L'acrylonitrile (cyanure vinylique, cyanure de vinyle ou « VCN ») est constitué d'un groupe vinyle lié à un nitrile. Sa formule semi-développée est .
thumb|Outre dans de nombreux plastiques, cette molécule est présente dans les caoutchoucs synthétiques hautement résistants, tels que ceux des chambres à air, avec comme inconvénient de les rendre très peu biodégradables.
C'est un liquide incolore (à jaunâtre en raison d'impuretés). Son odeur est âcre et légèrement piquante (perceptible par l'homme à partir d'une teneur d'environ 20 ppm). L'acrylonitrile est toxique en raison notamment de la production de cyanure comme métabolite ou sous-produit de dégradationAbreu M et Ahmed AE (1980), Metabolism of acrylonitrile to cyanide: in vitro studies. Drug Metab. Disposition 8(6), 376-379.Frederick W. Benz, Donald E. Nerland, William M. Pierce, Christine Babiuk (1990), Acute acrylonitrile toxicity: Studies on the mechanism of the antidotal effect of d- and l-cysteine and their N-acetyl derivatives in the rat (Sprague-Dawley mâles); Toxicology and Applied Pharmacology Volume 102, Issue 1, janvier 1990, pages 142 à 150 (résumé) parmi ses métabolites), écotoxique et hautement inflammable. Il interagit négativement avec l'ADN (Agent mutagène)Hogy LL (1986), Metabolism of acrylonitrile and interactions with DNA. Dissertation Abstracts International 47, B1529-1530, in vitro et in vivoHogy LL et Guengerich FP (1986), In vivo interaction of acrylonitrile and 2-cyanoethylene oxide with DNA in rats. Cancer Research 46, 3932-3938.
Issu de la pétrochimie, il est massivement utilisé par l'industrie chimique et des plastiquesBayer O (1949), Die Chemie des Acrylonitrils, Angewandte Chemie, 61 Jahrg. No. 6, 229-276, c'est un polluant environnemental dangereux car à la fois écotoxique, volatil et soluble dans l'eau ( à ). De plus, dans l'eau ou en contexte humide, il attaque le cuivre (composant fréquent des conduites d'eau potable) et ses alliages.
Son point de congélation est très bas ( selon American CyanamidAmerican Cyanamid Co. (1959), The Chemistry of Acrylonitrile, , , New York.) et il est sensible à la chaleur : à pression atmosphérique normale, il entre en ébullition dès et sa décomposition thermique peut conduire à l'apparition de cyanure d'hydrogène.
C'est un monomère utilisé (par polymérisation) pour produire des plastiques (dont le polyacrylonitrile, un polymère très cohésif de la famille des acryliques) et de nombreuses fibres textiles (Orlon, Crylor fabriquée par Rhône-Poulenc).
En copolymérisation avec le butadiène, il fournit aussi des élastomères « azotés » doués de propriétés remarquables, telles que la résistance aux huiles et aux agents chimiques, et avec le butadiène et le styrène, il forme des résines solides dites à hautes performances (résines ABS).
C'est une des nombreuses molécules toxiques pouvant être émises et détectées dans les émissions de pots d'échappement et dans la fumée du tabacFennell TR, MacNeela JP, Bell DA, Thompson CL (1995), Exposure to acrylonitrile in cigarette smokers: Analysis of N-(2-cyanoethyl)valine in hemaglobin, Proc. Am. Assoc. Cancer Res. 36, 110 (résumé ). ou dans les vapeurs émises lors des processus de thermoformage de certains plastiquesForrest MJ, Jolly AM, Holdings SR, Richards SJ (1995), ou de certaines unités de traitement pour recyclages ou valorisation de déchets de plastiquesFreeman RA et Schroy JM (1984), Air stripping of acrylonitrile from waste-treatment plants, Environmental Progress 3, 26-33.. Elle semble être principalement et d'abord émise dans l'air, mais peut ensuite être retrouvée dans l'eau.
Production et synthèse
La principale synthèse industrielle est l'ammoxydation du propène via le « procédé Sohio », et ce depuis 1950 environ:
2 + 2 + 3 → 2 + 6 .
