dans la fabrication du nylon, de colorants, de médicaments et de pesticides. L'acrylonitrile est un nitrile dérivé du cyanure d'hydrogène, dans lequel l'hydrogène a été remplacé par un groupe éthényle.
L'acrylonitrile (AN) est très toxique et irritant, mais il est également sensibilisant.
L'acrylonitrile (AN) a provoqué des dermatites de contact irritantes et allergiques lors d'une production industrielle.
L'acrylonitrile (AN) est un composé organique de formule CH₂CHCN et de structure H₂C=CH−C≡N.
L'acrylonitrile (AN) est un liquide incolore et volatil.
L'acrylonitrile (AN) possède une odeur piquante rappelant l'ail ou l'oignon.
La structure moléculaire de l'acrylonitrile (AN) est constituée d'un groupe vinyle (−CH=CH₂) lié à un groupe nitrile (−C≡N).
L'acrylonitrile (AN) est un monomère important pour la fabrication de plastiques utiles tels que le polyacrylonitrile.
L'acrylonitrile (AN) est toxique même à faibles doses. L'acrylonitrile est l'un des composants du plastique ABS (acrylonitrile butadiène styrène).
L'acrylonitrile (AN) est un monomère organique et un réactif utile qui doit être manipulé avec une extrême précaution.
Comme le montre le tableau des dangers, l'acrylonitrile (AN) est toxique à plusieurs égards.
L'année dernière, l'Institut national du cancer (Bethesda, Maryland) a rapporté que, dans une étude menée auprès de 25 000 personnes, les travailleurs ayant fabriqué ou utilisé de l'acrylonitrile dans des environnements où les limites d'exposition réglementaires étaient dépassées présentaient une mortalité par cancer du poumon significativement plus élevée que ceux protégés par la réglementation.
La synthèse de l'acrylonitrile (AN) a été décrite pour la première fois en 1893 par l'éminent pharmacien et chimiste français Charles Moureu, dans un traité sur l'acide acrylique et ses dérivés.
Moureu a déshydraté l'acrylamide en chauffant l'acrylonitrile (AN) avec du pentoxyde de phosphore, selon une méthode mise au point par Jean-Baptiste Dumas environ 60 ans auparavant.
En 1920, Moureu, en collaboration avec Ralph I. Brown, a synthétisé l'acrylonitrile à partir du 3-hydroxypropionitrile selon la même méthode.
L'acrylonitrile (AN) est un liquide incolore à jaune pâle, volatil et soluble dans l'eau et la plupart des solvants organiques courants tels que l'acétone, le benzène, le tétrachlorure de carbone, l'acétate d'éthyle et le toluène.
L'acrylonitrile (AN) fond à 84 °C et bout à 77 °C. L'acrylonitrile (AN) de qualité technique est pur à plus de 99 % et contient toujours un inhibiteur de polymérisation.
L'acrylonitrile (AN) est un composé réactif qui polymérise spontanément à chaud ou en présence d'une base forte, à moins d'être inhibé, généralement par l'éthylhydroquinone.
L'acrylonitrile (AN) peut exploser au contact d'une flamme.
L'acrylonitrile (AN) attaque le cuivre.
L'acrylonitrile (AN) est incompatible et réactif avec les oxydants, acides et bases forts. brome et amines.
Les synonymes de l'acrylonitrile sont : acrylonitrile (AN), monomère d'acrylonitrile, cyanoéthylène, propènenitrile, cyanure de vinyle et VCN.
Structure de Lewis représentée ci-dessous.
Dans l'espace prévu, dessinez une représentation 3D des liaisons orbitalaires hybrides de l'acrylonitrile.
Indiquez l'hybridation de chaque orbitale atomique.
Montrez le recouvrement des orbitales pour former des liaisons et précisez leur type.
Indiquez le type d'orbitale occupée par le doublet non liant.
