thumb|250px|Ilustración de un hidrocarburo aromático policíclico típico. En el sentido de las agujas del reloj, desde la zona superior izquierda: benzacefenantrileno, pireno y dibenzo (a, h)antraceno.
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. Los HAP 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 ya que se ha sugerido que pudieron preceder a las moléculas autorreplicantes del mundo de ARN. En el grafeno el motivo HAP se extiende en grandes láminas bidimensionales.
Fuentes y distribución de HAP Los hidrocarburos aromáticos policíclicos se encuentran sobre todo en fuentes naturales como la creosota. Pueden surgir de la combustión incompleta de la materia orgánica. También se pueden producir HAP de forma geológica mediante la transformación química de sedimentos orgánicos en combustibles fósiles como petróleo y carbón. Se considera que los HAP son omnipresentes en el medio ambiente y pueden formarse a partir de fuentes de combustión naturales o artificiales. Las fuentes predominantes de HAP en el medio ambiente proceden, por tanto, de la actividad humana: la quema de madera y la combustión de otros biocombustibles, como el estiércol o los residuos de cultivos, aportan más de la mitad de las emisiones de HAP globales, en particular debido al uso de biocombustibles en India y China. En 2004, los procesos industriales y la extracción y el uso de los combustibles fósiles suponían un poco más de la cuarta parte de las emisiones de HAP globales, de las cuales las más importantes eran las emisiones de países industrializados, como los Estados Unidos. Otra fuente importante son los incendios forestales. Se han medido concentraciones de HAP en el agua, suelo y aire en exteriores considerablemente más altas en Asia, África y Latinoamérica que en Europa, Australia, los EE. UU. y Canadá.
Los HAP suelen hallarse como parte de mezclas complejas. La combustión que ocurre a temperaturas más bajas, como fumar tabaco o la quema de madera, suele generar HAP de masas moleculares más bajas, mientras que los procesos industriales a altas temperaturas suelen generar HAP con masas moleculares más altas.
En medio acuoso La mayor parte de los HAP no se disuelven en agua, lo cual limita su propagación en el medio, aunque los sedimentos finos ricos en contenido orgánico sorben los HAP. La solubilidad acuosa de los HAP disminuye de una forma más o menos logarítmica cuando se aumenta la masa molecular. Los HAP de dos anillos, y en menor medida los HAP de tres anillos, se disuelven en agua, lo cual los hace más propensos a su captación y degradación biológica. Es más, los HAP de entre dos y cuatro anillos se volatilizan lo suficiente como para estar presentes en la atmósfera principalmente en forma gaseosa, aunque puede que el estado físico de los HAP de cuatro anillos dependa de la temperatura. En cambio, los compuestos que tengan cinco o más anillos tienen una solubilidad en agua y una volatilidad bajas y, por lo tanto, se encuentran principalmente en estado sólido, ligados a las partículas que se encuentran en suspensión en la contaminación atmosférica, a las partículas de los suelos o a las de los sedimentos. Cuando se encuentran en estado sólido, estos compuestos son menos propensos a su captación y degradación biológica, lo cual aumenta su presencia en el entorno.
En galaxias Se ha descubierto que en la galaxia espiral NGC 5529 los HAP se encuentran presentes.
Exposición humana al HAP La exposición humana al HAP varía en distintas partes del mundo y depende de factores como los índices de tabaquismo, el tipo de combustibles usados al cocinar y los controles de contaminación en las centrales eléctricas, en los procesos industriales y en los vehículos. En los países desarrollados que tienen controles de contaminación del aire y del agua estrictos, fuentes más limpias para cocinar (como por ejemplo, el gas y la electricidad frente al carbón o a los biocombustibles) y que prohíben fumar en lugares públicos suele haber niveles más bajos de exposición al HAP, mientras que en los países en vías de desarrollo y en los subdesarrollados suele haber niveles más altos. Se ha demostrado en varios estudios independientes que las nubes de humo quirúrgico contienen HAP. En el caso de los contaminantes en interiores, el humo quirúrgico debe ser tratado como un riesgo potencial muy serio para los 59 millones de profesionales de la salud de todo el mundo.
thumb|left|Una estufa a cielo abierto que quema madera para cocinar. El humo de combustibles sólidos como la madera es una fuente muy importante de HAP a nivel mundial. La quema de combustibles sólidos como carbón y biocombustibles para cocinar y como calefacción en el hogar supone una fuente global de emisiones de HAP dominante que en países en vías de desarrollo produce altos niveles de exposición a partículas en el aire en interiores que contienen HAP, en particular en mujeres y niños que pasan más tiempo en casa o cocinando.
En los países industriales, aquellas personas que fuman productos del tabaco o que son fumadores pasivos están entre los grupos más expuestos; el humo del tabaco contribuye al 90% de los niveles de HAP en interiores en las viviendas de personas fumadoras. La población general en los países desarrollados se ve expuesta al HAP predominantemente a través de la dieta, en particular al hacer carne a la parrilla o ahumada o al consumir HAP depositados en los alimentos vegetales, especialmente en los vegetales de hoja ancha, durante su crecimiento. Los HAP se encuentran por lo general en concentraciones bajas en el agua potable.
thumb|Esmog en El Cairo. Las partículas de contaminación en el aire, entre las que se encuentra el esmog, son una causa de exposición humana al HAP importante. Las emisiones de vehículos como coches y camiones pueden convertirse en una fuente importante de HAP en partículas de contaminación en el aire en exteriores. Desde el punto de vista geográfico, las carreteras más grandes son fuentes de HAP, el cual se puede distribuir en la atmósfera o se puede depositar en sus cercanías. Se estima que los convertidores catalíticos hacen que las emisiones de HAP de los vehículos a gasolina sean 25 veces más pequeñas.
