Ацетон - хімічна школа
ацетон
безбарвна рідина із солодкуватим запахом [1]
змішується з водою [1] та багатьма органічними розчинниками [2]
500 мл м −3, 1200 мг м −3 [1]
5800 мг кг -1 (щурам перорально) [1]
ацетон (незвичайний ацетон) - загальна назва органіко-хімічної сполуки Пропанон або. Диметилкетон. Ацетон є безбарвною рідиною і використовується як полярний апротонний розчинник і як вихідний матеріал для багатьох синтезів в органічній хімії. Зі своєю структурною особливістю карбонільної групи (> C = O), яка несе дві метильні групи, це найпростіший кетон.
Вилучення та презентація
Вперше ацетон був вироблений в 1606 році Андреасом Лібавієм нагріванням ацетату свинцю (II). У 1661 році Роберт Бойл зміг виграти його за допомогою сухої перегонки деревини. [5] До середини 20 століття ферментація ацетон-бутанолом була важливим процесом виробництва ацетону. Анаеробну бактерію Clostridium acetobutylicum використовували для промислового виробництва.
Найважливішим виробничим процесом ацетону сьогодні є процес гідропероксиду кумолу, який також відомий як синтез фенолу Хока:
Тут бензол і пропен спочатку перетворюються в ізопропілбензол (кумол) шляхом алкілування Фріделя-Крафта в кислоті. Потім це вступає в реакцію з киснем в радикальній реакції, утворюючи гідропероксид, який розкладається на фенол та ацетон під час кислої обробки.
Дегідрування або оксидегідрування ізопропанолу проводиться як подальший виробничий процес.
Інший спосіб отримання ацетону - нагрівання ацетату кальцію, який розщеплює його до ацетону та оксиду кальцію. (Відома як "перегонка вапняної солі")
Цей процес сходить до згаданого вище історичного синтезу Лібавієм у 1606 році.
характеристики
Ацетон - це безбарвна рідина з низькою в'язкістю з характерним запахом, легкозаймиста і утворює з повітрям вибухонебезпечну суміш. Температура кипіння при нормальному тиску становить 56 ° C. Він змішується з водою та більшістю органічних розчинників у всіх пропорціях. Молекула ацетону виявляє кето-енольну таутомерію; його значення рКа дорівнює 20. Ацетон також може утворювати складні сполуки з катіонами завдяки своїй полярній карбонільній групі.
З'єднання утворює азеотропні суміші з низкою інших розчинників. Азеотропні композиції та температури кипіння можна знайти в наступній таблиці. Азеотропи не утворюються з водою, етанолом, 1-пропанолом, 2-пропанолом, н-бутанолом, бензолом, толуолом, етилбензолом, діетиловим ефіром, етилацетатом та ацетонітрилом. [6]
| Азеотропи з різними розчинниками [6] | ||||||||||||
| розчинник | н-пентан | н-гексан | н-гептан | Циклогексан | Метанол | хлороформ | Чотирихлористий вуглець | Діізопропіловий ефір | Метилацетат | |||
| Вміст ацетону | у% | 21-го | 59 | 90 | 67 | 88 | 22-го | 89 | 61 | 50 | ||
| Точка кипіння | в ° C | 32 | 50 | 56 | 53 | 55 | 64 | 56 | 54 | 55 | ||
Термодинамічні властивості
За Антуаном, функція тиску пари випливає з log10 (P) = A− (B/(T + C)) (P в бар, T в K) з A = 4.42448, B = 1312.253 і C = −32.445 im Діапазон температур від 259,2 до 507,6 K [7]
| Стандартна ентальпія формації | ΔfH 0 рідина ΔfH 0 газ | −249,4 кДж моль −1 [8] −218,5 кДж моль −1 [8] | як рідина ніж газ |
| Ентальпія горіння | ΔcH 0 газ | −1821,4 кДж моль −1 [9] | |
| Теплоємність | cp | 125,45 Дж моль -1 K -1 (25 ° C) [10] 75,02 Дж моль -1 K -1 (25 ° C) [11] | як рідина ніж газ |
| Критична температура | Tc | 508,15 K [12] | |
| Критичний тиск | ПК | 47,582 бар [12] | |
| Критична щільність | ρc | 4,63 моль · л −1 [12] | |
| Ацентричний фактор | ωc | 0,30653 [13] | |
| Ентальпія плавлення | ΔfH 0 | 10,48 кДж моль -1 [14] | при температурі плавлення |
| Ентальпія випаровування | ΔVH 0 | 29,1 кДж моль -1 [15] | при нормальному тиску температура кипіння |
Температурну залежність ентальпії випаровування можна розрахувати за рівнянням ΔVH 0 = A e (−βTr) (1 - Tr) β (ΔVH 0 в кДж/моль, Tr = (T/Tc) знижена температура) з A = 46,95 кДж/моль, β = 0,2826 і Tc = 508,2 K в діапазоні температур між 298 K і 363 K. [15] Питому теплоємність можна розрахувати в діапазоні температур від 5 ° C до 50 ° C, використовуючи лінійну функцію з cp = 1,337 + 2,7752 · 10 −3 · T (з cp в кДж · кг −1 · K −1 і T в К). [10]
Функція тиску пари ацетону
Температурна залежність тепла випаровування ацетону
Параметри, що стосуються безпеки
ацетон утворює легкозаймисті пароповітряні суміші. З'єднання має температуру спалаху нижче -20 ° C. Діапазон вибуху становить від 2,5 об.% (60 г/м 3) як нижня межа вибуху (LEL) та 14,3 об.% (345 г/м 3) як верхня межа вибуху (UEL). [16] Кореляція меж вибуху з функцією тиску пари призводить до нижчої точки вибуху -23 ° C і верхньої точки вибуху 8 ° C. Межі вибуху залежать від тиску. Зниження тиску призводить до зменшення площі вибуху. Нижня межа вибуху змінюється лише незначно до тиску 100 мбар і зростає лише при тиску нижче 100 мбар. Верхня межа вибуху аналогічно зменшується при падінні тиску. [17]
