Aceton - kémia iskola
aceton
színtelen, édes illatú folyadék [1]
vízzel elegyedik [1] és sok szerves oldószerrel [2]
500 ml m −3, 1200 mg m −3 [1]
5800 mg kg −1 (orális patkány) [1]
aceton (ritka aceton) a szerves-kémiai vegyület közönséges neve Propanon vagy. Dimetil-keton. Az aceton színtelen folyadék, amelyet poláros, aprotikus oldószerként és a szerves kémia számos szintézisének kiindulási anyagaként alkalmaznak. A két metilcsoportot hordozó karbonilcsoport (> C = O) szerkezeti tulajdonságával a legegyszerűbb keton.
Kivonás és bemutatás
Az acetont először 1606-ban állította elő Andreas Libavius ólom (II) -acetát melegítésével. 1661-ben Robert Boyle a fa száraz desztillációjával nyerni tudott. [5] A 20. század közepéig az aceton-butanol fermentáció fontos folyamat volt az aceton előállításában. Az ipari termeléshez a Clostridium acetobutylicum anaerob baktériumot használták.
Az aceton ma a legfontosabb gyártási folyamata a kumén-hidroperoxid-eljárás, amelyet Hock-fenol szintézisnek is neveznek:
Itt a benzolt és a propént először savban végzett Friedel-Crafts alkilezéssel izopropilbenzollá (kuménné) alakítják át. Ez aztán gyökös reakcióban oxigénnel reagálva képezi a hidroperoxidot, amely savas feldolgozás során fenollá és acetonná bomlik.
Az izopropanol dehidrogénezését vagy oxidehidrogénezését további előállítási eljárásként hajtjuk végre.
Az aceton előállításának másik módja a kalcium-acetát melegítése, amely acetont és kalcium-oxidot bont. ("Mészsó desztilláció" néven ismert)
Ez a folyamat a Libavius fent említett történeti szintéziséhez vezet vissza 1606-ban.
jellemzők
Az aceton színtelen, alacsony viszkozitású, jellegzetes szagú folyadék, nagyon gyúlékony és robbanékony keveréket képez a levegővel. A forráspont normál nyomáson 56 ° C. Vízzel és a legtöbb szerves oldószerrel minden arányban elegyedik. Az aceton molekula keto-enol tautomerizmust mutat; pKa értéke 20. Az aceton komplex vegyületeket is képezhet kationokkal poláros karbonilcsoportja miatt.
A vegyület számos más oldószerrel azeotrop keverékeket képez. Az azeotrop készítmények és forráspontok a következő táblázatban találhatók. Vízzel, etanollal, 1-propanollal, 2-propanollal, n-butanollal, benzollal, toluollal, etil-benzollal, dietil-éterrel, etil-acetáttal és acetonitrillel azeotropok nem képződnek. [6]
| Azeotropok különféle oldószerekkel [6] | ||||||||||||
| oldószer | n-pentán | n-hexán | n-heptán | Ciklohexán | Metanol | kloroform | Szén-tetraklorid | Diizopropil-éter | Metil-acetát | |||
| Az aceton tartalma | ban ben% | 21. | 59 | 90 | 67 | 88 | 22-én | 89 | 61 | 50 | ||
| forráspont | ° C-on | 32 | 50 | 56 | 53 | 55 | 64. | 56 | 54. | 55 | ||
Termodinamikai tulajdonságok
Antoine szerint a gőznyomás függvénye log10 (P) = A− (B/(T + C)) (P barban, T K-ban), A = 4.42448, B = 1312.253 és C = -32.445 im Hőmérséklet-tartomány 259,2 és 507,6 K között [7]
| A képződés standard entalpiája | ΔfH 0 folyadék ΔfH 0 gáz | −249,4 kJ mol −1 [8] −218,5 kJ mol −1 [8] | folyadékként mint a gáz |
| Az égés entalpiája | ΔcH 0 gáz | −1821,4 kJ mol −1 [9] | |
| Hőkapacitás | cp | 125,45 J mol −1 K −1 (25 ° C) [10] 75,02 J mol −1 K −1 (25 ° C) [11] | folyadékként mint a gáz |
| Kritikus hőmérséklet | Tc | 508,15 K [12] | |
| Kritikus nyomás | pc | 47,582 bar [12] | |
| Kritikus sűrűség | ρc | 4,63 mol·l −1 [12] | |
