Aceton
| Strukturformel | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Aceton | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
| ||||||||||||||||||
Summenformel | C3H6O | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | farblose Flüssigkeit mit süßlichem Geruch[2] | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
Molare Masse | 58,08 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
Aggregatzustand | flüssig | ||||||||||||||||||
Dichte | 0,79 g·cm−3 (20 °C)[2] | ||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | −95 °C[2][3] | ||||||||||||||||||
Siedepunkt | 56 °C[2] | ||||||||||||||||||
Dampfdruck |
| ||||||||||||||||||
Löslichkeit | mischbar mit Wasser[2] und vielen organischen Lösungsmitteln[4] | ||||||||||||||||||
Dipolmoment | 2,88(3) D[5] (9,6·10−30 C·m) | ||||||||||||||||||
Brechungsindex | 1,3588 (20 °C)[6] | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
MAK | DFG/Schweiz: 500 ml·m−3 bzw. 1200 mg·m−3[2][8] | ||||||||||||||||||
Toxikologische Daten | 5800 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[2] | ||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C | |||||||||||||||||||
Aceton oder Azeton [.mw-parser-output .IPA a{text-decoration:none}at͡səˈtoːn] ist der Trivialname für die organisch-chemische Verbindung Propanon bzw. Dimethylketon. Aceton ist eine farblose Flüssigkeit und findet Verwendung als polares, aprotisches Lösungsmittel und als Ausgangsstoff für viele Synthesen der organischen Chemie. Es ist mit seinem Strukturmerkmal der Carbonylgruppe (>C=O), die zwei Methylgruppen trägt, das einfachste Keton.
Inhaltsverzeichnis
1 Gewinnung und Darstellung
2 Eigenschaften
2.1 Thermodynamische Eigenschaften
2.2 Sicherheitstechnische Kenngrößen
3 Reaktionen (Auswahl)
3.1 Iodierung von Aceton
3.2 Iodoformreaktion
3.3 Bildung von Dibenzalaceton
3.4 Bildung von Diacetonalkohol
3.5 Bildung von Acetonperoxid
3.6 Reaktion mit Chloroform
4 Verwendung
5 Biochemie
6 Toxikologie
7 Hexadeuteroaceton
8 Einzelnachweise
9 Weblinks
Gewinnung und Darstellung
Aceton wurde 1606 zum ersten Mal von Andreas Libavius durch Erhitzen von Blei(II)-acetat hergestellt. 1661 konnte Robert Boyle es durch die trockene Destillation von Holz gewinnen.[9] Beschrieben wurde es erstmals 1610 im Tyrocinium Chymicum von Jean Beguin. Bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts war die von Chaim Weizmann entdeckte und patentierte Aceton-Butanol-Fermentation ein wichtiges Verfahren zur Gewinnung auch von Aceton. Für die industrielle Produktion kam hierbei das anaerobe Bakterium Clostridium acetobutylicum zum Einsatz.
Das wichtigste Herstellungsverfahren von Aceton ist heutzutage das Cumolhydroperoxid-Verfahren, das auch als Phenolsynthese nach Hock bekannt ist:
Hier werden Benzol und Propen zunächst durch eine Friedel-Crafts-Alkylierung im Sauren in Isopropylbenzol (Cumol) überführt. Dieses reagiert dann mit Sauerstoff in einer Radikalreaktion zum Hydroperoxid, das sich während der sauren Aufarbeitung zu Phenol und Aceton zersetzt.
Als weiteres Herstellungsverfahren dient die Dehydrierung bzw. Oxidehydrierung von Isopropanol.
Eine weitere Möglichkeit der Acetonherstellung besteht darin, Calciumacetat (1) zu erhitzen, wobei es in Aceton (2) und Calciumoxid zerfällt („Kalksalzdestillation“).
Dieses Verfahren geht auf die oben genannte historische Synthese von Libavius 1606 zurück.