También se puede acabar expuesto al HAP en el trabajo, si este está relacionado con combustibles fósiles o sus derivados, con la quema de madera, con electrodos de carbono o con la exposición al humo diésel. Entre las actividades industriales que pueden producir y distribuir HAP en el medio ambiente se encuentran la producción de aluminio, hierro y acero; la gasificación del carbón, la destilación de alquitrán, la extracción de aceite de esquisto; la producción de coque, creosota, negro de carbón y carburo de calcio; la pavimentación de las carreteras y la producción de asfalto; la producción de neumáticos de caucho; la producción o el uso de líquidos para trabajar el metal y la actividad del carbón o de las centrales eléctricas de gas natural.
Salud humana
La toxicidad es muy estructuralmente dependiente, con isómeros (HAP con la misma fórmula y número de anillos) que varían de no tóxicos a extremadamente tóxicos. Por lo tanto, los HAP altamente cancerígenos pueden ser pequeños o grandes. Un compuesto de HAP, benzo [a] pireno, es notable por ser el primer carcinógeno químico descubierto (y es uno de los muchos carcinógenos que se encuentran en humo de cigarrillo). La EPA ha clasificado siete compuestos de HAP como probables carcinógenos humanos: benz [a] antraceno, benzo [a] pireno, benzo [b] fluoranteno, benzo [k] fluoranteno, criseno, dibenz [a, h] antraceno e indeno [1 , 2,3-cd] pireno.
Los HAP conocidos por sus propiedades carcinógeno ic, mutágeno ic y teratógeno ic son benz [a] antraceno y criseno, benzo [b] fluoranteno, benzo [j] fluoranteno, benzo [k] fluoranteno, benzo [a] pireno, benzo [ghi] perileno, coroneno, dibenz [a, h] antraceno ( C 20 H 14 ), indeno [1,2,3-cd] pireno (C 22 H 12 ) y ovalene. Luch, A. (2005). Los efectos cancerígenos de los hidrocarburos aromáticos policíclicos . Londres: Imperial College Press, ISBN 1-86094-417-5
El conjunto de HAP alternativos está estrechamente relacionado con un conjunto de entidades matemáticas llamadas polyhex es, que son figuras planas compuestas por hexágono s regulares combinados de tamaño idéntico.
Los HAP que contienen hasta seis anillos aromáticos fusionados se conocen a menudo como HAP "pequeños" y los que contienen más de seis anillos aromáticos se denominan HAP "grandes". Debido a la disponibilidad de muestras de los distintos HAP pequeños, la mayor parte de la investigación sobre HAP ha sido de hasta seis anillos. La actividad biológica y la aparición de HAP grandes parece ser una continuación de los HAP pequeños. Se encuentran como productos de combustión, pero a niveles más bajos que los HAP pequeños debido a la limitación cinética de su producción por adición de anillos sucesivos. Además, con muchos más isómeros posibles para HAP más grandes, la aparición de estructuras específicas es mucho menor.
Los HAP poseen espectros de absorbancia UV muy característicos espectroscopía ultravioleta-visible. Estos a menudo poseen muchas bandas de absorbancia y son únicos para cada estructura de anillo. Por tanto, para un conjunto de isómero s, cada isómero tiene un espectro de absorbancia UV diferente al de los demás. Esto es particularmente útil en la identificación de HAP. La mayoría de los HAP también son fluorescentes, y emiten longitudes de onda de luz características cuando se excitan (cuando las moléculas absorben luz). Las estructuras electrónicas extendidas de electrones pi de los HAP conducen a estos espectros, así como a ciertos HAP grandes que también exhiben semiconductor y otros comportamientos.
Naftaleno (C 10 H 8 constituyente de naftalina s), que consta de dos anillos coplanares de seis miembros que comparten un borde, es otro hidrocarburo aromático. Por convención formal, no es un HAP verdadero, aunque se le conoce como un hidrocarburo aromático bicíclico.
La solubilidad acuosa disminuye aproximadamente un orden de magnitud por cada anillo adicional.
Clases de HAP Compuesto químico Fórmula esqueletal Compuesto químico Fórmula esqueletal Antraceno 85px Benzo[a]pireno 100px Criseno 100px Coroneno 85px Coranuleno 80px Naftaceno 100px Naftalina 55px Pentaceno 100px Fenantreno 80px Pireno 80px Trifenileno 100px Ovaleno 100px
Tiempo de vida
El tiempo de vida media de los diferentes HAPs va a cambiar dependiendo de su estructura al incrementar su número de anillos aromáticos.
Los que poseen 2 o 3 anillos en su estructura son muy difíciles de detectar ya que ellos se caracterizan por tener una gran volatilidad y solubilidad relativa cuando son biodegradados.
Los que poseen 4 anillos en su estructura presentan una vida media promedio de 28 días ya que son compuestos hidrofóbicos y tienen una afinidad alta con la materia orgánica.
Los que tienen 5 anillos en su estructura presentan una vida media promedio de 34 días, y los que poseen 6 anillos tienen un tiempo de vida media promedio de 75 días.
Aromaticidad