Ацетон

Ацето́н (від лат. acetum — оцет) — летка безбарвна легкозаймиста рідина з характерним запахом; найпростіший кетон СН3СОСН3. Інші назви: пропанон, диметилкетон.

Характеристика

Фізичні властивості

Молярна маса 58,08 г/моль; температура кипіння — 56,29°С за 101,3 кПа, температура плавлення — 94,6°С, 1,3588, 0,791.

Змішується в будь-яких пропорціях із водою та більшістю органічних розчинників, наприклад ефіром, метанолом, етанолом, естерами.

Хімічні властивості

Ацетон виявляє хімічні властивості, характерні для аліфатичних кетонів, вступає в реакції нуклеофільного приєднання та конденсації за участі як карбонільної, так і метильної груп.

Характерні реакції

Ацетон окиснюється сильними окисниками (лужним розчином Калій перманганату, хромовою кислотою, гарячою нітратною кислотою) з утворенням ацетатної та форміатної кислот і далі Карбон(IV) оксиду і води. Гіпогалогеніди металічних елементів або галогени в лужному середовищі окиснюють ацетон до ацетату металічного елементу і галоформу. Під дією хлору і лугу утворює хлороформ CHCl3, який взаємодіє з ацетоном із утворенням хлоретону (СН3)2С(ОН)СС13, що застосовується як антисептик. Галогенування ацетону каталізується як кислотами, так і основами, причому швидкість галогенування за наявності основи вища, ніж у кислому середовищі. За умов кислотного каталізу можна отримати моногалогенопохідні ацетону:

АцетонФормула1.jpg

Ацетон відновлюється до пропан-2-олу (ізопропілового спирту) та пропану. Під час відновлення амальгамою магнію або цинку, а також цинком в оцтовій кислоті утворюється пінакон:

АцетонФормула2.png

Відновний амоноліз приводить до ізопропіламіну.

Ацетон окиснює вторинні спирти до кетонів за наявності Алюміній алкоголятів (реакція Р. Оппенауера):

АцетонФормула3.png

Сполуки з активним Гідрогеном приєднуються до карбонільної групи ацетону. Зі спиртами ацетон утворює кеталі (CH3)2C(OR)2, які також називають ацеталями. Утворення кеталів ацетону — п’ятичленних 1,3-діоксоланів та шестичленних 1,3-діоксанів — застосовується для захисту гідроксигруп в 1,2- і 1,3-діолах, особливо в хімії вуглеводів. Рівновага може бути зміщена у бік утворення кеталів, наприклад, зв’язуванням води безводним Купрум(II) сульфатом або її відгонкою в присутності пара-толуенсульфокислоти. Замість ацетону як захисні групи використовують 2,2-диметоксипропан (диметилацеталь ацетону) та 2-метоксипроп-1-ен. 2,2-диметоксипропан одержували в промисловості реакцією ацетону з метанолом за наявності кислоти та низької температури.

АцетонФормула4.png

Завдяки тому, що 2,2-диметоксипропан легко гідролізує до метанолу і ацетону, його використовують як дегідратуючий агент.

Тіоли утворюють з ацетоном напівтіокеталі і тіокеталі (CH3)2C(SR)2. Із Гідроген сульфідом утворюється гексаметил-1,3,5-тритіан, ймовірно, через проміжне утворення тіоацетону, який легко тримеризується.

Під час взаємодії з ціанідною кислотою в лужному середовищі утворюється ацетонціаногідрин (CH3)2C(OH)CN. Ця реакція є основою одного з промислових методів одержання метилметакрилату:

АцетонФормула5.png

Ацетонціаногідрин отримують також з ацетону та Натрій або Калій ціаніду за наявності сульфатної кислоти. Ацетон утворює кристалічну сіль з Натрій гідроген сульфітом (CH3)2C(OH)SO3Na, яку обробкою Натрій або Калій ціанідом можна перетворити на ацетонціаногідрин.

За наявності амоніаку Гідроген ціанід взаємодіє з ацетоном з утворенням 2-аміно-2-метилпропаннітрилу (CH3)2C(NH2)CN, з якого одержують ініціатор радикальної полімеризації азо-біс-ізобутиронітрил (СH3)2C(CN)N=NC(CN)(CH3)2.

Ацетон приєднує реагенти В. Гриньяра з утворенням третинних спиртів.

Ацетон вступає в альдольну конденсацію з утворенням діацетонового спирту (4-гідрокси-4-метилпентан-2-ону (СН3)2С(ОН)СН2СОСН3), далі у кротонову конденсацію з утворенням окису мезитилу (4-метилпент-3-ен-2-ону (СН3)2С=СНСОСН3), ізофорону (3,5,5-триметилциклогекс-2-ен-1-ону), форону (2,6-диметилгепта-2,5-дієн-4-ону (СН3)2С=СНСОСН=С(СН3)2) та мезитилену (1,3,5-триметилбензену). Із цих сполук виробляють промислові розчинники метилізобутилкетон (4-метилпентан-2-он), метилізобутилкарбінол (4-метилпентан-2-ол), гексиленгліколь (2-метилпентан-2,4-діол), діізобутилкетон, діізобутилкарбінол. Метилізобутилкетон, який використовують як розчинник, здебільшого у процесах покриття поверхонь лаками, фарбами, полімерними плівками тощо, одержують за схемою:

АцетонФормула6.png

Ацетон вступає у конденсацію Р. Клайзена з етилацетатом з утворенням ацетилацетону (пентан-2,4-діону), реакцію К. Манніха з формальдегідом та вторинними амінами — α-діалкіламінометилзаміщених ацетонів. За реакцією С. Реформатського утворюються -гідроксиестери. Конденсацією ацетону з хлорооцтовими естерами за наявності Натрій етаноляту одержують α,β-епоксиестери (гліцидні естери) (конденсація О. Дарзана).

