tert-Butanol

Strukturformel
Allgemeines
Name	tert-Butanol
Andere Namen	2-Methylpropan-2-ol tert-Butylalkohol Trimethylcarbinol
Summenformel	C4H10O
CAS-Nummer	75-65-0
PubChem	6386
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff mit campherartigem Geruch[1]
Eigenschaften
Molare Masse	74,12 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[2]
Dichte	0,776 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	25,6 °C[1]
Siedepunkt	82,5 °C[1]
Dampfdruck	41,2 hPa (20 °C)[3]
Löslichkeit	vollständig mischbar mit Wasser[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [4] Gefahr H- und P-Sätze H: 225-332-319-335 EUH: keine EUH-Sätze P: 210-​305+351+338-​403+233 [3] EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [4] Leicht- entzündlich Gesundheits- schädlich (F) (Xn) R- und S-Sätze R: 11-20-36/37 S: (2)-9-16-46
MAK	100 ppm[5]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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tert-Butanol (auch tert-Butylalkohol oder 2-Methyl-2-propanol) ist der einfachste tertiäre Alkohol.

Gewinnung und Darstellung

Man gewinnt 2-Methyl-2-propanol durch elektrophile Addition von Wasser an Isobuten in Gegenwart von Schwefelsäure als Katalysator:

Bei dieser Reaktion bildet sich fast ausschließlich das 2-Methyl-2-propanol und nicht das isomere 2-Methyl-1-propanol (Isobutanol), da bei der anfänglichen Protonierung des Isobutens durch die Schwefelsäure nur das stabilere tert-Butyl-Kation gebildet wird (Markownikow-Regel).

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

2-Methyl-2-propanol ist ein bei knapp über Raumtemperatur schmelzender, fester, farbloser Stoff, der charakteristisch campherartig riecht. Die Verbindung ist ein tertiärer Alkohol: Das Kohlenstoff-Atom, das die Hydroxyl-Gruppe trägt, ist an drei weitere Kohlenstoffatome gebunden. Wie alle Butanole ist 2-Methyl-2-propanol brennbar.

Thermodynamische Eigenschaften

Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,49774, B = 1174,869 und C = −93,92 im Temperaturbereich von 312,66 bis 355,56 K.^[6] Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung Δ_VH⁰=Aexp(−αT_r)(1−T_r)^β (Δ_VH⁰ in kJ/mol, T_r =(T/T_c) reduzierte Temperatur) mit A = 69,085 kJ/mol, α = −0,3583, β = 0,678 und T_c = 506,2 K im Temperaturbereich zwischen 298 K und 385 K beschreiben.^[7]

Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften

Eigenschaft	Typ	Wert [Einheit]	Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie	ΔfH0liquid ΔfH0gas	−359,2 kJ·mol−1[8] −312,6 kJ·mol−1 [8]
Standardentropie	S0liquid S0solid	189,5 J·mol−1·K−1[9] 170,87 J·mol−1·K−1[10]	als Flüssigkeit als Feststoff
Verbrennungsenthalpie	ΔcH0liquid	−2644,0 kJ·mol−1[11]
Wärmekapazität	cp	215,37 J·mol−1·K−1 (25 °C)[12] 113,63 J·mol−1·K−1 (25 °C)[13]	als Flüssigkeit als Gas
Kritische Temperatur	Tc	506,2 K [14]
Kritischer Druck	pc	39,7 bar [14]
Verdampfungsenthalpie	ΔVH0	39,07  kJ·mol−1 [7]	beim Normaldrucksiedepunkt

• 

  Dampfdruckfunktion von tert.-Butanol

• 

  Temperaturabhängigkeit der Verdampfungswärme von tert.-Butanol

Sicherheitstechnische Kenngrößen

2-Methyl-2-propanol ist ein leicht entzündlicher Feststoff. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von 11 °C, das heißt es können sich bereits unterhalb des Schmelzpunktes über festem 2-Methyl-2-propanol entzündliche Dampf-Luft-Gemische bilden.^[15] Der Explosionsbereich liegt zwischen 1,7 Vol% (52 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 8 Vol% (250 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).^[15] Die Zündtemperatur beträgt 470 °C.^[15] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T1.

Chemische Eigenschaften

Wie alle aliphatischen Alkohole kann die Hydroxylgruppe des 2-Methyl-2-propanols deprotoniert werden und man erhält das tert-Butylat-Anion. Ein bekanntes und in der organischen Synthesechemie oft verwendetes Salz ist das Kalium-tert-butanolat, das z. B. durch Reaktion von 2-Methyl-2-propanol mit elementarem Kalium zugänglich ist.

Dieses stark basische Salz findet als sterisch anspruchsvolle, aber nur schwach nukleophile Base Anwendung, zum Beispiel bei Deprotonierungen, bei denen die Base nicht nukleophil angreifen darf. Oft verwendet man dann auch 2-Methyl-2-propanol als Lösungsmittel.