| Acentrikus tényező | ωc | 0,30653 [13] | |
| Fúziós entalpia | ΔfH 0 | 10,48 kJ mol −1 [14] | olvadáspontnál |
| Párolgási entalpia | ΔVH 0 | 29,1 kJ mol −1 [15] | normál nyomáson forrásponton |
A párolgási entalpia hőmérsékletfüggése kiszámítható a ΔVH 0 = A e (−βTr) (1 - Tr) β (ΔVH 0 kJ/mol, Tr = (T/Tc) csökkentett hőmérséklet) egyenlet alapján A = 46,95 kJ/mol, β = 0,2826 és Tc = 508,2 K a 298 K és 363 K közötti hőmérséklet-tartományban. [15] A fajlagos hőkapacitás az 5 ° C és 50 ° C közötti hőmérséklet-tartományban kiszámítható lineáris függvény segítségével, cp = 1,337 + 2,7752 · 10 −3 · T (cp értéke kJ · kg −1 · K −1 és T tinta). [10]
Az aceton gőznyomás-függvénye
Az aceton párolgási hőjének hőmérsékletfüggése
A biztonsággal kapcsolatos paraméterek
aceton nagyon gyúlékony gőz-levegő keverékeket képez. A vegyület lobbanáspontja –20 ° C alatt van. A robbanási tartomány 2,5 térfogat% (60 g/m 3), mint alsó robbanási határ (LEL), és 14,3 térfogat% (345 g/m 3), mint felső robbanási határ (UEL). [16] A robbanási határok korrelációja a gőznyomás funkcióval alacsonyabb -23 ° C-os és felső 8 ° C-os robbanási pontot eredményez. A robbanási határok nyomástól függenek. A nyomás csökkenése a robbanási terület csökkenéséhez vezet. Az alsó robbanási határ csak kis mértékben változik 100 mbar nyomásig, és csak 100 mbar alatti nyomáson növekszik. A felső robbanási határ az eső nyomással analóg módon csökken. [17]
| Robbanási határok csökkentett nyomáson (100 ° C-on mérve) [17] | ||||||||||||
| nyomás | mbar-ban | 1013 | 800 | 600 | 400 | 300 | 250 | 200 | 150 | 100 | 50 | 25-én |
| Alsó robbanási határ (LEL) | vol% -ban | 2.2 | 2.2 | 2.3 | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 3.6 | 5.0 |
| g m −3-ban | 53 | 53 | 53 | 55 | 57 | 58 | 59 | 61 | 63 | 86 | 119 | |
| Felső robbanási határ (UEL) | vol% -ban | 14.3 | 14.0 | 13.7 | 13.4 | 13.2 | 13.1 | 13.1 | 13.1 | 12.5 | 10.3 | 9.0 |
| g m −3-ban | 345 | 338 | 331 | 324 | 319 | 316 | 316 | 316 | 302 | 249 | 217 | |
A maximális robbanási nyomás 9,7 bar. [16] A maximális résszélességet 1,04 mm-nek (50 ° C) határoztuk meg. [16] Ennek eredményeként a IIA robbanási csoportba sorolják be. [16] Minimális gyújtási energiája 1,15 mJ, a gőz-levegő keverékek rendkívül gyúlékonyak. [18] [19] A gyulladási hőmérséklet 535 ° C. [16] Az anyag ezért a T1 hőmérsékleti osztályba tartozik. Megnövekedett nyomáson a gyulladási hőmérséklet hirtelen csökkenése figyelhető meg. [1] Az elektromos vezetőképesség meglehetősen alacsony, 4,9 · 10 −7 S · m −1. [20]
| Gyulladási hőmérséklet fokozott nyomás alatt [1] | ||||||||||||
| nyomás | készpénzben | 1 | 2 | 4 | 6.8 | 16.5 | ||||||
| Gyulladási hőmérséklet | ° C-on | 535 | 345 | 290 | 265 | 250 | ||||||
Reakciók
Különleges reakcióként itt meg kell említeni az ál-nulla rendű reakciókinetika klasszikus példájaként az aceton jódozását. Mivel csak az enol forma jódozható, de az aceton majdnem 100% ketont tartalmaz, a reakció során a 2-propenol koncentráció állandónak tekinthető. C = C kettős kötése most reagál a jóddal, és egy jodidiont elszakítva mesomer kationt képez, amely aztán protont visz át egy jodidionba. [21]
A keto-enol egyensúly kialakulását sav (és bázis is) katalizálja. A jódozást ezért nagymértékben felgyorsítja a keletkező hidrogén-jodid (autokatalízis). Bázis hozzáadásakor azonban a jodoform reakció megy végbe.