Propriétés chimiques de l'acrylonitrile (AN)
Point de fusion : -83 °C (littérature)
Point d'ébullition : 77 °C (littérature)
Densité : 0,806 g/mL à 20 °C
Densité de vapeur : 1,83 (par rapport à l'air)
Pression de vapeur : 86 mmHg (20 °C)
Indice de réfraction : n₂O/D 1,391 (littérature)
Point d'ébullition : 32 °F
Température de stockage : 2-8 °C
Solubilité : 73 g/L
Aspect : Liquide
Couleur : Incolore
PH : 6,0-7,5 (50 g/L, H₂O, 20 °C)
Odeur : Légère odeur de pyridine à 2-22 ppm
Seuil olfactif : 8,8 ppm
Limite d'explosivité : 2,8-28 % (V)
Solubilité dans l'eau : Soluble 7,45 g/100 mL
Conductivité thermique : 0,166 W/(m·K) à 25 °C
Sensibilité : Photosensible
Merck : 14131
BRN : 605310
Constante de la loi de Henry : 1,30 à 30,00 °C (GC en espace de tête, Hovorka et al., 2002)
Constante diélectrique : 33,009999999999998
Limites d’exposition ACGIH TLV-TWA : 2 ppm (4,3 mg/m³)
OSHA PEL-TWA : 2 ppm, 15 min ; PEL-plafond : 10 ppm
NIOSH REL-TWA : 1 ppm ; REL-plafond : 10 ppm [15 min] ; IDLH : 85 ppm
Principales applications : agriculture
environnement
InChI : 1S/C3H3N/c1-2-3-4/h2H,1H2
InChIKey : NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N
LogP : 0,017 à 21 °C
Référence CAS : 107-13-1
Référence chimique NIST : 2-Propènenitrile (107-13-1)
CIRC : 2B (Vol. 71) 1999
Système d’enregistrement des substances de l’EPA : Acrylonitrile (AN) (107-13-1)
Propriétés chimiques
L’acrylonitrile (AN) est un liquide limpide, incolore à jaune pâle, de formule brute C3H3N et de masse molaire 53,06.
Le jaunissement à la lumière indique une phototransformation en dérivé saturé. L'acrylonitrile (AN) est pratiquement inodore, ou présente une très légère odeur pouvant être décrite comme douce, irritante, désagréable, rappelant l'oignon ou l'ail, ou encore piquante.
Cette odeur n'est perceptible qu'au-dessus de la limite d'exposition professionnelle (LEP).
Son point d'ébullition est de 77,3 °C et son point de fusion de −82 °C.
Historique d'utilisation
À la veille de la Seconde Guerre mondiale, la découverte que le copolymère d'acrylonitrile pouvait améliorer la résistance aux huiles et aux solvants du caoutchouc synthétique a suscité un intérêt croissant pour l'acrylonitrile (AN).
Durant la guerre, un procédé de fabrication de l'acrylonitrile (AN) a été mis au point en Allemagne. Ce procédé repose sur l'époxydation de l'éthylène, suivie de l'ajout de cyanure d'hydrogène pour produire du cyanure d'éthanol, puis d'une déshydratation.
L'acrylonitrile (AN) a ensuite été développé par l'ajout de cyanure d'hydrogène à l'acétylène, sous catalyse du chlorure cuivreux. Après 1960, la société Ohio Standard Oil a mis au point un nouveau procédé de production d'acrylonitrile (AN) utilisant le propylène comme matière première pour une réaction d'ammoxydation.
Ce procédé a profondément transformé la production industrielle.
Grâce à la disponibilité des matières premières et à la baisse des coûts, la production d'acrylonitrile a connu une forte augmentation.
En 1983, la production mondiale annuelle atteignait 3 millions de tonnes, dont 90 % provenaient d'Ohio Standard Oil.
L'acrylonitrile (AN) polymérise facilement, permettant ainsi la production de fibres de polyacrylonitrile (commercialisées sous les noms d'acrylique ou de polyacrylonitrile en vrac).
Les fibres courtes d'acrylonitrile (AN) sont semblables à la laine, d'où leur appellation de laine artificielle.
L'acrylonitrile (AN) est doux au toucher et possède une excellente élasticité.
