Aceton

Strukturformel
Allgemeines
Name	Aceton
Andere Namen	Propanon Propan-2-on 2-Propanon Dimethylketon Acetonum (pharm.)
Summenformel	C3H6O
CAS-Nummer	67-64-1
PubChem	180
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit[1]
Eigenschaften
Molare Masse	58,08 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,79 g·cm−3 (20 °C)[1]
Schmelzpunkt	-95 °C[1]
Siedepunkt	56 °C[1]
Dampfdruck	246 hPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	mischbar mit Wasser[1]und vielen organischen Lösungsmitteln[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1] Gefahr H- und P-Sätze H: 225-319-336 EUH: 066 P: 210-​233-​305+351+338 [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [3] Leicht- entzündlich Reizend (F) (Xi) R- und S-Sätze R: 11-36-66-67 S: (2)-9-16-26-46
MAK	500 ml·m−3, 1200 mg·m−3[1]
LD50	5800 mg·kg−1 (Ratte oral)[4] 20000 mg·kg−1 (Kaninchen dermal)[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Aceton (unüblich Azeton) ist der Trivialname für 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.

Gewinnung und Darstellung

Das wichtigste Herstellungsverfahren von Aceton ist 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, welches sich während der sauren Aufarbeitung zu Phenol und Aceton zersetzt.

Als weiteres Herstellungsverfahren wird die Dehydrierung bzw. Oxidehydrierung von Isopropanol durchgeführt.

Eine weitere Möglichkeit der Acetonherstellung besteht darin, Calciumacetat zu erhitzen, wobei es in Aceton und Calciumoxid zerfällt. (Bekannt unter der Bezeichnung "Kalksalzdestillation")

Dieses Verfahren geht auf die historische Synthese von Librarius 1606 zurück, der Aceton erstmals aus Bleiacetat hergestellt hat.^[5]

Eigenschaften

Aceton ist eine farblose, niedrigviskose Flüssigkeit mit charakteristischem 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.

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^[6]

Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften

Eigenschaft	Typ	Wert [Einheit]	Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie	ΔfH0liquid ΔfH0gas	−249,4 kJ·mol−1[7] −218,5 kJ·mol−1 [7]	als Flüssigkeit als Gas
Verbrennungsenthalpie	ΔcH0gas	−1821,4 kJ·mol−1[8]
Wärmekapazität	cp	125,45 J·mol−1·K−1 (25 °C)[9] 75,02  J·mol−1·K−1 (25 °C)[10]	als Flüssigkeit als Gas
Kritische Temperatur	Tc	508,15 K[11]
Kritischer Druck	pc	47,582 bar[11]
Kritische Dichte	ρc	4,63 mol·l−1[11]
Azentrischer Faktor	ωc	0,30653[12]
Schmelzenthalpie	ΔfH0	10,48 kJ·mol−1[13]	beim Schmelzpunkt
Verdampfungsenthalpie	ΔVH0	29,1 kJ·mol−1[14]	beim Normaldrucksiedepunkt

Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung Δ_VH⁰=Aexp(−βT_r)(1−T_r)^β (Δ_VH⁰ in kJ/mol, T_r =(T/T_c) reduzierte Temperatur) mit A = 46,95 kJ/mol, β = 0,2826 und T_c = 508,2 K im Temperaturbereich zwischen 298 K und 363 K beschreiben.^[14] Die spezifische Wärmekapazität kann im Temperaturbereich zwischen 5 °C und 50 °C über eine lineare Funktion mit c_p = 1,337 + 2,7752·10⁻³ ·T (mit c_p in kJ·kg⁻¹·K⁻¹ und T in K) abgeschätzt werden.^[9]

• 

  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).^[15] 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.^[16]

Explosionsgrenzen unter reduziertem Druck (gemessen bei 100 °C)[16]
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

Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,7 bar.^[15] Die Grenzspaltweite wurde mit 1,04 mm (50 °C) bestimmt.^[15] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA.^[15] Die Zündtemperatur beträgt 535 °C.^[15] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T1. Unter erhöhtem Druck wird ein starkes Absinken der Zündtemperatur beobachtet.^[1] Die elektrische Leitfähigkeit ist mit 4,9·10^-7 S·m^-1 eher gering.^[17]

Zündtemperaturen unter erhöhtem Druck[1]
Druck	in bar	1	2	4	6,8	16,5
Zündtemperatur	in °C	535	345	290	265	250

Reaktionen

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 nun mit Iod unter Abspaltung eines Iodidions zu einem mesomeren Kation, das anschließend ein Proton auf ein Iodidion überträgt.^[18]

Die Einstellung des Keto-Enol-Gleichgewichts ist säure- (und auch basen-) -katalysiert. Durch den entstehenden Iodwasserstoff wird die Iodierung daher stark beschleunigt (Autokatalyse). Bei Zugabe von Base läuft hingegen die Iodoformreaktion ab.