Un mélange d'air, de propène et d'ammoniac dans des proportions stœchiométriques est introduit dans un réacteur à lit fluidisé opérant de et entre . Un catalyseur est utilisé pour obtenir une réaction complète et sélective (les seules impuretés sont l'acide cyanhydrique et l'acétonitrile). Originellement à base de bismuth et de phosphomolybdate, les catalyseurs actuels sont formés d'antimoine et d'uranium ou de ferrobismuth et phosphomolybdate.
Précédemment, la production se faisait à base d'acétylène :
HC≡CH + HCN → .
La réaction avait autrefois lieu dans une solution diluée d'acide chlorhydrique en présence de chlorure de cuivre(I), mais les réactifs étaient relativement chers et la réaction produisait des impuretés tel le divinylacétylène qui posaient problème lors de la purification ; ce procédé n'a pas résisté à la concurrence du procédé Sohio.
Polymérisation Il polymérise facilement, sous l'effet de : la lumière ; la chaleur ; l'irradiation, et on a montré dès le début des années 1960 - par exposition à des rayons X - que ses vitesses initiales de polymérisation étaient proportionnelles au débit de doseRené Bensasson et Rose Marx (1960), « Irradiation de l'acrylonitrile à l'état solide », Journal of Polymer Science, , issue 150, , décembre 1960, Wiley Online Library (résumé) ; les catalyseurs qui peuvent être notamment des bases fortes, des peroxydes, des persulfates.
La polymérisation chimiquement catalysée est très exothermique. Elle peut induire l'explosion du liquide en train de polymériser et de vapeurs s'en dégageant.
Les industriels, pour limiter ce risque, utilisent des « inhibiteurs de polymérisation » (en général 35 à 45 ppm d'éther monoéthylique de l'hydroquinone, avec 0,4 à 0,5 % d'eau). Cette stabilisation de la polymérisation nécessite aussi un environnement aérobie.
Réactivité chimique Dans les conditions normales de température et de pression, ce produit réagit vivement (jusqu'à exploser) en présence de certains produits, qui sont notamment : des acides forts ; les oxydants ; les halogénés (brome notamment) ; l'ammoniac ; le nitrate d'argent ; les amines ;
Dégradation, biodégradation Dans l'air ce produit est rapidement photodégradéInstitute for Health and Consumer Protection ; European Chemicals Bureau ; Existing Substances (2004), European Union Risk Assessment Report Acrylonitrile (CAS No: 107-13-1) Priority List Volume: 32 ; voir et peut être biodégradé dans le solDonberg PA, Odelson DA, Klecka GM (1991), The biodegradation of acrylonitrile in soil, Abstr. Gen. Meet. Am. Soc. Microbiol. 91, 304.Donberg PA, Odelson DA, Klecka GM, Markam DA (1992), Biodegradation of acrylonitrile in soil, Environmental Toxicology and Chemistry 11, 1583-1594., mais il est très soluble et peu biodégradable dans l'eauBASF AG (1996), (hormis en surface et en station d'épuration).
Selon des tests faits en Malaisie par le , par rapport aux autres types de caoutchouc, y compris synthétiques, le caoutchouc ( gants en caoutchouc) contenant de l'acrylonitrile semble très peu dégradable voire non-dégradable aux échelles habituelles de temps, dans différents types de sol (argileux et sableux)Ikram, A. ; Alias, O. ; Napi, D. (2000), Biodegradability of NR gloves in soil, Journal of Rubber Research, , , (résumé).
Utilisation L'acrylonitrile CH2 = CH-CN est : le monomère précurseur de polymères de synthèse comme le polyacrylonitrile, les fibres acryliques, le nylon, le caoutchouc synthétique (dit caoutchouc-nitrile par exemple utilisé pour produire les chambres à air de pneus de camions, voiture, vélo, avions, etc.Cantoni G, Senati U (1979), A new technology for nitrile rubbers production: Improvment in residual monomers content in the polymer and in the factory environment, Proceedings of the international Rubber Conference, Milan, Italie, . qui contient typiquement de 25 à 45 % d'acrylonitrileECHA (2002), 1,3-Butadiene, rapport final , RISK ASSESSMENT, United Kingdom ou caoutchouc-nitrile carboxylé ( ; XNBR si on leur a ajouté une faible quantité d'acide carboxylique comme de l'acide méthacrylique) ; intermédiaires chimiques pour la production d'acrylamide et d'adiponitrileHPA, Dossier Acrylonitrile / General information , 5 (consulté le 8 mai 2013) ; l'un des deux monomères composant le copolymère styrène-acrylonitrile (SAN) ; l'un des trois monomères composant le copolymère acrylonitrile butadiène styrène (ABS, l'un des polymères acryliques très utilisés dans les véhicules nécessitant un faible poids et une résistance élevée aux chocs). Ce matériau est un copolymère d’acrylonitrile, de butadiène et de styrène, d’où son nom d'ABS.
