Русская Википедия:Ацетон

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Вещество Ацето́н (пропано́н, димети́лкето́н, пропано́н-2, химическая формула — C3H6O или CH3-C(=O)-CH3)[1] — органическое вещество, относящееся к классу насыщенных кетонов[2].

Бесцветная летучая жидкость с характерным запахом. Неограниченно смешивается с водой и полярными органическими растворителями, также в ограниченных пропорциях смешивается с неполярными растворителями.

Ацетон является ценным промышленным растворителем и, благодаря низкой токсичности, он получил широкое применение в производстве лаков, взрывчатых веществ, лекарственных средств. Он является исходным сырьем в многочисленных химических синтезах. В лабораторной практике его применяют в качестве полярного апротонного растворителя, для приготовления охлаждающих смесей вместе с сухим льдом и аммиаком, а также для мытья химической посуды.

Ацетон является одним из продуктов метаболизма в живых организмах, в частности, у человека. Он является одним из компонентов так называемых кетоновых тел, которых в крови здорового человека содержится крайне мало, однако при патологических состояниях (длительное голодание, тяжелая физическая нагрузка, тяжелая форма сахарного диабета) их концентрация может значительно повышаться и достигать 20 ммоль/л.

Происхождение названия

Своё название ацетон получил от Шаблон:Lang-la — «уксус». Это связано с тем, что ранее ацетон получали из ацетатов, а из самого ацетона получали синтетическую ледяную уксусную кислоту. В 1848 году немецкий профессор медицины и химии Леопольд Гмелин ввёл термин в официальное употребление[3][4], использовав старое немецкое слово Aketon (кетон, ацетон), которое также берёт корни от латинского «acetum».

Открытие

Файл:Andreas Libavius.jpg
Андреас Либавиус — первым открыл ацетон

Один из простейших и в то же время важнейших из кетонов — ацетон — впервые выявлен в 1595 году немецким химиком Андреасом Либавием в процессе сухой перегонки ацетата свинца. Однако точно определить его природу и химический состав удалось только в 1832 году Жану-Батисту Дюма и Юстусу фон Либиху. До 1914 года ацетон получали практически исключительно коксованием древесины, однако повышенный спрос на него в годы Первой мировой войны (для производства хлорацетона — эффективного слезоточивого вещества) очень быстро стимулировал создание новых методов производства.

Получение

Мировое производство ацетона составляет более 6,9 миллионов тонн в год (по данным на 2012 г[5].) и устойчиво растёт[5]. В промышленности получается напрямую или косвенно из пропена.

Старые методы

Старейший метод промышленного производства ацетона заключался в сухой перегонке ацетата кальция, который образуется при нейтрализации известью древесного уксуса, который образуется при коксовании древесины.[6]

<chem>(CH3COO)2Ca ->[t] CH3COCH3 + CaCO3</chem>.

Сейчас этот метод уже не применяется, так как ацетон в этом случае содержит слишком много примесей.

Известны также способы получения ацетона ацетоно-бутиловым брожением углеводов (крахмала, сахаров, меласса), вызываемым бактериями — клостридиями, в частности Clostridium acetobutylicum; в ходе брожения образуются ацетон и бутиловый или этиловый спирты[7][8][9]. Ацетон и бутиловый спирт получают в мольном соотношении от 2:1 до 3:1. Метод характеризуется малыми выходами.

<chem>2C_6H_12O_6 -> CH_3COCH_3 + CH_3(CH_2)_3OH + 5CO_2 + 4H_2</chem>.

В Германии в 1916 г. был запатентован процесс производства ацетона на основе уксусной кислоты. При 400 °C через контакты из церия пропускали уксусную кислоту:

<chem>2CH_3COOH ->[{400^\circ,~\text{Ce}}] {CH_3COCH_3} + {CO_2} + {H_2O}</chem>.

Ацетон также производили из ацетилена прямым синтезом:

<chem>2CH#CH + 3H2O -> CH3COCH3 + CO2 + 2H2</chem>.

Ацетилен вступает во взаимодействие с водяным паром при 450 °C в присутствии катализаторов.