Eigenschaften
Aceton ist eine farblose, niedrigviskose Flüssigkeit mit charakteristischem, leicht süßlichen Geruch, leicht entzündlich und bildet mit Luft ein explosives Gemisch. Der Siedepunkt bei Normaldruck beträgt 56 °C. Es ist in jedem Verhältnis mit Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln mischbar. Das Acetonmolekül zeigt Keto-Enol-Tautomerie; sein pKs-Wert beträgt 20. Aceton kann aufgrund seiner polaren Carbonylgruppe mit Kationen auch Komplexverbindungen bilden.
Die Verbindung bildet mit einer Reihe anderer Lösungsmittel azeotrop siedende Gemische. Die azeotropen Zusammensetzungen und Siedepunkte finden sich in der folgenden Tabelle. Keine Azeotrope werden mit Wasser, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, n-Butanol, Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Diethylether, Ethylacetat und Acetonitril gebildet.[10]
Azeotrope mit verschiedenen Lösungsmitteln[10]
Lösungsmittel
n-Pentan
n-Hexan
n-Heptan
Cyclohexan
Methanol
Chloroform
Tetrachlormethan
Diisopropylether
Methylacetat
Gehalt Aceton
in Ma%
21
59
90
67
88
22
89
61
50
Siedepunkt
in °C
32
50
56
53
55
64
56
54
55
Thermodynamische Eigenschaften
Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,42448, B = 1312,253 und C = −32,445 im Temperaturbereich von 259,2 bis 507,6 K.[11]
Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften
Eigenschaft
Typ
Wert [Einheit]
Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie
ΔfH0liquid
ΔfH0gas
−249,4 kJ·mol−1[12]
−218,5 kJ·mol−1[12]
als Flüssigkeit
als Gas
Verbrennungsenthalpie
ΔcH0gas
−1821,4 kJ·mol−1[13]
Wärmekapazität
cp
125,45 J·mol−1·K−1 (25 °C)[14]
2,16 J·g−1·K−1 (25 °C)[14]
75,02 J·mol−1·K−1 (25 °C)[15]
1,29 J·g−1·K−1 (25 °C)[15]
als Flüssigkeit
als Gas
Kritische Temperatur
Tc
508,15 K[16]
Kritischer Druck
pc
47,582 bar[16]
Kritische Dichte
ρc
4,63 mol·l−1[16]
Azentrischer Faktor
ωc
0,30653[17]
Schmelzenthalpie
ΔfH
5,72 kJ·mol−1[18]
beim Schmelzpunkt
Verdampfungsenthalpie
ΔVH
29,1 kJ·mol−1[19]
beim Normaldrucksiedepunkt
Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung ΔVH0=A·e(−βTr)(1−Tr)β (ΔVH0 in kJ/mol, Tr =(T/Tc) reduzierte Temperatur) mit A = 46,95 kJ/mol, β = 0,2826 und Tc = 508,2 K im Temperaturbereich zwischen 298 K und 363 K beschreiben.[19] Die spezifische Wärmekapazität kann im Temperaturbereich zwischen 5 °C und 50 °C über eine lineare Funktion mit cp = 1,337 + 2,7752·10−3 ·T (mit cp in kJ·kg−1·K−1 und T in K) abgeschätzt werden.[14]
Dampfdruckfunktion von Aceton
Temperaturabhängigkeit der Verdampfungswärme von Aceton
Spezifische Wärmekapazität von Aceton
Sicherheitstechnische Kenngrößen
Aceton bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt unterhalb von −20 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 2,5 Vol.‑% (60 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 14,3 Vol.‑% (345 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).[20] Eine Korrelation der Explosionsgrenzen mit der Dampfdruckfunktion ergibt einen unteren Explosionspunkt von −23 °C sowie einen oberen Explosionspunkt von 8 °C. Die Explosionsgrenzen sind druckabhängig. Eine Erniedrigung des Druckes führt zu einer Verkleinerung des Explosionsbereiches. Die untere Explosionsgrenze ändert sich bis zu einem Druck von 100 mbar nur wenig und steigt erst bei Drücken kleiner als 100 mbar an. Die obere Explosionsgrenze verringert sich mit sinkendem Druck analog.[21]
