Ацетон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Ацетон
Ацетон
Acetone-3D-vdW.pngAcetone ball-and-stick.png
Общие
Систематическое
наименование
пропан-2-он
Традиционные названия ацето́н, диметилкетон
Хим. формула C3H6O
Рац. формула CH3—C(O)—CH3
Физические свойства
Состояние жидкость
Молярная масса 58,08 г/моль
Плотность 0,7899 г/см³
Термические свойства
Т. плав. −95 °C
Т. кип. 56,1 °C
Т. всп. −19 °C
Кр. точка 235,5
Энтальпия образования −216,5 кДж/моль
Оптические свойства
Показатель преломления 1,3588
Классификация
Рег. номер CAS 67-64-1
PubChem 180
SMILES
ChemSpider 175
Безопасность
ЛД50 1159 мг/кг
Токсичность
NFPA 704.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Ацето́н (диметилкето́н, 2-пропано́н)[1] — органическое вещество, имеющее формулу CH3—C(O)—CH3, простейший представитель насыщенных кетонов.

Своё название ацетон получил от лат. acetum — уксус. Это связано с тем, что ранее ацетон получали из ацетатов, а из самого ацетона получали синтетическую ледяную уксусную кислоту.

В России ацетон входит в таблицу III («прекурсоры, оборот которых в Российской Федерации ограничен и в отношении которых допускается исключение некоторых мер контроля») списка IV («Список прекурсоров, оборот которых в Российской Федерации ограничен и в отношении которых устанавливаются меры контроля») перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации (прекурсор). Оборот ацетона концентрацией 60 % и более ставится под контроль, на учёт прихода и расхода, покупатели также должны оставлять паспортные данные[2].

Открытие[править | править исходный текст]

Андреас Либавиус — первым открыл ацетон

Один из простейших и в то же время важнейших кетонов — ацетон — впервые выявлен в 1595 году немецким химиком Андреасом Либиусом 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 очень быстро стимулировал создание новых методов производства.

Физические свойства[править | править исходный текст]

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:[3]

  • 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/см3
  • 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[4]: −17,778 °C (-18 °C)[1]
  • Температура самовоспламенения на воздухе[4][3]: 465 °C
  • Пределы взрывоопасных концентраций[4]: 2,6-12,8 %

Оптические свойства:

  • Показатель преломления (для D-линии натрия):
    • 1,3591 (20 °C)
    • 1,3588 (25 °C)
  • Показатель 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.

Ацетон образуется при ацетоновом (ацетон-бутиловом) брожении углеводов, вызываемом Bacillus acetobutylicus. В результате образуется ацетон и бутанол, а также ряд побочных примесей. В качестве промышленного такой метод получения ацетона был популярен в XIX — начале XX вв., но был вытеснен технологиями химического синтеза.

Химические свойства[править | править исходный текст]

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

\mathsf{(CH_3)_2CO + NaHSO_3\longrightarrow (CH_3)_2C(OH)SO_3Na}

Под действием щелочей вступает в альдольную самоконденсацию, с образованием диацетонового спирта.

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

Восстанавливается цинком до пинакона.

\mathsf{2(CH_3)_2CO \xrightarrow{Zn} (CH_3)_2C(OH)C(OH)(CH_3)_2}

При пиролизе (700 °C) образует кетен:

\mathsf{(CH_3)_2CO \longrightarrow CH_2\text{=}C\text{=}O + 2H_2}

Легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина.

\mathsf{(CH_3)_2CO + HCN \longrightarrow (CH_3)_2C(OH)CN}

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

Получение[править | править исходный текст]

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.

Кумольный способ

Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу. Процесс протекает в 3 стадии:[6]

На первой стадии бензол алкилируется пропеном с получением 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:

\mathsf{C_6H_6 + CH_3CH\text{=}CH_2 \longrightarrow C_6H_5CH(CH_3)_2}
\mathsf{C_6H_5CH(CH_3)_2 + O_2 \longrightarrow C_6H_5CH(OOH)(CH_3)_2}
\mathsf{C_6H_5CH(OOH)(CH_3)_2 \longrightarrow C_6H_5OH + (CH_3)_2CO}
Из изопропанола

По данному методу изопропанол окисляют 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:

\mathsf{2(CH_3)_2CH\text{-}OH + O_2\longrightarrow 2(CH_3)_2CO + H_2O}
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:

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

Некоторое значение имеет метод брожения крахмала под действием бактерий Clostridium acetobutylicum с образованием ацетона и бутанола[7]. Метод характеризуется малыми выходами. Используются также методы получения из изопропилового спирта и ацетилена.

