Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos

¿Qué es?

Un hidrocarburo aromático policíclico (HAP o PAH, por sus siglas en inglés) es un compuesto orgánico que se compone de anillos aromáticos simples que se han unido, y no contiene heteroátomos ni lleva sustituyentes.1 Los HAPs se encuentran en el petróleo, el carbón y en depósitos de alquitrán y también como productos de la utilización de combustibles (ya sean fósiles o biomasa). Como contaminantes han despertado preocupación debido a que algunos compuestos han sido identificados como carcinógenos, mutágenos y teratógenos.

También se encuentran en el medio interestelar, en cometas y en meteoritos, y son candidatos a moléculas básicas en el origen de la vida. En el grafeno el motivo HAP se extiende en grandes láminas bidimensionales.

Características físicas y químicas

A temperatura ambiente los HAPs se encuentran normalmente en estado sólido. Las características comunes de estas sustancias son puntos de fusión y ebulliciones elevadas, presión de vapor baja y solubilidad en agua muy baja, la cual decrece al aumentar el peso molecular y tamaño de la molécula. Son solubles en disolventes orgánicos y por tanto, lipófilos. Así que son potencialmente bioacumulados y concentrados en sedimentos y suelos en función de su persistencia.

Como regla general, la persistencia del compuesto aumenta al aumentar el tamaño de la molécula. Por ejemplo, la relativa baja persistencia del naftaleno y otros compuestos de bajo peso molecular indican su escasa capacidad de bioacumulación Mientras que los compuestos de mayor peso molecular, como el benzo[a]pireno, son altamente persistentes y por tanto bioacumulables. Así se ha observado que en sistemas acuáticos el benzo[a]pireno presenta una vida media superior a 300 semanas frente a las 5 semanas que presenta el naftaleno.

Desde el punto de vista químico son bastante inertes. Las reacciones que pueden sufrir en un muestreo atmosférico e inducir así a pérdidas de HAPs son la fotodescomposición y las reacciones con óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ozono y radicales hidroxílo.

La principal vía de degradación de estos compuestos incluye procesos químicos, fotolíticos o metabólicos asociados a microorganismos. En algunos casos se dan conjuntamente más de una, dependiendo de condicionantes como la temperatura, el oxígeno y microoganismos disponibles .Entre los procesos químicos se incluyen los tratamientos de cloración y ozonización del agua, entre los fotolíticos la acción conjunta de oxígeno y luz solar. La actividad de los microorganismos se desarrolla normalmente a través de un co-metabolismo de los HAPs con materia orgánica nutriente.

Clasificación de la IARC para los HAP

Respecto a los HAP individuales la última actualización de la IARC ha establecido la siguiente clasificación:

• Cancerígeno para los seres humanos (grupo 1):Benzo[a]pireno.

• Probablemente cancerígenos para los seres humanos (grupo 2A):Ciclopenta[c,d]pireno, Dibenzo[a,h]antraceno y Dibenzo[a]pireno.

• Posiblemente cancerígenos para los seres humanos (grupo 2B):Benzo[j]aceantrileno, Benzo[a]antraceno, Benzo[b]fluoranteno, Benzo[j]fluoranteno, Benzo[k]fluoranteno, Benzo[c] fenantreno, Criseno, etc.

Estructuras química de los principales hidrocarburos aromáticos Policíclicos (HAP)

Nomenclatura

Es necesario tener unas ideas sobre la forma de nombrar este tipo de compuestos para así poder discriminar entre unas estructuras y otras muy similares. La mayoría de los HAPs tienen nombres comunes que no reflejan las estructuras, pero sí nos dan el nombre de partida para conocer otros derivados. La nomenclatura es la adoptada por la IUPAC3, y se basa en una serie de normas o puntos a seguir:

Se localiza en el plano horizontal la estructura con el máximo número de anillos.

El mayor número de anillos están situados hacia arriba y hacia la derecha, según se mira el plano en el que se representa la molécula.

Si existen varias formas de representar la molécula según las normas anteriores, se escoge aquella que tenga el menor número de anillos situados hacia abajo y a la izquierda.

Se numeran los carbonos en sentido horario, comenzando por el carbono situado lo más arriba posible y lo más a la derecha posible (en este orden) que no participe en la unión de los anillos.

Los enlaces entre carbonos se numeran con letras. Se comienza con la letra “a” entre los átomos 1 y 2, continuando en sentido horario.

No se numeran los átomos de carbono que estén compartidos por anillos.

Como ejemplo, se muestra la molécula de benzo(a)pireno obtenida a partir de la molécula de pireno (B.K. Afghan & Alfred S.Y. Chan, 1989):

Aunque no se indican las uniones carbono - carbono según el sistema alfabético descrito en las normas, es fácil ver como se añade un anillo bencénico a la molécula de pireno y después se representa la molécula de benzo(a)pireno de la forma indicada en las normas anteriores.

Métodos de obtención

Los HAP se forman durante la combustión incompleta de materia orgánica en general. En el proceso de combustión de la materia orgánica, formada por carbono e hidrógeno, ésta reacciona con el oxígeno, formándose dióxido de carbono y agua. Sin embargo, si no hay suficiente oxígeno, la combustión es incompleta; parte del combustible no reacciona completamente con el oxígeno y se forman otros subproductos tales como monóxido de carbono y HAP. Este proceso también es conocido como pirólisis.

La tasa de formación de los HAP depende de las condiciones de la combustión. Si ésta genera mucho humo negro dará lugar a mayor cantidad de HAP; por ejemplo el hollín de hecho está formado por moléculas de HAP polimerizadas.

Dada la amplia distribución de materia orgánica (carbón, madera, vegetación en general, combustibles fósiles, tabaco, alimentos), así como los procesos de combustión de la misma, los HAP son ubicuos, es decir se encuentran de forma generalizada en el medio ambiente. En general se distinguen dos tipos de fuentes como responsables de la presencia de HAP en el ambiente.

Fuentes naturalesAlgunas formas de combustión natural de materia orgánica que comportan emisión al aire de HAP son las erupciones de los volcanes y los incendios forestales debidos a causas naturales. Los petróleos y en general los combustibles fósiles contienen de forma natural HAP en

bajas concentraciones (alrededor del 1%), dependiendo en gran parte del origen del crudo.

Fuentes antropogénicasEste término hace referencia a todas las formas en las que se originan HAP que sean dependientes de la actividad humana. La amplia utilización de procesos de combustión de materia orgánica durante el último siglo ha hecho que la producción de HAP sea un fenómeno habitual en nuestra sociedad. Los combustibles fósiles (de materia orgánica) son de uso frecuente y abundante, sobre todo en tres ámbitos: en muchas actividades industriales, en las calefacciones domésticas, y en todo tipo de vehículos de transporte.

Ejemplos

Webgrafia

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburo_arom%C3%A1tico_polic%C3%ADclico

http://html.rincondelvago.com/hidrocarburos-aromaticos-policiclicos_1.html

http://www.gencat.cat/salut/acsa/html/es/dir1593/edt2008pdf/edt2008es-cap4.pdf

http://www.ugt.es/saludlaboral/Hidrocarburos.pdf