Кумольный способ

Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу. Процесс протекает в 3 стадии.[10]

На первой стадии бензол алкилируется пропеном с получением изопропилбензола (кумола), на второй и третьей (реакция Удриса — Сергеева) полученный кумол окисляется кислородом воздуха до гидропероксида, который при действии серной кислоты разлагается на фенол и ацетон:

<math>\mathsf{C_6H_6 + CH_3CH\text{=}CH_2 \longrightarrow C_6H_5CH(CH_3)_2}</math>
<math>\mathsf{C_6H_5CH(CH_3)_2 + O_2 \longrightarrow C_6H_5C(OOH)(CH_3)_2}</math>
<math>\mathsf{C_6H_5C(OOH)(CH_3)_2 \longrightarrow C_6H_5OH + (CH_3)_2CO}</math>

Из изопропанола

По данному методу изопропанол окисляют в паровой фазе при температурах 450—650 °C на катализаторе (металлические медь, серебро, никель, платина). Ацетон с высоким выходом (до 90 %) получают на катализаторе «серебро на пемзе» или на серебряной сетке:

<math>\mathsf{(CH_3)_2CH\text{-}OH + O_2\longrightarrow (CH_3)_2CO + H_2O_2}</math>

Метод окисления пропена

Ацетон получают также прямым окислением пропена в жидкой фазе в присутствии PdCl2 в среде растворов солей Pd, Cu, Fe при температуре 50-120 °C и давлении 50-100 атм:

<math>\mathsf{CH_3CH\text{=}CH_2 + PdCl_2 + H_2O \longrightarrow (CH_3)_2CO + Pd + 2HCl}</math>
<math>\mathsf{2Pd + 4HCl +O_2\longrightarrow 2PdCl_2 + 2H_2O}</math>

Физические свойства

Ацетон — бесцветная подвижная летучая жидкость (при н.у.) с характерным резким запахом. Во всех соотношениях смешивается с водой, диэтиловым эфиром, бензолом, метанолом, этанолом, многими сложными эфирами и так далее.

Основные термодинамические свойства ацетона:[11]

  • Поверхностное натяжение (20 °C): 23,7 мН/м
  • Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К): −247,7 кДж/моль (ж)
  • Стандартная энтропия образования S (298 К): 200 Дж/моль·K (ж)
  • Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К): 125 Дж/моль·K (ж)
  • Энтальпия плавления ΔHпл: 5,69 кДж/моль
  • Энтальпия кипения ΔHкип: 29,1 кДж/моль
  • Теплота сгорания Qp: 1829,4 кДж/моль
  • Критическое давление: 4,7 МПа
  • Критическая плотность: 0,273 г/смШаблон:Sup
  • Динамическая вязкость жидкостей и газов:
    • 0,36 мПа·с (10 °C)
    • 0,295 мПа·с (25 °C)
    • 0,28 мПа·с (41 °C)

Термохимические свойства:

  • Температура вспышки в воздухе[12]: (-20 °C)[1]
  • Температура самовоспламенения на воздухе[12][11]: 465 °C
  • Пределы взрывоопасных концентраций[12]: 2,6-12,8 %

Прочие свойства:

  • Показатель преломления (для D-линии натрия):
    • 1,3591 (20 °C)
    • 1,3588 (25 °C)
  • Показатель электролитической диссоциации: pKa = 20 (20 °C, вода)
  • Диэлектрическая проницаемость (20 °C): 20,9
  • Дипольный момент молекулы (20 °C): 2,84 Дебай

Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества, в частности, ацетил- и нитроцеллюлозы, воски, алкалоиды и так далее, а также ряд солей.

Химические свойства

Окислительно-восстановительные реакции

Восстанавливается амальгамами магния или цинка до пинакона:

<math>\mathsf{2(CH_3)_2CO \xrightarrow{Zn} (CH_3)_2C(OH)C(OH)(CH_3)_2}</math>
или
Файл:Pinacol coupling of acetone.png

Ацетон окисляет вторичные спирты в кетоны в присутствии трет-бутилата алюминия (реакция Опенауэра)

Файл:Реакція Опенауера.png

При использовании большого избытка ацетона реакция смещается вправо.

Под действием перекиси водорода на ацетон в кислой среде образуется перекись ацетона.

