Bdtyk

Ацетон
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
Энергия ионизации	9,69 ± 0,01 эВ[1]
Термические свойства
Т. плав.	−95 °C
Т. кип.	56,1 °C
Т. всп.	−20 °C
Т. свспл.	465 ± 1 градус Цельсия[2]
Пр. взрв.	2,5 ± 0,1 об.%[1]
Кр. точка	235,5°C; 4.7МПа
Энтальпия образования	−216,5 кДж/моль
Энтальпия плавления	5,69 кДж/моль
Давление пара	180 ± 1 мм рт.ст.[1]
Химические свойства
pKa	19,16 ± 0,04[3]
Оптические свойства
Показатель преломления	1,3588
Классификация
Рег. номер CAS	67-64-1
PubChem	180
Рег. номер EINECS	200-662-2
SMILES	CC(=O)C
InChI	1S/C3H6O/c1-3(2)4/h1-2H3 CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N
RTECS	AL3150000
ChEBI	15347 и 40571
Номер ООН	1090
ChemSpider	175
Безопасность
ЛД50	1159 мг/кг
Токсичность	3 1 0 0
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Ацето́н (диметилкето́н, пропано́н-2)^[4] — 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 1848 году немецкий профессор медицины и химии Леопольд Гмелин ввёл термин в официальное употребление^[5][6], использовав старое немецкое слово Aketon (кетон, ацетон), которое также берёт корни от латинского acetum.

Открытие |

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 очень быстро стимулировал создание новых методов производства.

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:^[7]

• 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^[8]: (-20 °C)^[4]
  


• Температура самовоспламенения на воздухе^[8][7]: 465 °C


• Пределы взрывоопасных концентраций^[8]: 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 Clostridium acetobutylicus. В результате образуется ацетон и бутанол-1, 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 |

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

(CH3)2CO+NaHSO3⟶(CH3)2C(OH)SO3Na{displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{2}CO+NaHSO_{3}longrightarrow (CH_{3})_{2}C(OH)SO_{3}Na}}}

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

2(CH3)2CO→OH−(CH3)2C(OH)CH2C(O)CH3{displaystyle {mathsf {2(CH_{3})_{2}CO{xrightarrow {OH^{-}}}(CH_{3})_{2}C(OH)CH_{2}C(O)CH_{3}}}}

Восстанавливается цинком до пинакона:

2(CH3)2CO→Zn(CH3)2C(OH)C(OH)(CH3)2{displaystyle {mathsf {2(CH_{3})_{2}CO{xrightarrow {Zn}}(CH_{3})_{2}C(OH)C(OH)(CH_{3})_{2}}}}

При пиролизе (700 °C) образует кетен:

(CH3)2CO⟶CH2=C=O+CH4{displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{2}COlongrightarrow CH_{2}{text{=}}C{text{=}}O+CH_{4}}}}

Легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина:

(CH3)2CO+HCN⟶(CH3)2C(OH)CN{displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{2}CO+HCNlongrightarrow (CH_{3})_{2}C(OH)CN}}}

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

Hal2+2NaOH⟶NaHal+NaOHal+H2O{displaystyle {ce {Hal2 + 2NaOH -> NaHal + NaOHal + H2O}}}

(CH3)2CO+3NaOHal⟶CH3−CO−CHal3+3NaOH{displaystyle {ce {(CH3)2CO + 3NaOHal -> CH3-CO-CHal3 + 3NaOH}}}

CH3−CO−CHal3+NaOH⟶CHHal3↓+CH3COONa{displaystyle {ce {CH3-CO-CHal3+NaOH->CHHal3downarrow +CH3COONa}}}

Качественной реакцией на диметилкетон есть наличие интенсивно-красной окраски с нитропруссидом натрия в щелочной среде. При добавлении CH3COOH окраска переходит в красно-фиолетовую.

(CH3)2CO+Na2[Fe(CN)5NO]+2NaOH⟶Na4[Fe(CN)5ON=CHCOCH3]+2H2O{displaystyle {ce {(CH3)2CO + Na2[Fe(CN)5NO] + 2NaOH -> Na4[Fe(CN)5ON=CHCOCH3] + 2H2O}}}

Получение |

Мировое производство ацетона составляет более 6,9 миллионов тонн в год (по данным на 2012 г^[9].) и устойчиво растёт^[9].