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.

Lässt man je zwei Acetonmoleküle unter dem Einfluss basischer Reagenzien aldolartig dimerisieren, so entsteht Diacetonalkohol.

Aceton reagiert mit Wasserstoffperoxid zu dem explosiven Acetonperoxid.

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.

Styropor, angelöst durch einen Tropfen Aceton

Ferner wird Aceton als gängiges Lösungs- und Extraktionsmittel für Harze, Fette und Öle, Kolophonium, Celluloseacetat sowie als Nagellackentferner und Plastikkleber^[19] eingesetzt. Des Weiteren wird es zum Entfernen von durch Bauschaum entstandenen Verunreinigungen, Reinigung der PU-Schaum Pistole eingesetzt. Es löst ein Vielfaches seines Volumens an Ethin (Acetylen). Aceton wird in vielen Reaktionen (Aldoladditionen und Aldolkondensationen) der organischen Chemie benutzt.

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 zum abschließenden Reinigen der Leiterplatte eingesetzt.

Acetonhaltige Lösungen finden in der Zahnmedizin Verwendung zur Reinigung präparierter Dentinflächen und Wurzelkanäle.

Biochemie

Aceton ist ein 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 Acetylaceton und Hydroxymethylbutyrat. Diese können im Stoffwechsel verarbeitet werden.

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.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f g h i j k} Eintrag zu CAS-Nr. 67-64-1 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 7. März 2011 (JavaScript erforderlich).
2. ↑ Römpp Online - Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
3. ↑ Eintrag zu CAS-Nr. 67-64-1 im European chemical Substances Information System ESIS
4. ↑ ^{a b} Datenblatt Aceton bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.
5. ↑ www.chemgapedia.de, Lerneinheit Aceton-Synthese.
6. ↑ Ambrose, D.; Sprake, C.H.S.; Townsend, R.: Thermodynamic Properties of Organic Oxygen Compounds. XXXIII. The Vapour Pressure of Acetone in J. Chem. Thermodyn. 6 (1974) 693–700, doi:10.1016/0021-9614(74)90119-0.
7. ↑ ^{a b} Wiberg, K.B.; Crocker, L.S.; Morgan, K.M.: Thermochemical studies of carbonyl compounds. 5. Enthalpies of reduction of carbonyl groups in J. Am. Chem. Soc. 113 (1991) 3447–3450.
8. ↑ Miles, C.B.; Hunt, H.: Heats of combustion. I. The heat of combustion of acetone in J. Phys. Chem. 45 (1941) 1346–1359.
9. ↑ ^{a b} Malhotra, R.; Woolf, L.A.: 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) 867–876.
10. ↑ Chao J.: 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) 1369–1436.
11. ↑ ^{a b c} Campbell, A.N.; Chatterjee, R.M.: The critical constants and orthobaric densities of acetone, chloroform benzene, and carbon tetrachloride in Can. J. Chem. 47 (1969) 3893–3898.
12. ↑ Schmidt, J.: Auslegung von Sicherheitsventilen für Mehrzweckanlagen nach ISO 4126-10 in Chem. Ing. Techn. 83 (2011) 796–812, doi:10.1002/cite.201000202.
13. ↑ Kelley, K.K.: 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) 1145–1150.
14. ↑ ^{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.
15. ↑ ^{a b c d e} E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenndaten – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.
16. ↑ ^{a b} Pawel, D.; Brandes, E.: Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, 1998. http://www.ptb.de/de/org/3/34/341/bericht_vakuum2.pdf
17. ↑ Technische Regel für Betriebssicherheit - TRBS 2153, BG RCI Merkblatt T033 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen, Stand April 2009, Jedermann-Verlag Heidelberg.
18. ↑ F. A. Carey, R. J. Sundberg, Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag 2004 ISBN 3-527-29217-9.
19. ↑ Diskussionsthread zum Kleben von Plastik.

Weblinks

 Wiktionary: Aceton – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Eintrag in der Household Products Database der NLM