Файл:Acetone Peroxide Synthesis V.2.svg

Ангидрид хрома окисляет ацетон до углекислого газа и воды. Ацетон реагирует с аммиаком и водородом в присутствии никеля или меди с образованием аминов:

<math>\mathrm{CH_3{-}CO{-}CH_3 + NH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni} \ CH_3-CH(NH_2)-CH_3 + H_2O}</math>

Обычно реакция протекает при температуре 125-175 °C и давлении 5-10 атмосфер.

Присоединение нуклеофилов к карбонильной группе

Ацетон является одним из наиболее реакционноспособных кетонов. Так, он один из немногих кетонов образует бисульфитное соединение:

<math>\mathsf{(CH_3)_2CO + NaHSO_3\longrightarrow (CH_3)_2C(OH)SO_3Na}</math>

Ацетон легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина:

<math>\mathsf{(CH_3)_2CO + HCN \longrightarrow (CH_3)_2C(OH)CN}</math>

Аналогично ацетон присоединяет хлороформ, образуя хлорэтон, который используется в качестве антисептика:

<math>\mathsf{(CH_3)_2CO + CHCl3 \longrightarrow (CH_3)_2C(OH)CCl3}</math>

Реакции альфа-позиции

При воздействии ацетона на металлический натрий или амид натрия образуется ацетоннатрий, натриевый спирт изопропенилового спирта:

<math>\mathrm{2CH_3{-}CO{-}CH_3 + 2Na \longrightarrow 2CH_2{=}C(ONa){-}CH_3 + H_2}</math>
<math>\mathrm{CH_3{-}CO{-}CH_3 + NH_2Na \longrightarrow CH_2{=}C(ONa){-}CH_3 + NH_3}</math>

Атомы водорода в ацетоне легко замещаются на галогены. Под действием хлора (иода) в присутствии щёлочи образует хлороформ (йодоформ).

<chem>Hal2 + 2NaOH -> NaHal + NaOHal + H2O</chem>
<chem>(CH3)2CO + 3NaOHal -> CH3-CO-CHal3 + 3NaOH</chem>
<chem>CH3-CO-CHal3</chem> + <chem>NaOH -> CHHal3\downarrow + CH3COONa</chem>

Реакции конденсации

В щелочной среде вступает в альдольную самоконденсацию, с образованием диацетонового спирта:

<math>\mathsf{2(CH_3)_2CO \xrightarrow{OH^-} (CH_3)_2C(OH)CH_2C(O)CH_3}</math>

При конденсации трех молекул ацетона под действием концентрированной серной или соляной кислоты образуется симметричный триметилбензол (мезитилен):

Файл:Acetone trimerization.svg

Прочие реакции

При пиролизе (700 °C) образует кетен:

<math>\mathsf{(CH_3)_2CO \longrightarrow CH_2\text{=}C\text{=}O + CH_4}</math>

Обнаружение

В химико-токсикологическом анализе для обнаружения ацетона применяют реакции с растворами йода, нитропруссида натрия, фурфурола, ο-нитробензальдегида и метод микродиффузии.

Реакция на образование йодоформа[13].

При взаимодействии ацетона с раствором йода в щелочной среде образуется трииодметан (йодоформ):

<math>\mathsf{ \ I_2+2OH^- \longrightarrow\ IO^- + I^- + H_2O}</math>
<math>\mathsf{ \ 3IO^- + CH_3COCH_3 \longrightarrow\ I_3C\text{-}CO\text{-}CH_3 + 3OH^-}</math>
<math>\mathsf{ \ I_3C\text{-}CO\text{-}CH_3 + OH^- \longrightarrow\ CHI_3 + CH_3COO^-}</math>

К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10%-го раствора аммиака и несколько капель раствора йода в йодиде калия (йодной настойки). В присутствии йода образуется жёлтый осадок трииодметана с характерным запахом, а его кристаллы имеют характерную гексалучевую форму. Предел обнаружения — 0,1 мг ацетона в пробе.

Реакция с нитропруссидом натрия (проба Легаля)[13][14].