Az aceton lúgos oldatban benzaldehid jelenlétében reagálva dibenzalacetont képez. A reakció az aldol kondenzációjának általános mechanizmusa szerint megy végbe. A benzalanilin szintetizálható is - az anilin reagál az alkáli oldatban lévő acetonnal, és a vizet elválasztva Schiff-bázist (azometint) alkot. A dibenzalaceton és a benzalanilin egyaránt értékes anyag, mert nagyon reaktív kettős kötéseik vannak, amelyeket nukleofilek megtámadhatnak.
Ha két acetonmolekulát hagyunk aldolszerű módon dimerizálni bázikus reagensek hatására, diaceton-alkohol képződik.
használat
Az aceton a vegyipar számos szintézisének kiindulási anyaga. Főleg polimetil-metakrilát (PMMA) előállítására használják, közismert nevén akrilüveg vagy plexi. Erre a célra az acetont először hidrogén-cianid hozzáadásával aceton-ciano-hidrinné alakítják, amely savas közegben könnyen elválasztja a vizet (a kettős kötés mezomer stabilizálása a nitrilcsoport hármas kötéséhez való konjugáció miatt). A kapott 2-metil-propenenitrilt metil-metakriláttá alakítjuk tömény kénsav és metanol keverékének hozzáadásával, amelyet egy további lépésben akrilüveggé polimerizálunk.
Az acetont gyanták, zsírok és olajok, kolofon, cellulóz-acetát közös oldószereként és extrakciós szereként, valamint körömlakklemosóként és műanyag ragasztóként is használják [22]. Használják az építési hab okozta szennyeződések eltávolítására is, például PU habágyúk tisztításakor. Térfogatának sokszorosát oldja etinben (acetilén). Az acetont a szerves kémia számos reakciójában (aldol-addíciók és aldol-kondenzációk) használják.
Néhány országban az acetont kis arányban (1: 2000 - 1: 5000) adják a benzinhez vagy a dízelolajhoz az üzemanyag teljesebb elégetésének érdekében.
A fotokémiai áramköri lapok gyártásában acetont használnak az áramköri kártya végső tisztításához.
Az acetont tartalmazó oldatokat a fogászatban az előkészített dentin felületek és a gyökércsatornák tisztítására használják.
biokémia
Az aceton egy keton test, amely nem metabolizálható jelentős mértékben. Ezért a tüdőn vagy kivételes esetekben a vizelettel szabadul fel (acetonuria, a diabetes mellitus tünete). További ketontestek az acetil-aceton és a hidroxi-metil-butirát. Ezek az anyagcserében feldolgozhatók.
toxikológia
Az aceton szárazságot okoz a bőrön, mivel zsírtalanítja a bőrt. Ezért érintkezés után meg kell zsírozni az érintett területeket. Nagyobb adagok belégzése hörgőirritációt, fáradtságot és fejfájást okoz. A nagyon nagy dózisoknak kábító hatásuk van.