Фенол реагує з ацетоном у кислому середовищі з утворенням так званого біс- фенолу A (4,4’-(пропан-2,2-діїл)дифенілу), що використовується у виробництві полікарбонату та епоксидних смол.

АцетонФормула7.png

Ацетон конденсується з похідними амоніаку за наявності кислотного каталізатора. З первинними амінами утворюються іміни — основи Шиффа (CH3)2C=NR, із вторинними амінами — енаміни. З гідроксиламіном утворюється оксим (CH3)2C=NOH, із гідразином та його похідними — відповідні гідразони (CH3)2C=NNHR. Кристалічні похідні ацетону, наприклад 2,4-динітрофенілгідразон (температура плавлення — 126–128°С) або семикарбазон (температура плавлення — 187°С), використовують для його ідентифікації.

АцетонФормула8.png

Під час піролізу ацетону (700°С) утворюються кетен СН2=С=О і метан. Ця реакція застосовується у промисловому виробництві кетену.

АцетонФормула9.png

Шляхи отримання

У промисловості близько 90 % ацетону виробляють разом із фенолом за кумен-гідропероксидним способом — кислотно-каталізованим розкладанням кумен гідропероксиду. Його одержують окисненням киснем повітря ізопропілбензену (кумен, застаріла назва кумол), який отримують з бензену та пропену. На кожну тонну фенолу утворюється до 0,62 тонни ацетону, вихід якого сягає 94 %.

АцетонФормула10.png

Ацетон також одержують гідратацією пропену до пропан-2-олу (ізопропілового спирту) з його подальшим окисненням над металічним срібним каталізатором (450–500°С) або дегідруванням за наявності каталізаторів на основі цинку (400°С). Ацетон також отримують прямим окисненням пропену в рідкій фазі за наявності Паладій(II) хлориду.

АцетонФормула11.jpg

Давній промисловий метод одержання ацетону — суха перегонка Кальцій ацетату — втратив своє значення.

Для якісного визначення ацетону використовують кольорові реакції.

  1. Поява червоно-фіолетового забарвлення під час взаємодії зі спиртовим розчином 1,3-динітробензену за наявності лугу.
  2. Йодоформна реакція — взаємодія з йодом у лужному середовищі з утворенням жовтого осаду йодоформу CHI3, речовини зі специфічним запахом.
  3. Поява інтенсивного червоного забарвлення з нітропрусидом натрію Na2[Fe(CN)5NO] (реактив Легаля) в лужному середовищі, яке у випадку підкислення ацетатною кислотою переходить у червоно-фіолетове.
  4. Утворення червоної забарвленої сполуки в результаті реакції з фурфуролом.
  5. Утворення індиго, що має синій колір, під час взаємодії з о-нітробензальдегідом у лужному середовищі.

Кількісно ацетон визначають титруванням розчином Калій перманганату у лужному середовищі, який окиснює ацетон до СО2 і Н2О; оксимуванням із подальшим титруванням лугом Гідроген хлориду, що утворився:

АцетонФормула12.png

Значення та використання

Ацетон — важливий розчинник, який застосовують у промисловості та лабораторній практиці. Його використовують у виробництві штучних волокон, вибухових речовин; як розчинник для вінілових та акрилових смол, ацетил та нітроцелюлозних лаків, алкідних фарб, чорнил, лікарських засобів та косметики. Завдяки порівняно малій токсичності його застосовують також у харчовій промисловості. Ацетон є вихідною речовиною для синтезу кетену, оцтового ангідриду, діацетонового спирту, окису мезитилу, метилізобутилкетону, метилметакрилату та ін.

Ацетон — продукт метаболізму в організмі людей та деяких інших ссавців і входить до складу їхньої крові та сечі. У хворих на цукровий діабет він присутній у відносно великих кількостях.

Ацетон є легкозаймистою речовиною. Температура спалаху -20°С, температура самозаймання 500°С. Вибухонебезпечні суміші з повітрям, що містять 1,6–15,3 об. % ацетону. Під час вдихання ацетон накопичується в організмі. Оскільки він повільно виводиться з організму, можливі хронічні отруєння ГДК 200 мг/м3.

Література

  1. Терней А. Современная органическая химия : в 2 т. Москва : Мир, 1981.
  2. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology : in 27 vol. 5th ed. New York; Chichester : Wiley, 2004. Vol. 1. 872 p.
  3. Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія. 3-тє вид. Львів : Центр Європи, 2009. 868 с.
  4. Acetone: Biochemistry, Production and Uses / Ed. by I. Kozlowska, Kl. Walczak. New York : Nova Science Publishers, 2018. 208 p.

Автор ВУЕ

О. В. Гордієнко


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Гордієнко О. В. Ацетон // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Ацетон (дата звернення: 24.10.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
21.02.2021

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