Acetón - chemická škola
acetón
bezfarebná tekutina so sladkou vôňou [1]
miešateľný s vodou [1] a mnohými organickými rozpúšťadlami [2]
500 ml m −3, 1 200 mg m 33 [1]
5800 mg kg −1 (orálne u potkanov) [1]
acetón (neobvyklý acetón) je všeobecný názov pre organicko-chemickú zlúčeninu Propanón alebo. Dimetylketón. Acetón je bezfarebná kvapalina a používa sa ako polárne, aprotické rozpúšťadlo a ako východiskový materiál pre mnoho syntéz v organickej chémii. So svojou štruktúrou karbonylovej skupiny (> C = O), ktorá nesie dve metylové skupiny, je to najjednoduchší ketón.
Extrakcia a prezentácia
Acetón prvýkrát vyrobil v roku 1606 Andreas Libavius zahriatím octanu olovnatého. V roku 1661 ho Robert Boyle dokázal získať suchou destiláciou dreva. [5] Až do polovice 20. storočia bola fermentácia acetón-butanolom dôležitým procesom výroby acetónu. Na priemyselnú výrobu sa použila anaeróbna baktéria Clostridium acetobutylicum.
Najdôležitejším výrobným procesom acetónu v súčasnosti je proces kuménhydroperoxidu, ktorý je tiež známy ako Hockova syntéza fenolu:
Tu sa benzén a propén najskôr prevedú na izopropylbenzén (kumén) Friedel-Craftsovou alkyláciou v kyseline. Tento potom reaguje s kyslíkom radikálnou reakciou za vzniku hydroperoxidu, ktorý sa pri kyslom spracovaní rozkladá na fenol a acetón.
Dehydrogenácia alebo oxydehydrogenácia izopropanolu sa uskutočňuje ako ďalší výrobný proces.
Ďalším spôsobom, ako vyrobiť acetón, je zahriatie octanu vápenatého, ktorý ho rozloží na acetón a oxid vápenatý. (Známa ako „destilácia vápennej soli“)
Tento proces sa vracia k vyššie spomínanej historickej syntéze, ktorú uskutočnil Libavius v roku 1606.
charakteristiky
Acetón je bezfarebná kvapalina s nízkou viskozitou s charakteristickým zápachom, vysoko horľavá a so vzduchom vytvára výbušnú zmes. Teplota varu za normálneho tlaku je 56 ° C. Je miešateľný s vodou a väčšinou organických rozpúšťadiel vo všetkých pomeroch. Molekula acetónu vykazuje tautomériu keto-enolu; jeho hodnota pKa je 20. Acetón môže vďaka svojej polárnej karbonylovej skupine tiež vytvárať zložité zlúčeniny s katiónmi.
Táto zlúčenina vytvára azeotropicky vriace zmesi s mnohými ďalšími rozpúšťadlami. Azeotropické zloženie a teploty varu nájdete v nasledujúcej tabuľke. S vodou, etanolom, 1-propanolom, 2-propanolom, n-butanolom, benzénom, toluénom, etylbenzénom, dietyléterom, etylacetátom a acetonitrilom sa netvoria žiadne azeotropy. [6]
| Azeotropy s rôznymi rozpúšťadlami [6] | ||||||||||||
| solventný | n-pentán | n-hexán | n-heptán | Cyklohexán | Metanol | chloroform | Chlorid uhličitý | Diizopropyléter | Metylacetát | |||
| Obsah acetónu | v Ma% | 21. deň | 59 | 90 | 67 | 88 | 22 | 89 | 61 | 50 | ||
| bod varu | v ° C | 32 | 50 | 56 | 53 | 55 | 64 | 56 | 54 | 55 | ||
Termodynamické vlastnosti
Podľa Antoina vyplýva funkcia tlaku pár z log10 (P) = A− (B/(T + C)) (P v baroch, T v K) s A = 4,42448, B = 1312,253 a C = -32,445 im Teplotný rozsah od 259,2 do 507,6 K [7]
| Štandardná entalpia formácie | ΔfH 0 kvapalina ΔfH 0 plyn | −249,4 kJ mol −1 [8] −218,5 kJ mol −1 [8] | ako tekutina ako plyn |
| Entalpia horenia | ΔcH 0 plyn | −1821,4 kJ mol −1 [9] | |
| Tepelná kapacita | cp | 125,45 J mol -1 K 1 (25 ° C) [10] 75,02 J mol -1 K 1 (25 ° C) [11] | ako tekutina ako plyn |