L'acrylonitrile (AN) peut se copolymériser avec l'acétate de vinyle pour produire des fibres synthétiques (commercialisées sous le nom de polyacrylonitrile autrichien). En 1950, l'acrylonitrile (AN) a été industrialisé pour la première fois par la société américaine DuPont.
La majeure partie de l'acrylonitrile (AN) est utilisée pour la fabrication de fibres synthétiques, représentant environ 40 à 60 % de la production totale.
La copolymérisation de l'acrylonitrile (AN) avec le butadiène permet d'obtenir un caoutchouc nitrile résistant aux huiles.
La dimérisation et l'hydrogénation de l'acrylonitrile (AN) conduisent à l'adiponitrile. L'hydrogénation ultérieure permet d'obtenir l'hexaméthylènediamine, une matière première du polyamide (nylon 66).
Le copolymère d'acrylonitrile et de butadiène, le terpolymère de styrène, est un plastique technique de haute qualité, connu sous le nom de résine ABS.
Utilisations
L'acrylonitrile (AN) est principalement utilisé dans la fabrication des fibres acryliques et modacryliques.
Il sert également de matière première dans la fabrication de plastiques (résines acrylonitrile-butadiène-styrène et styrène-acrylonitrile), d'adiponitrile, d'acrylamide, de caoutchoucs nitrile et de résines barrières.
Un mélange d'acrylonitrile et de tétrachlorure de carbone était autrefois utilisé comme pesticide ; cependant, son utilisation comme pesticide a cessé.
L'acrylonitrile est un produit chimique industriel important sur le plan commercial, largement utilisé depuis les années 1940 avec l'essor rapide de l'industrie pétrochimique.
La production de résines ABS et SAN représente la deuxième plus grande consommation d'acrylonitrile.
Les résines ABS sont produites par greffage d'acrylonitrile et de styrène sur du polybutadiène ou un copolymère styrène-butadiène et contiennent environ 25 % en poids d'acrylonitrile. Ces produits servent à fabriquer des composants pour véhicules automobiles et de loisirs, des raccords de tuyauterie et des appareils électroménagers.
Les résines SAN sont des copolymères styrène-acrylonitrile contenant 25 à 30 % en poids d'acrylonitrile.
La transparence supérieure de la résine SAN permet son utilisation dans les tableaux de bord automobiles, les verres d'instruments et les articles ménagers (Langvardt, 1985 ; Brazdil, 1991).
L'acrylonitrile (AN) est utilisé dans la production de fibres acryliques, de résines et de revêtements de surface ; comme intermédiaire dans la production de produits pharmaceutiques et de colorants ; comme modificateur de polymères ; et comme fumigant.
L'acrylonitrile (AN) peut être présent dans les gaz d'échappement des incendies en raison de la pyrolyse des matériaux en polyacrylonitrile. Il a été constaté que de l'acrylonitrile (AN) était libéré par les flacons de copolymères acrylonitrile-styrène et acrylonitrile-styrène-butadiène lorsqu'ils étaient remplis de solvants simulant des aliments, tels que l'eau, l'acide acétique à 4 %, l'éthanol à 20 % et l'heptane, puis stockés pendant 10 jours à 5 mois (Nakazawa et al., 1984).
Cette libération était plus importante avec l'augmentation de la température et était attribuable au monomère d'acrylonitrile (AN) résiduel dans les matériaux polymères.
L'acrylonitrile (AN) est produit industriellement par ammoxydation du propylène, un procédé dans lequel le propylène, l'ammoniac et l'air réagissent en présence d'un catalyseur dans un lit fluidisé.
L'acrylonitrile (AN) est principalement utilisé comme comonomère dans la production de fibres acryliques et modacryliques.
Ses applications comprennent la fabrication de plastiques, de revêtements de surface, d'élastomères nitriles, de résines barrières et d'adhésifs. L'acrylonitrile (AN) est également un intermédiaire chimique dans la synthèse de divers antioxydants, produits pharmaceutiques, colorants et agents tensioactifs.