Explosionsgrenzen unter reduziertem Druck (gemessen bei 100 °C)[21]
Druck
in mbar
1013
800
600
400
300
250
200
150
100
50
25
Untere Explosionsgrenze (UEG)
in Vol.‑%
2,2
2,2
2,3
2,3
2,4
2,4
2,5
2,6
2,7
3,6
5,0
in g·m−3
53
53
53
55
57
58
59
61
63
86
119
Obere Explosionsgrenze (OEG)
in Vol.‑%
14,3
14,0
13,7
13,4
13,2
13,1
13,1
13,1
12,5
10,3
9,0
in g·m−3
345
338
331
324
319
316
316
316
302
249
217
Maximaler Explosionsdruck unter reduziertem Druck [21]
Druck
in mbar
1013
800
600
400
300
200
100
Maximaler Explosionsdruck (in bar)
bei 20 °C
9,3
7,5
5,5
3,6
2,7
1,8
0,8
bei 100 °C
7,4
4,5
Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,7 bar.[20] Mit steigender Temperatur und sinkendem Ausgangsdruck sinkt der maximale Explosionsdruck.[21] Die Grenzspaltweite wurde mit 1,04 mm (50 °C) bestimmt.[20] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA.[20] Mit einer Mindestzündenergie von 1,15 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.[22][23] Die Zündtemperatur beträgt 535 °C.[20] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T1. Unter erhöhtem Druck wird ein starkes Absinken der Zündtemperatur beobachtet.[2] Die elektrische Leitfähigkeit ist mit 4,9·10−7 S·m−1 eher gering.[24]
Zündtemperaturen unter erhöhtem Druck[2]
Druck
in bar
1
2
4
6,8
16,5
Zündtemperatur
in °C
535
345
290
265
250
Reaktionen (Auswahl)
Iodierung von Aceton
Als besondere Reaktion sei hier die Iodierung von Aceton als klassisches Beispiel für eine Reaktionskinetik pseudo-nullter Ordnung genannt. Da sich nur die Enolform iodieren lässt, Aceton aber nahezu zu 100 % als Keton vorliegt, kann man bei der Reaktion die Konzentration an 2-Propenol als konstant ansehen. Dessen C=C-Doppelbindung reagiert mit Iod unter Abspaltung eines Iodidions zu einem mesomeren Kation, das anschließend ein Proton auf ein Iodidion überträgt.[25]
Die Einstellung des Keto-Enol-Gleichgewichts ist säure- (und auch basen-) -katalysiert. Durch den entstehenden Iodwasserstoff wird die Iodierung daher stark beschleunigt (Autokatalyse).
Iodoformreaktion
Bei Zugabe von Base läuft hingegen die Iodoformreaktion ab:
Bildung von Dibenzalaceton
Aceton reagiert in Gegenwart von Benzaldehyd in alkalischer Lösung zum Dibenzalaceton. Die Reaktion findet nach dem allgemeinen Mechanismus der Aldol-Kondensation statt.
Auch Benzalanilin ist synthetisierbar – dabei reagiert das Anilin mit dem sich in alkalischer Lösung befindenden Aceton unter Wasserabspaltung zur Schiffschen Base (Azomethin). Sowohl Dibenzalaceton als auch Benzalanilin sind wertvolle Substanzen, da sie sehr reaktive Doppelbindungen besitzen, die von Nucleophilen angegriffen werden können.