| Kritická teplota | Tc | 508,15 K [12] | |
| Kritický tlak | ks | 47 582 bar [12] | |
| Kritická hustota | ρc | 4,63 mol·l −1 [12] | |
| Acentrický faktor | ωc | 0,30653 [13] | |
| Entalpia fúzie | ΔfH 0 | 10,48 kJ mol −1 [14] | pri teplote topenia |
| Entalpia odparovania | ΔVH 0 | 29,1 kJ mol −1 [15] | pri normálnom tlaku bod varu |
Teplotnú závislosť entalpie odparovania je možné vypočítať podľa rovnice ΔVH 0 = A e (ββ) (1 - Tr) β (ΔVH 0 v kJ/mol, Tr = (T/Tc) znížená teplota) s A = 46,95 kJ/mol, β = 0,2826 a Tc = 508,2 K v teplotnom rozmedzí od 298 K do 363 K. [15] Mernú tepelnú kapacitu je možné vypočítať v teplotnom rozmedzí od 5 ° C do 50 ° C pomocou lineárnej funkcie s cp = 1,337 + 2,7752 · 10 −3 · T (s cp v kJ · kg −1 · K − 1 a T v K). [10]
Funkcia tlaku pár acetónu
Teplotná závislosť odparovacieho tepla acetónu
Bezpečnostné parametre
acetón vytvára vysoko horľavé zmesi pár so vzduchom. Zlúčenina má bod vzplanutia pod -20 ° C. Rozsah výbušnosti je medzi 2,5 obj.% (60 g/m 3) ako dolný limit výbušnosti (LEL) a 14,3 obj.% (345 g/m 3) ako horný limit výbušnosti (UEL). [16] Výsledkom korelácie medzných hodnôt výbušnosti s funkciou tlaku pár je dolný bod výbuchu -23 ° C a horný bod výbuchu 8 ° C. Limity výbuchu závisia od tlaku. Zníženie tlaku vedie k zníženiu v oblasti výbuchu. Dolná hranica výbušnosti sa mení iba mierne do tlaku 100 mbar a zvyšuje sa iba pri tlakoch pod 100 mbar. Horná hranica výbušnosti klesá analogicky s klesajúcim tlakom. [17]
| Medze výbušnosti pri zníženom tlaku (merané pri 100 ° C) [17] | ||||||||||||
| tlak | v mbar | 1013 | 800 | 600 | 400 | 300 | 250 | 200 | 150 | 100 | 50 | 25 |
| Dolný limit výbušnosti (LEL) | v obj.% | 2.2 | 2.2 | 2.3 | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 3.6 | 5.0 |
| v g m -3 | 53 | 53 | 53 | 55 | 57 | 58 | 59 | 61 | 63 | 86 | 119 | |
| Horný limit výbušnosti (UEL) | v obj.% | 14.3 | 14.0 | 13.7 | 13.4 | 13.2 | 13.1 | 13.1 | 13.1 | 12.5 | 10.3 | 9.0 |
| v g m -3 | 345 | 338 | 331 | 324 | 319 | 316 | 316 | 316 | 302 | 249 | 217 | |
Maximálny tlak pri výbuchu je 9,7 bar. [16] Maximálna šírka medzery bola stanovená na 1,04 mm (50 ° C). [16] Výsledkom je zaradenie do skupiny výbuchu IIA. [16] Pri minimálnej zapaľovacej energii 1,15 mJ sú zmesi pár so vzduchom mimoriadne zápalné. [18] [19] Teplota vznietenia je 535 ° C. [16] Látka preto spadá do teplotnej triedy T1. Pri zvýšenom tlaku sa pozoruje prudký pokles teploty vznietenia. [1] Elektrická vodivosť je dosť nízka na hodnote 4,9 · 10 −7 S · m −1. [20]
| Teploty zapaľovania pri zvýšenom tlaku [1] | ||||||||||||
| tlak | v hotovosti | 1 | 2 | 4 | 6.8 | 16.5 | ||||||
| Teplota vznietenia | v ° C | 535 | 345 | 290 | 265 | 250 | ||||||
Reakcie
Špeciálnou reakciou je tu jodácia acetónu ako klasický príklad kinetiky reakcií pseudonukleárneho stupňa. Pretože jódovať možno iba enolovú formu, ale acetón je takmer 100% ketónu, možno považovať koncentráciu 2-propenolu počas reakcie za konštantnú. Jeho dvojitá väzba C = C teraz reaguje s jódom a štiepením jodidového iónu vytvára mezomérny katión, ktorý potom prenáša protón na jodidový ión. [21]
Vytvorenie rovnováhy keto-enolu je katalyzované kyselinou (a tiež zásadou). Jódácia je preto výsledným jodovodíkom (autokatalýzou) veľmi urýchlená. Po pridaní bázy však dôjde k reakcii jodoformu.