Auparavant, l'acrylonitrile était utilisé comme fumigant pour les produits alimentaires, la minoterie et les équipements de transformation des produits de boulangerie (HSDB, 1994).
Les émissions industrielles annuelles à l'échelle de l'État de Californie, provenant des installations soumises à la loi sur les points chauds de pollution atmosphérique (Air Toxics Hot Spots Act), ont été estimées, d'après l'inventaire le plus récent, à 3 948 livres d'acrylonitrile (CARB, 2000). Agence américaine de protection de l'environnement (EPA).
L'acrylonitrile (AN) est principalement utilisé comme monomère pour la préparation du polyacrylonitrile, un homopolymère, ou de plusieurs copolymères importants, tels que le styrène-acrylonitrile (SAN), l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), l'acrylonitrile styrène acrylate (ASA) et d'autres caoutchoucs synthétiques comme l'acrylonitrile butadiène (NBR). L'hydrodimérisation de l'acrylonitrile donne l'adiponitrile, utilisé dans la synthèse de certains nylons :
2 CH₂=CHCN + 2 e⁻ + 2 H⁺ → NCCH₂−CH₂−CH₂−CH₂CN
L'hydrolyse par l'acide sulfurique donne le sulfate d'acrylamide, CH=CHC(O)NH₂·H₂SO₄.
Ce sel peut être converti en acrylamide et en acrylate de méthyle.
L'hydrogénation de l'acrylonitrile est une voie d'accès au propionitrile.
La réaction de l'acrylonitrile avec des nucléophiles protiques est appelée cyanoéthylation :
YH + H₂C=CHCN → Y−CH₂−CH₂CN
Les nucléophiles protiques typiques sont les alcools, les thiols et, en particulier, les amines.
Lorsque l'on utilise le cyanure d'hydrogène, le produit obtenu est le succinonitrile. L'acrylonitrile (AN) et ses dérivés, comme le 2-chloroacrylonitrile, sont des diénophiles dans les réactions de Diels-Alder.
Utilisation dans les bouteilles en plastique
En juin 1974, Coca-Cola a lancé la bouteille Easy-Goer de 946 ml (32 oz) en plastique acrylonitrile/styrène, offrant des économies d'énergie lors de la fabrication, une durabilité accrue et un poids réduit par rapport au verre.
En mars 1977, suite à une action en justice intentée par le Conseil de défense des ressources naturelles (NRDC), la FDA a retiré son autorisation de mise sur le marché des bouteilles en acrylonitrile, invoquant des effets indésirables sur les animaux de laboratoire.
Monsanto, fabricant des bouteilles de Coca-Cola, a contesté cette décision, affirmant que « des tests répétés ont démontré qu'il n'y a pas de migration détectable d'acrylonitrile dans le contenu de la bouteille ».
Après plusieurs appels devant les tribunaux, la FDA a finalement interdit l'acrylonitrile en septembre 1977.
Incidents
Une importante quantité d'acrylonitrile (environ 6 500 tonnes) s'est échappée d'une usine de polymères appartenant à Aksa Akrilik après le violent séisme du 17 août 1999 en Turquie.
Plus de 5 000 personnes ont été affectées et les animaux exposés sont morts.
La fuite n'a été constatée par l'entreprise que 8 heures après l'incident.
Le personnel soignant ignorait les effets néfastes de l'acrylonitrile sur la santé et a tenté de soigner les victimes avec des analgésiques et des perfusions intraveineuses.
L'avocate Ayşe Akdemir a intenté une action en justice contre l'entreprise, représentée par 44 familles.
Aksa Akrilik a également été poursuivie par 200 habitants affectés par l'acrylonitrile. L'Association médicale turque a confirmé une augmentation des cas de cancer dans la région, le taux de cancer ayant progressé de 80 % entre 1999 et avril 2002.
En 2003, le propriétaire d'Aksa Akrilik est décédé d'un cancer du poumon lié à une exposition à l'acrylonitrile.
Méthodes de production
L'acrylonitrile (AN) est produit en quantités industrielles presque exclusivement par le procédé d'ammoxydation catalytique du propylène en phase vapeur, mis au point par Sohio.