Ацетон с нитропруссидом натрия в щелочной среде дает интенсивно-красную окраску. При подкислении уксусной кислотой окраска переходит в красно-фиолетовую. Кетоны, в молекулах которых отсутствуют метильные группы, непосредственно связанные с кетоновыми (СО—) группами, не дают такой реакции. Соответственно такие кетоны как метилэтилкетон, метилпропилкетон и другие — также дадут красную окраску с нитропруссидом.

<math>\mathsf{ \ CH_3COCH_3 + Na_2[Fe(CN)_5NO] + 2NaOH \longrightarrow\ Na_4[Fe(CN)_5ON\text{=}CHCOCH_3] + 2H_2O}</math>

К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10%-го раствора гидроксида натрия и 5 капель 1%-го свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. При наличии ацетона в пробе появляется красная или оранжево-красная окраска. При прибавлении 10%-го раствора уксусной кислоты до кислой реакции через несколько минут окраска переходит в красно-фиолетовую или вишнёво-красную. Следует заметить, что бутанон дает аналогичную окраску с нитропруссидом натрия.

Применение

Ацетон применяется как сырьё для синтеза многих важных химических продуктов, таких как уксусный ангидрид, кетен, диацетоновый спирт, окись мезитила, метилизобутилкетон, метилметакрилат, дифенилпропан, изофорон, бисфенол А и так далее; пример:

<math>\mathsf{(CH_3)_2CO + 2C_6H_5OH \longrightarrow (CH_3)_2C(C_6H_4OH)_2}</math>

Последний широко применяется при синтезе поликарбонатов, полиуретанов и эпоксидных смол.

Ацетон также является популярным растворителем. В частности он используется как растворитель

Без ацетона невозможно хранить в компактном (сжиженном и в баллоне) состоянии ацетилен, который под давлением в чистом виде крайне взрывоопасен. Для этого используют ёмкости с пористым материалом, пропитанным ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена.

Ацетон используется также при экстракции многих растительных веществ.

Лабораторное применение

В органической химии ацетон применяется в качестве полярного апротонного растворителя, в частности, в реакции алкилирования

<math>\mathsf{ArOH + RCl + K_2CO_3 \longrightarrow ArOR + KCl + KHCO_3}</math>

для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

<math>\mathsf{RR'CH\text{-}OH + (CH_3)_2CO \longrightarrow RR'CO + (CH_3)_2CH\text{-}OH}</math>

Ацетон применяется для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидким аммиаком (охлаждает до температуры −78 °C).

В лабораториях используется для мытья химической посуды благодаря низкой цене, малой токсичности, высокой летучести и лёгкой растворимости в воде, а также для быстрой сушки посуды и неорганических веществ.

Очистка

Технический ацетон обычно содержит воду, иногда — спирт и другие восстановители. Проба на присутствие восстановителей:

К 10 мл ацетона прибавляют 1 каплю раствора перманганата калия (1:1000); после 15 мин. при 15 °C не должно наблюдаться значительного посветления окраски[16].

Сушат ацетон безводным поташом (около 5 % от веса ацетона), нагревая смесь в течение нескольких часов с обратным холодильником, переливают в другую колбу и перегоняют над свежим осушителем. Металлический натрий и щёлочи непригодны для сушки ацетона[17].

Для использования в качестве растворителя при окислении органических веществ перманганатом калия ацетон перегоняют в присутствии небольшого количества перманганата калия (до устойчивой фиолетовой окраски раствора), при этом для удаления воды добавляют безводный поташ[18].

Очень чистый ацетон получают разложением аддукта ацетона и бисульфита натрия[18] либо продукта присоединения ацетона и иодистого натрия:

В 440 мл сухого свежеперегнанного ацетона растворяют при нагревании на водяной бане 100 г безводного иодистого натрия. Образующийся раствор охлаждают до −8 °C и аддукт <chem>NaI*3C3H6O</chem> отделяют отсасыванием. При нагревании аддукт разлагается, освобождающийся ацетон отгоняют, сушат безводным хлористым кальцием и снова перегоняют, защищая от влаги воздуха[19].