| Межі вибуху при зниженому тиску (вимірюється при 100 ° C) [17] | ||||||||||||
| тиску | в мбар | 1013 | 800 | 600 | 400 | 300 | 250 | 200 | 150 | 100 | 50 | 25-й |
| Нижня межа вибуху (LEL) | в об.% | 2.2 | 2.2 | 2.3 | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 3.6 | 5.0 |
| в g m −3 | 53 | 53 | 53 | 55 | 57 | 58 | 59 | 61 | 63 | 86 | 119 | |
| Верхня межа вибуху (UEL) | в об.% | 14.3 | 14,0 | 13.7 | 13.4 | 13.2 | 13.1 | 13.1 | 13.1 | 12.5 | 10.3 | 9,0 |
| в g m −3 | 345 | 338 | 331 | 324 | 319 | 316 | 316 | 316 | 302 | 249 | 217 | |
Максимальний вибуховий тиск - 9,7 бар. [16] Максимальна ширина зазору була визначена 1,04 мм (50 ° C). [16] Це призводить до віднесення до групи вибуху IIA. [16] При мінімальній енергії займання 1,15 мДж паро-повітряні суміші надзвичайно горючі. [18] [19] Температура займання становить 535 ° C. [16] Отже, речовина потрапляє до температурного класу T1. Різке зниження температури займання спостерігається при підвищеному тиску. [1] Електрична провідність досить низька - 4,9 · 10 −7 S · m −1. [20]
| Температури займання при підвищеному тиску [1] | ||||||||||||
| тиску | готівкою | 1 | 2 | 4-й | 6.8 | 16.5 | ||||||
| Температура займання | в ° C | 535 | 345 | 290 | 265 | 250 | ||||||
Реакції
Йодування ацетону як класичний приклад кінетики реакцій псевдонульового порядку слід згадати тут як особливу реакцію. Оскільки йодованою може бути лише енольна форма, а ацетон - це майже 100% кетон, концентрація 2-пропенолу під час реакції може розглядатися як постійна. Потім його подвійний зв’язок C = C реагує з йодом, розщеплюючи йодид-іон, утворюючи мезомерний катіон, який потім переносить протон в йодид-іон. [21]
Встановлення кето-енольної рівноваги каталізується кислотою (а також основою). Тому йодування значно прискорюється отриманим йодидом водню (автокаталіз). Однак при додаванні основи відбувається реакція йодоформу.
Ацетон реагує у присутності бензальдегіду в лужному розчині, утворюючи дибензалацетон. Реакція відбувається за загальним механізмом конденсації альдолу. Бензаланілін також може бути синтезований - анілін реагує з ацетоном у лужному розчині, розщеплюючи воду, утворюючи основу Шиффа (азометин). І дибензалацетон, і бензаланілін є цінними речовинами, оскільки вони мають дуже реактивні подвійні зв’язки, які можуть атакувати нуклеофіли.
Якщо дозволити двом молекулам ацетону димеризуватися альдолоподібно під впливом основних реагентів, утворюється діацетоновий спирт.
використання
Ацетон є вихідним матеріалом для численних синтезів у хімічній промисловості. В основному він використовується для виробництва поліметилметакрилату (ПММА), широко відомого як акрилове скло або оргскло. Для цього ацетон спочатку перетворюється в ацетону ціаногідрін, додаючи синильну кислоту, яка легко розщеплює воду в кислому середовищі (мезомерна стабілізація подвійного зв’язку за рахунок кон’югації з потрійним зв’язком нітрильної групи). Отриманий 2-метилпропенінітрил перетворюється в метилметакрилат, додаючи суміш концентрованої сірчаної кислоти та метанолу, який на наступній стадії полімеризується до акрилового скла.
Ацетон також використовується як звичайний розчинник та екстракційний агент для смол, жирів та масел, каніфолі, ацетату целюлози, а також як засіб для зняття лаку та пластичного клею [22]. Він також використовується для усунення забруднень, викликаних будівельною піною, наприклад, при очищенні пістолетів з пінопласту. Він багаторазово розчиняється у своєму обсязі в етині (ацетилені). Ацетон використовується в багатьох реакціях (додавання альдолу та конденсація альдолу) в органічній хімії.
У деяких країнах ацетон додають у невеликих пропорціях (1: 2000 - 1: 5000) до бензину або дизеля, щоб досягти більш повного згоряння палива.
У виробництві фотохімічних плат ацетон використовується для остаточного очищення друкованої плати.
Розчини, що містять ацетон, застосовуються в стоматології для очищення підготовлених поверхонь дентину та кореневих каналів.
біохімія
Ацетон - це кетонове тіло, яке не може метаболізуватися в значній мірі. Тому він виділяється через легені або, у виняткових випадках, через сечу (ацетонурія, симптом цукрового діабету). Інші кетонові тіла - це ацетилацетон і гідроксиметилбутират. Вони можуть перероблятися в метаболізмі.
токсикологія
Ацетон викликає сухість шкіри, оскільки знежирює шкіру. Тому після контакту слід змащувати уражені ділянки. Вдихання більших доз викликає подразнення бронхів, втома та головний біль. Дуже високі дози мають наркотичну дію.