Von starken Protonensäuren (Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure etc.) wird 2-Methyl-2-propanol am Sauerstoffatom protoniert und unter Abspaltung von Wasser bildet sich das tert-Butyl-Kation, das durch den Hyperkonjugationseffekt der drei Methylgruppen stabilisiert ist. In Gegenwart von guten Nukleophilen verläuft die Reaktion im Sinne einer nukleophilen Substitution (S_N1) weiter. Beispielsweise bildet sich das 2-Chlor-2-methylpropan (tert-Butylchlorid) sehr leicht aus 2-Methyl-2-propanol und konzentrierter Salzsäure. Sind keine geeigneten Nukleophile zugegen (z. B. bei Verwendung von Schwefelsäure oder Phosphorsäure), so verläuft die Reaktion im Sinne einer Eliminierung (E1) zu 2-Methylpropen (Isobuten). Dies ist die Umkehrung der Herstellung von 2-Methyl-2-propanol.

Verwendung

tert-Butanol wird als Treibstoffzusatz (Antiklopfmittel) verwendet. Weiterhin dient der Alkohol als Ausgangsstoff zur Synthese von tert-Butylestern und tert-Butylphenolen, die wiederum als Antioxidantien eingesetzt werden. Man benutzt es außerdem bei der gaschromatographischen Bestimmung der Blutalkoholkonzentration (Headspace-GC) als internen Standard. Weiterhin wird tert-Butanol als zusätzliches Vergällungsmittel für Trinkalkohol (Ethanol) verwendet.

In der Synthesechemie wird es u. a. auch zur Entsorgung von Resten der Alkalimetalle Kalium und Natrium eingesetzt, da es damit kontrollierbar zu tert-Butanolaten reagiert.

Sicherheitshinweise

2-Methyl-2-propanol kann beim Haut- und Augenkontakt reizend wirken. Beim Einatmen verursacht es weiterhin Husten, dadurch wird es auch vom Körper resorbiert. Bei Verschlucken kann es zu Übelkeit und Erbrechen kommen. Nach der Resorption können Benommenheit, Schwindel, Atemlähmung, Blutdruckabfall und Herz-Kreislaufstörungen auftreten. Deshalb trägt der Stoff das Gefahrensymbol Xn – er ist gesundheitsschädlich. Weiterhin ist er als leichtentzündlich (Symbol F) eingestuft. 2-Methyl-2-propanol ist schwach wassergefährdend (Wassergefährdungsklasse 1).

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d} Römpp CD 2006, Georg Thieme Verlag 2006.
2. ↑ Datenblatt Tert-Butanol bei Merck, abgerufen am 15. Dezember 2010.
3. ↑ ^{a b c} Eintrag zu 2-Methyl-2-propanol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 11. September 2007 (JavaScript erforderlich).
4. ↑ ^{a b} Eintrag zu CAS-Nr. 75-65-0 im European chemical Substances Information System ESIS (ergänzender Eintrag)
5. ↑ Datenblatt Tert-Butanol bei AlfaAesar, abgerufen am 15. Dezember 2010 (JavaScript erforderlich).
6. ↑ Brown, I.; Fock, W.; Smith, F.: The Thermodynamic Properties of Solutions of Normal and Branched Alcohols in Benzene and n-Hexane in J. Chem. Thermodyn. 1 (1969) 273-291.
7. ↑ ^{a b} Majer, V.; Svoboda, V., Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1985, S. 300.
8. ↑ ^{a b} Wiberg, K.B.; Hao, S., Enthalpies of hydration of alkenes. 4. Formation of acyclic tert-alcohols in J. Org. Chem. 56 (1991) S. 5108–5110.
9. ↑ Parks, G.S.: Kelley, K.K.; Huffman, H.M., Thermal data on organic compounds. V. A revision of the entropies and free energies of nineteen organic compounds in J. Am. Chem. Soc. 51 (1929) S. 1969–1973.
10. ↑ Oetting F.L.: The heat capacity and entropy of 2-methyl-2-propanol from 15 to 330 K in J. Phys. Chem. 67 (1963) S. 2757–2761.
11. ↑ Skinner, H.A.; Snelson, A.: The heats of combustion of the four isomeric butyl alcohols in Trans. Faraday Soc. 56 (1960) S. 1776–1783.
12. ↑ Caceres-Alonso, M.; Costas, M.: Andreoli-Ball, L.; Patterson, D., Steric effects on the self-association of branched and cyclic alcohols in inert solvents. Apparent heat capacities of secondary and tertiary alcohols in hydrocarbons in Can. J. Chem. 66 (1988) S. 989–998.
13. ↑ Thermodynamics Research Center, Selected Values of Properties of Chemical Compounds., Thermodynamics Research Center, Texas A&M University, College Station, Texas, 1997.
14. ↑ ^{a b} Gude, M.; Teja, A.S.: Vapor-Liquid Critical Properties of Elements and Compounds. 4. Aliphatic Alkanols in J. Chem. Eng. Data 40 (1995) S. 1025–1036.
15. ↑ ^{a b c} E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen - Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.