Bildung von Diacetonalkohol
Lässt man je zwei Acetonmoleküle unter dem Einfluss basischer Reagenzien aldolartig dimerisieren, so entsteht Diacetonalkohol:
Bildung von Acetonperoxid
Aceton reagiert mit Wasserstoffperoxid zum detonationsneigenden Acetonperoxid:
Reaktion mit Chloroform
Aceton und Chloroform dürfen nicht in höheren Konzentrationen gemischt werden, weil es in Gegenwart von Spuren von basisch reagierenden Stoffen zu einer sehr heftigen Reaktion kommt, bei der 1,1,1-Trichlor-2-methyl-2-propanol entsteht. Auch aus diesem Grund sollen im Labor chlorierte und nicht chlorierte Lösemittelabfälle getrennt gesammelt werden.[26]
Verwendung
Aceton ist in der chemischen Industrie Ausgangsstoff für zahlreiche Synthesen. Hauptsächlich dient es zur Herstellung von Polymethylmethacrylat (PMMA), umgangssprachlich als Acrylglas oder Plexiglas bezeichnet. Dazu wird das Aceton zunächst durch Addition von Blausäure in das Acetoncyanhydrin überführt, das im sauren Milieu leicht Wasser abspaltet (Mesomeriestabilisierung der Doppelbindung aufgrund der Konjugation zur Dreifachbindung der Nitrilgruppe). Das dabei entstehende 2-Methylpropennitril wird durch Zugabe eines Gemisches aus konzentrierter Schwefelsäure und Methanol zu Methylmethacrylat umgesetzt, das in einem weiteren Schritt zum Acrylglas polymerisiert wird.
Aceton dient industriell als Vorstufe zur Herstellung von Diacetonalkohol durch Aldoladdition und damit indirekt als Vorstufe für Mesityloxid und Methylisobutylketon.
Styropor, angelöst durch einen Tropfen Aceton
Ferner wird Aceton in Kleinmengen als nützliches Lösungsmittel für Harze, Fette und Öle, Kolophonium, Celluloseacetat sowie als Nagellackentferner und Plastikkleber eingesetzt. Des Weiteren wird es zum Entfernen von durch Bauschaum entstandenen Verunreinigungen zum Beispiel der Reinigung von PU-Schaum-Pistolen eingesetzt. Es löst ein Vielfaches seines Volumens an Ethin (Acetylen).
In einigen Ländern wird Aceton in kleinen Anteilen (1:2000 – 1:5000) Benzin oder Diesel zugesetzt, um eine vollständigere Verbrennung des Treibstoffs zu erreichen.
In der photochemischen Leiterplattenherstellung wird Aceton zur abschließenden Entfettung der Leiterplatte vor dem Löten eingesetzt.
Acetonhaltige Lösungen finden in der Zahnmedizin Verwendung zur Reinigung präparierter Dentinflächen und Wurzelkanäle.
Biochemie
Aceton ist ein in der Leber gebildeter Ketonkörper, der nicht in nennenswertem Umfang verstoffwechselt werden kann. Er wird deshalb über die Lunge oder im Ausnahmefall über den Harn abgegeben (Acetonurie, ein Symptom des Diabetes mellitus). Andere Ketonkörper sind Acetessigsäure und 3-Hydroxybutansäure. Diese können im Stoffwechsel verarbeitet werden und sind beteiligt an der Energiebereitstellung für die Muskeln.
Toxikologie
Auf der Haut verursacht Aceton Trockenheit, da es die Haut entfettet. Deshalb sollte man betroffene Stellen nach Kontakt einfetten. Inhalation größerer Dosen erzeugt Bronchialreizung, Müdigkeit und Kopfschmerz. Sehr hohe Dosen wirken narkotisch.
Hexadeuteroaceton
Deuteriertes Aceton
Deuteriertes Aceton (Summenformel: C3D6O), auch Aceton-d6 genannt, findet in der Kernresonanzspektroskopie (NMR) als Lösungsmittel Verwendung.
Einzelnachweise
↑ Eintrag 180 in der PubChem-Datenbank des National Center for Biotechnology Information (NCBI)
↑ abcdefghijklmno Eintrag zu Aceton in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016 (JavaScript erforderlich).
↑ Peter B. Fleming, Robert E. McCarley: Chemistry of polynuclear metal halides. IV. Electronic spectra of some niobium and tantalum M6X12n+ cluster derivatives. In: Inorganic Chemistry. Band 9, Nr. 6, Juni 1970, ISSN 0020-1669, S. 1347–1354, doi:10.1021/ic50088a011.