Применение[править | править исходный текст]

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:

\mathsf{(CH_3)_2CO + 2C_6H_5OH \longrightarrow (CH_3)_2C(C_6H_4OH)_2}

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

Ацетон также является популярным растворителем, значительно превосходящим в плане безопасности бензин, скипидар и отчасти керосин. 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, пропитанные ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена.

Ацетон используется также при экстракции многих растительных веществ.

Ацетон служит также сырьем для синтеза уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта и многих других соединений.

Лабораторное применение[править | править исходный текст]

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

\mathsf{ArOH + RCl + K_2CO_3 \longrightarrow ArOR + KCl + KHCO_3}

для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

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

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.

Для очистки в лабораторных условиях ацетон перегоняют в присутствии небольшого количества перманганата калия (до слабо-розовой окраски раствора).

Обнаружение[править | править исходный текст]

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

Реакция на образование йодоформа[9].

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

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

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 желтый осадок трииодметана с характерным запахом, а его кристаллы имеют характерную гексалучевую форму. Предел обнаружения — 0,1 мг ацетона в пробе.

Реакция с нитропруссидом натрия[9].

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.

\mathsf{ \ CH_3COCH_3 + Na_2[Fe(CN)_5NO] + 2NaOH \longrightarrow\ Na_4[Fe(CN)_5ON\text{=}CHCO_2H_3] + 2H_2O}

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.

Пожароопасность[править | править исходный текст]

Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легковоспламеняемость. Температура самовоспламенения +465 °C, температура вспышки −19 °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 и токсикология[править | править исходный текст]

Ацетон является естественным метаболитом, производимым организмами млекопитающих, в том числе и человеческим организмом. Некоторое количество вещества выводится с выдыхаемым воздухом и выделениями кожи, некоторое — с мочой. В медицине ацетон относят к кетоновым телам. Нарушение нормального метаболизма, например, при сахарном диабете, приводит к так называемой ацетонурии — избыточному образованию и выведению ацетона.

В крови в норме содержится 1-2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи — 0,01-0,03 г. При нарушениях обмена веществ, например, при сахарном диабете, в моче и крови повышается содержание ацетона. Незначительная часть ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом. Некоторое количество ацетона выделяется из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу, а некоторое — с мочой.

Ацетон малотоксичен (класс опасности IV, категория безопасности для здоровья по NFPA — 1). Сильно раздражает слизистые оболочки: длительное вдыхание больших концентраций паров приводит к возникновению воспаления слизистых оболочек, отёку лёгких и токсической пневмонии. 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.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 Химическая энциклопедия. — М: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 230. — 625 с.
  2. Постановление Правительства РФ № 681 от 30 июня 1998 г.
  3. 1 2 Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник: Справ. изд. / Под ред. Потехина А. А., Ефимова А. И.. — Издание 3-е, переработанное и дополненное. — Л.:: Химия, 1991. — С. 328-329. — 432 с. — ISBN 5-7245-0703-X
  4. 1 2 3 Lewis R.J. Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials. — 11ed.. — Wiley-interscience, 2004. — С. 22-23.
  5. 1 2 http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4886 ПРОИЗВОДСТВО АЦЕТОНА: получение, применение, рынок по данным АКПР (Академии конъюнктуры промышленных рынков)
  6. Химическая энциклопедия. М. 1988, Т1, стр. 230
  7. http://kodomo.cmm.msu.ru/~ramil.mintaev/projects/C.acetobutylicum/index.php Ацито-бутановая бактерия
  8. Ацетон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  9. 1 2 Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия. — К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. — С. 146-149. — 447 с. — ISBN 5-11-000148-0

Ссылки[править | править исходный текст]