C₃H₆ + NH₃ + 2/3O₂ → C₃H₃N + 3H₂O
Ce procédé de fabrication de l'acrylonitrile (AN) en une seule étape, en lit fluidisé, a été développé dans les années 1950 par des scientifiques de la Standard Oil Company (Sohio), l'un des prédécesseurs d'INEOS aux États-Unis.
Aujourd'hui, plus de 95 % de l'acrylonitrile mondial est produit grâce à la technologie exclusive d'INEOS.
Profil de réactivité
L'acrylonitrile (AN) produit du cyanure d'hydrogène, un gaz toxique, au contact d'acides forts ou lorsqu'il est chauffé jusqu'à décomposition.
Il réagit violemment avec les oxydants puissants (peroxyde de dibenzoyle, peroxyde de di-tert-butyle, brome).
Il s'enflamme rapidement à l'air et forme des mélanges explosifs avec celui-ci.
Il polymérise violemment en présence de bases ou d'acides forts. Une réaction d'emballement, pouvant entraîner une explosion, se produit au contact d'une faible quantité de brome ou de nitrate d'argent solide.
Risques pour la santé
L'acrylonitrile (AN) est un composé hautement toxique, irritant pour les yeux et la peau, mutagène, tératogène et cancérogène chez les animaux de laboratoire.
L'acrylonitrile (AN) est un toxique aigu modéré à sévère par inhalation, ingestion, absorption cutanée et contact avec la peau.
L'inhalation de ce composé peut provoquer une asphyxie et des maux de tête. Des pompiers exposés à l'acrylonitrile ont rapporté des douleurs thoraciques, des maux de tête, une dyspnée, des étourdissements, une toux et un décollement de la peau des lèvres et des mains (Donohue 1983).
Ces symptômes se sont manifestés quelques heures après l'exposition et ont persisté pendant quelques jours. L'inhalation de 110 ppm pendant 4 heures s'est avérée mortelle pour les chiens.
Chez l'homme, l'inhalation d'environ 500 ppm pendant une heure peut être dangereuse.
Les symptômes de toxicité chez l'homme, suite à l'inhalation de fortes concentrations d'acrylonitrile, étaient la somnolence, la diarrhée, les nausées et les vomissements (ACGIH 1986).
Production
L'acrylonitrile (AN) a été synthétisé pour la première fois par le chimiste français Charles Moureu en 1893.
L'acrylonitrile (AN) est produit par ammoxydation catalytique du propylène, également connue sous le nom de procédé SOHI. En 2002, la capacité de production mondiale était estimée à 5 millions de tonnes par an, pour atteindre environ 6 millions de tonnes en 2017.
L'acrylonitrile (AN) et le cyanure d'hydrogène sont des sous-produits importants qui sont récupérés et commercialisés.
De fait, la pénurie d'acrylonitrile (AN) de 2008-2009 était due à une baisse de la demande.
2 CH₃-CH=CH₂ + 2 NH₃ + 3 O₂ → 2 CH₂=CH-C≡N + 6 H₂O
Dans le procédé SOHIO, le propylène, l'ammoniac et l'air (oxydant) sont injectés dans un réacteur à lit fluidisé contenant le catalyseur, à une température de 400 à 510 °C et une pression de 50 à 200 kPag.
Les réactifs ne traversent le réacteur qu'une seule fois, avant d'être neutralisés dans une solution aqueuse d'acide sulfurique. L'excès de propylène, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et de diazote insoluble est rejeté directement dans l'atmosphère ou incinéré.
La solution aqueuse est composée d'acrylonitrile, d'acétonitrile, d'acide cyanhydrique et de sulfate d'ammonium (provenant de l'excès d'ammoniac).
Une colonne de récupération élimine l'eau en grande partie, et l'acrylonitrile et l'acétonitrile sont séparés par distillation.
L'un des premiers catalyseurs efficaces a été le phosphomolybdate de bismuth (Bi₉PMo₁₂O₅₂) supporté sur silice.
Des améliorations ont été apportées depuis.