↑ Eintrag zu Aceton. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 10. November 2014.
↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Dipole Moments, S. 9-52.
↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-4.
↑ Eintrag zu Acetone im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA): Grenzwerte am Arbeitsplatz 2015 – MAK-Werte, BAT-Werte, Grenzwerte für physikalische Einwirkungen, abgerufen am 2. November 2015.
↑ www.chemgapedia.de, Lerneinheit Aceton-Synthese.
↑ ab I. M. Smallwood: Handbook of organic solvent properties. Arnold, London 1996, ISBN 0-340-64578-4, S. 27–29.
↑ D. Ambrose, C. H. S. Sprake, R. Townsend: Thermodynamic Properties of Organic Oxygen Compounds. XXXIII. The Vapour Pressure of Acetone. In: J. Chem. Thermodyn. 6, 1974, S. 693–700, doi:10.1016/0021-9614(74)90119-0.
↑ ab K. B. Wiberg, L. S. Crocker, K. M. Morgan: Thermochemical studies of carbonyl compounds. 5. Enthalpies of reduction of carbonyl groups. In: J. Am. Chem. Soc. 113, 1991, S. 3447–3450, doi:10.1021/ja00009a033.
↑ C. B. Miles, H. Hunt: Heats of combustion. I. The heat of combustion of acetone. In: J. Phys. Chem. 45, 1941, S. 1346–1359.
↑ abc R. Malhotra, L. A. Woolf: Thermodynamic properties of propanone (acetone) at temperatures from 278 K to 323 K and pressures up to 400 Mpa. In: J. Chem. Thermodyn. 23, 1991, S. 867–876, doi:10.1016/S0021-9614(05)80282-4.
↑ ab J. Chao: Thermodynamic properties of key organic oxygen compounds in the carbon range C1 to C4. Part 2. Ideal gas properties. In: J. Phys. Chem. Ref. Data. 15, 1986, S. 1369–1436, doi:10.1063/1.555769.
↑ abc A. N. Campbell, R. M. Chatterjee: The critical constants and orthobaric densities of acetone, chloroform benzene, and carbon tetrachloride. In: Canadian Journal of Chemistry. 47, 1969, S. 3893–3898, doi:10.1139/v69-646.
↑ J. Schmidt: Auslegung von Sicherheitsventilen für Mehrzweckanlagen nach ISO 4126-10. In: Chem. Ing. Techn. 83, 2011, S. 796–812, doi:10.1002/cite.201000202.
↑ K. K. Kelley: The heats capacities of isopropyl alcohol and acetone from 16 to 298 °K and the corresponding entropies and free energies. In: J. Am. Chem. Soc. 51, 1929, S. 1145–1150, doi:10.1021/ja01379a022.
↑ ab V. Majer, V. Svoboda: Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1985, S. 300.
↑ abcde E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.
↑ abcd D. Pawel, E. Brandes: Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig 1998. pdf-Datei (Memento des Originals vom 2. Dezember 2013 im Internet Archive)
Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.ptb.de.
↑ J. B. Fenn: Lean flammability limit and minimum spark ignition energy. In: Ind. Eng. Chem. 43, 1951, S. 2865–2869.
↑ H. F. Calcote, C. A. Gregory, C. M. Barnett, R. B. Gilmer: Spark Ignition – Effect of Molecular Structure. In: Ind. Eng. Chem. 44, 1952, S. 2656–2662.
↑ Technische Regel für Gefahrstoffe TRGS 727, BG RCI Merkblatt T033 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen, Stand August 2016, Jedermann-Verlag Heidelberg, ISBN 978-3-86825-103-6.
↑ F. A. Carey, R. J. Sundberg: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag, 2004, ISBN 3-527-29217-9.
↑ Lutz Roth, Ursula Weller Gefährliche Chemische Reaktionen ISBN 3-609-73090-0 ecomed Sicherheit; 2005
Weblinks
Wiktionary: Aceton – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen- Eintrag zu Acetone in der Household Products Database (HPD) der United States National Library of Medicine (NLM)