Il a autrefois été utilisé comme insecticide et pesticide de fumigation (alors produit par American Cyanamid et utilisé en mélange avec 66 % de tétrachlorure de carbone pour être rendu moins explosif et inflammableEnvironnement Canada (2002), « Les plans de prévention de la pollution à l’égard de l’acrylonitrile »). Il a aussi été utilisé comme fumigant pour tuer les vers de farine et larves de mites) dans les moulins, les minoteries industrielles, les boulangeries et certaines machines du secteur agroalimentaire. On l'a aussi utilisé en chambres atmosphériques pour la fumigation du tabac et de cigaresTenhet, J.N. (1954) Fumigation of cigar tobaccos. Tobacco, 139 : 12-14Childs, D.P. et Overby, J.E. (1967), Atmospheric chamber fumigation of cigar tobacco ; T. Sci., 11 : 38 - 41., de cerneaux de noix, céréales, fruits secs dont les dattes. Comme il pénètre moins profondément les matériaux poudreux denses (farine) que le bromure de méthyle, ce dernier lui est préféré pour la farine et d'autres produits de meunerie. Dès les années 1950, il est utilisé pour la fumigation sous vide du tabacTenhet, J.N. (1957) Tobacco fumigants and fumigation. Tobacco, 144 : 22 - 26. ainsi que pour tuer les termites dans le bois sec de maisons ou bâtiments où des termines sont présents.
Un pesticide à base d'acrylonitrile a été récemment breveté comme tel en 1997 par Norihiko Mimoribrevet Composés d'acrylonitrile WO 2000017193 A1, déposé 1997-04-24, publié l1997-10-30. En 1965, alors que ce produit est très utilisé sur certains produits alimentaires, les experts invités à une réunion conjointe de la FAO et de l'OMS concluent qu'au vu des connaissances alors disponibles, ils ne peuvent évaluer les risques pour la santé humaine liés à ces pratiques, et que des recherches toxicologiques sont nécessaires. En raison de sa toxicité et dangerosité, ce produit sera de moins en moins utilisé comme pesticide et il ne semble plus très utilisé pour ces usages.
Il est aussi utilisé pour l'encollage et comme apprêt (textile) industriels[INRS] ; N Bonnard , Fiche toxicologique Acrylonitrile ().
L'hydrolyse de l'acrylonitrile conduit en outre à l'acide acrylique dont les esters sont les monomères de la synthèse des résines acryliques.
Toxicologie Elle varie selon les espèces, et les tissus ciblés par l'acrylonitrile ou ses métabolitesButterworth BE, Eldridge SR, Sprankle CS, Working PK, Bentley KS, Hurtt ME (1992), Tissue-specific genotoxic effects of acrylamide and acrylonitrile, Environ. Mol. Mutagen. 20, 148-155., y compris en tant que génotoxiqueEldridge SR Butterworth BE, Sprankle CS, Working PK, Bentley KS et Hurtt ME (1992), Tissue-specific genotoxic effects of acrylamide and acrylonitrile, Environ Mol Mutagen (US) 20(3), 148-155. Ce composé fait partie de la liste EPA des substances extrêmement dangereuses.
Toxicocinétique Cette molécule peut être absorbée sous forme liquide ou vapeur (ou comme contaminant) et distribuée par toutes les voies (orale, percutanée, pulmonaire, etc.). Son degré de toxicité et sa répartition dans différents organes varient selon le type de régime alimentaire du sujet au moment de l'intoxicationR. J. Jaeger, I. L. Cote, A. E. Rogers, E. H. Silver, S. Szabo (1984), Acute Toxicity of Acrylonitrile: Effect of Diet on Tissue Nonprotein Sulfhydryl Content and Distribution of 1–14C-Acrylonitrile or Its Metabolites ; International Journal of Toxicology ; janvier-février 1984, vol. 3 no. 1 93-102 ; (résumé)).