Пожароопасность

Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легкая воспламеняемость. Температура самовоспламенения +465 °C, температура вспышки −20 °C. Воздушные смеси, содержащие от 2,5 % до 12,8 % (по объёму), взрывоопасны. С этим необходимо считаться, так как ацетон быстро испаряется, и образующееся облако может распространиться до места воспламенения (нагрев или искра) вдали от места работы с ним.

Метаболизм

Ацетон является естественным метаболитом, производимым организмами млекопитающих, в том числе и человеческим организмом. В крови в норме содержится 1—2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи — 0,01—0,03 г. Некоторое количество ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом, некоторое — с мочой и выделениями кожи. В медицине ацетон относят к кетоновым телам. Нарушение нормального метаболизма, например, при сахарном диабете, приводит к так называемой ацетонурии — избыточному образованию и выведению ацетона.

Токсичность

Ацетон токсичен[20]. По данным[21] ПДК ацетона составляет 200 мг/м³ (среднесменная за 8 часов) и 800 мг/м³ (максимально-разовая). По данным ряда исследований, например[22] средний порог восприятия запаха был в ~3 раза выше чем максимально-разовая ПДК, и в ~12 раз выше среднесменной ПДК. При этом у части работников порог был значительно выше среднего значения (например, более 30 и 120 ПДК соответственно). В исследовании[23] среднее значение порога восприятия запаха было ещё выше — 11 000 ppm (28 000 мг/м3), что превышает среднесменную ПДК в 140 раз.

Ацетон ядовит, но относится к малоопасным веществам (класс опасности IV, категория безопасности для здоровья по NFPA — 1). Сильно раздражает слизистые оболочки: длительное вдыхание больших концентраций паровШаблон:Clarify приводит к возникновению воспаления слизистых оболочек, отёку лёгких и токсической пневмонии.Шаблон:Нет АИ Пары оказывают слабое наркотическое действие, сопровождаемое, чаще всего, дисфорией. При попадании внутрь вызывает состояние опьянения, сопровождаемое слабостью и головокружением, нередко — болями в животе; в существенных количествах возникает выраженная интоксикация, хотя, как правило, отравления ацетоном не смертельны. Возможно поражение печени (токсический гепатит), почек (уменьшение диуреза, появление крови и белка в моче) и коматозное состояние. При ингаляционном воздействии ацетон выводится гораздо медленнее (в течение нескольких часов), чем поступает, и поэтому может накапливаться в организме.

Правовой статус

Шаблон:Глобализовать Ацетон, в концентрации более 60 %, в России входит в таблицу III спиcка IV «Перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров» и его оборот подлежит контролю. При работе в лаборатории с ацетоном, операции по его расходу должны вноситься в специальный «Журнал регистрации операций, при которых изменяется количество прекурсоров наркотических средств и психотропных веществ».

Примечания

Шаблон:Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

  1. ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Книга
  2. ↑ Шаблон:Cite web
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ Шаблон:Cite web
  5. ↑ 5,0 5,1 http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4886 Шаблон:Wayback ПРОИЗВОДСТВО АЦЕТОНА: получение, применение, рынок по данным АКПР (Академии конъюнктуры промышленных рынков)
  6. ↑ Шаблон:Статья
  7. ↑ Шаблон:Статья
  8. ↑ Шаблон:Статья
  9. ↑ http://kodomo.cmm.msu.ru/~ramil.mintaev/projects/C.acetobutylicum/index.php Шаблон:Wayback Ацито-бутановая бактерия
  10. ↑ Химическая энциклопедия. М. 1988, Т1, стр. 230
  11. ↑ 11,0 11,1 Шаблон:Книга
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 Шаблон:Книга
  13. ↑ 13,0 13,1 Шаблон:Книга
  14. ↑ Шаблон:Cite web
  15. ↑ Книга:ФКТЭ
  16. ↑ Шаблон:Книга
  17. ↑ Шаблон:Книга
  18. ↑ 18,0 18,1 Шаблон:Книга
  19. ↑ Шаблон:Книга
  20. ↑ Шаблон:БМЭ3
  21. ↑ Шаблон:Книга
  22. ↑ Шаблон:Статья
  23. ↑ Шаблон:Статья

Шаблон:Выбор языка Шаблон:Промежуточные продукты метаболизма холестерина и стероидов

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Ацетон&oldid=9062585