Acetón reaguje v prítomnosti benzaldehydu v alkalickom roztoku za vzniku dibenzalacetónu. Reakcia prebieha podľa všeobecného mechanizmu kondenzácie aldolu. Môže sa tiež syntetizovať benzalanilín - anilín reaguje s acetónom v alkalickom roztoku a štiepením vody sa vytvorí Schiffova báza (azometín). Dibenzalacetón aj benzalanilín sú cenné látky, pretože majú veľmi reaktívne dvojité väzby, ktoré môžu byť napadnuté nukleofilmi.
Ak sa dvom molekulám acetónu nechá dimerizovať aldolovým spôsobom pod vplyvom zásaditých reagentov, vznikne diacetonalkohol.
použitie
Acetón je východiskovou látkou pre množstvo syntéz v chemickom priemysle. Používa sa hlavne na výrobu polymetylmetakrylátu (PMMA), ktorý je hovorovo známy ako akrylové sklo alebo plexisklo. Za týmto účelom sa acetón najskôr prevedie na acetónkyanohydrín pridaním kyanovodíka, ktorý ľahko štiepi vodu v kyslom prostredí (mezomérna stabilizácia dvojitej väzby v dôsledku konjugácie s trojitou väzbou nitrilovej skupiny). Výsledný 2-metylpropénnitril sa prevedie na metylmetakrylát pridaním zmesi koncentrovanej kyseliny sírovej a metanolu, ktorá sa v ďalšom kroku polymerizuje na akrylové sklo.
Acetón sa tiež používa ako bežné rozpúšťadlo a extrakčné činidlo pre živice, tuky a oleje, kolofónia, acetát celulózy a ako odlakovač na nechty a lepidlo na plasty [22]. Používa sa tiež na odstránenie kontaminácie stavebnou penou, napríklad pri čistení pištolí z PU peny. Rozpúšťa mnohonásobne svoj objem v etyne (acetyléne). Acetón sa v organickej chémii používa pri mnohých reakciách (adolácie aldolov a kondenzácie aldolov).
V niektorých krajinách sa acetón pridáva v malom množstve (1: 2000 - 1: 5000) do benzínu alebo nafty, aby sa dosiahlo úplnejšie spaľovanie paliva.
Pri výrobe fotochemických obvodov sa na konečné čistenie obvodových dosiek používa acetón.
Roztoky obsahujúce acetón sa používajú v zubnom lekárstve na čistenie pripravených povrchov dentínu a koreňových kanálikov.
biochémia
Acetón je ketónové telo, ktoré sa nedá významným spôsobom metabolizovať. Uvoľňuje sa preto cez pľúca alebo vo výnimočných prípadoch močom (acetonúria, príznak cukrovky). Ďalšími ketónovými látkami sú acetylacetón a hydroxymetylbutyrát. Tieto sa dajú spracovať v metabolizme.
toxikológia
Acetón spôsobuje suchosť pokožky, pretože ju odmasťuje. Po kontakte by ste preto mali postihnuté miesta premastiť. Vdýchnutie väčších dávok spôsobuje podráždenie priedušiek, únavu a bolesti hlavy. Veľmi vysoké dávky pôsobia narkoticky.