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.^[10]

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:

C6H6+CH3CH=CH2⟶C6H5CH(CH3)2{displaystyle {mathsf {C_{6}H_{6}+CH_{3}CH{text{=}}CH_{2}longrightarrow C_{6}H_{5}CH(CH_{3})_{2}}}}

C6H5CH(CH3)2+O2⟶C6H5C(OOH)(CH3)2{displaystyle {mathsf {C_{6}H_{5}CH(CH_{3})_{2}+O_{2}longrightarrow C_{6}H_{5}C(OOH)(CH_{3})_{2}}}}

C6H5C(OOH)(CH3)2⟶C6H5OH+(CH3)2CO{displaystyle {mathsf {C_{6}H_{5}C(OOH)(CH_{3})_{2}longrightarrow C_{6}H_{5}OH+(CH_{3})_{2}CO}}}

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:

(CH3)2CH-OH+O2⟶(CH3)2CO+H2O2{displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{2}CH{text{-}}OH+O_{2}longrightarrow (CH_{3})_{2}CO+H_{2}O_{2}}}}

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:

CH3CH=CH2+PdCl2+H2O⟶(CH3)2CO+Pd+2HCl{displaystyle {mathsf {CH_{3}CH{text{=}}CH_{2}+PdCl_{2}+H_{2}Olongrightarrow (CH_{3})_{2}CO+Pd+2HCl}}}

2Pd+4HCl+O2⟶2PdCl2+2H2O{displaystyle {mathsf {2Pd+4HCl+O_{2}longrightarrow 2PdCl_{2}+2H_{2}O}}}

Некоторое значение имеет метод брожения крахмала под действием бактерий Clostridium acetobutylicum с образованием ацетона и бутанола^[11]. Метод характеризуется малыми выходами.
Используются также методы получения из изопропилового спирта и ацетилена.

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:

(CH3)2CO+2C6H5OH⟶(CH3)2C(C6H4OH)2{displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{2}CO+2C_{6}H_{5}OHlongrightarrow (CH_{3})_{2}C(C_{6}H_{4}OH)_{2}}}}

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

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

• в производстве лаков;


• в производстве взрывчатых веществ;


• в производстве лекарственных препаратов;


• в составе клея для киноплёнок как растворитель ацетата целлюлозы и целлулоида^[12];


• компонент для очистки поверхностей в различных производственных процессах;


• как очиститель инструмента и поверхностей от монтажной пены — в аэрозольных баллонах.

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

ArOH+RCl+K2CO3⟶ArOR+KCl+KHCO3{displaystyle {mathsf {ArOH+RCl+K_{2}CO_{3}longrightarrow ArOR+KCl+KHCO_{3}}}}

для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

RR′CH-OH+(CH3)2CO⟶RR′CO+(CH3)2CH-OH{displaystyle {mathsf {RR'CH{text{-}}OH+(CH_{3})_{2}COlongrightarrow RR'CO+(CH_{3})_{2}CH{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 |

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):

 I2+2OH−⟶ IO−+I−+H2O{displaystyle {mathsf { I_{2}+2OH^{-}longrightarrow IO^{-}+I^{-}+H_{2}O}}}

 3IO−+CH3COCH3⟶ I3C-CO-CH3+3OH−{displaystyle {mathsf { 3IO^{-}+CH_{3}COCH_{3}longrightarrow I_{3}C{text{-}}CO{text{-}}CH_{3}+3OH^{-}}}}

 I3C-CO-CH3+OH−⟶ CHI3+CH3COO−{displaystyle {mathsf { I_{3}C{text{-}}CO{text{-}}CH_{3}+OH^{-}longrightarrow CHI_{3}+CH_{3}COO^{-}}}}

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 (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.

 CH3COCH3+Na2[Fe(CN)5NO]+2NaOH⟶ Na4[Fe(CN)5ON=CHCOCH3]+2H2O{displaystyle {mathsf { CH_{3}COCH_{3}+Na_{2}[Fe(CN)_{5}NO]+2NaOHlongrightarrow Na_{4}[Fe(CN)_{5}ON{text{=}}CHCOCH_{3}]+2H_{2}O}}}

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 |

Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легковоспламеняемость. 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 и токсикология |

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 ядовит, но относится к малоопасным веществам (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 |

Ссылки |

• Ацетон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.


• Ацетонемия // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.


• Ацетоновая кислота // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.


• ГОСТ 2768-84. Ацетон технический. Технические условия.