2-Methyl-2-propanol, ook bekend als tert-butanol, is de eenvoudigste tertiaire alcohol met de chemische formule (CH3)3COH. Het is een kleurloos, vast kristal bij kamertemperatuur. Het smelt echter bij kamertemperatuur (26 °C) en wordt een viskeuze vloeistof met een kamferachtige geur.
Inhoudsopgave
1. Fysieke eigenschappen van 2-methyl-2-propanol
2-methyl-2-propanol is een kleurloze vaste stof bij kamertemperatuur. Het is volledig mengbaar met water, ethanol en di-ethylether en gangbare organische oplosmiddelen.
De belangrijkste karakteristieke fysieke eigenschappen van 2-methyl-2-propanol worden weergegeven in Tabel 1.
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Molaire massa | 74,12 g/mol |
| Smeltpunt | 25,6 °C |
| Kookpunt | 82,55 °C |
| Dichtheid bij 20 °C | 0,7867 g/cm³ |
| Breukindex bij 20 °C | 1,3841 |
| Viscositeit bij 20 °C | 5,5 mPa⋅s |
| Soortelijke warmte | 3,035 J g⁻¹ K⁻¹ |
| Verdampingswarmte | 535,78 J/g |
| Smeltwarmte | 91,61 J/g |
| Warmte van verbranding | 35,694 kJ/g |
| Kritische druk | 39,7 hPa |
| Kritische temperatuur | 235 °C |
| Oppervlaktespanning bij kamertemperatuur | 20,0 (25 °C) mN/m |
| Diëlektrische constante bij kamertemperatuur | 11,4 |
| Oplosbaarheid in water | mengbaar |
| Vlampunt | 11 °C |
| Ontstekingsgrenzen in lucht, vol% | 2,3 - 8 % |
| Ontstekingstemperatuur | 470 °C |
2. Chemische reacties van 2-methyl-2-propanol
2-methyl-2-propanol ondergaat gemakkelijk dehydratie om 2-methylpropeen (isobuteen) te vormen met verdund zwavelzuur en verhitting. Deze reactie is niet industrieel belangrijk vanwege de beschikbaarheid van 2-methylpropeen uit gekraakte aardolie.
Het kan niet selectief worden gedehydrogeneerd vanwege molecuulsplitsing onder extreme omstandigheden.
Tert-butanol kan worden gebruikt in diverse alkyleringsreacties met ammoniak, aminen en aromatische verbindingen.
Het wordt omgezet in tert-butylesters met anorganische en organische zuren met behulp van zure katalysatoren, maar het is minder reactief dan primaire en secundaire alcoholen.
2-methyl-2-propanol wordt gedeprotoneerd met natrium- of kaliummetaal om het overeenkomstige alkoxide te produceren. Kalium-tert-butoxide is een veelvoorkomend voorbeeld van niet-nucleofiele base in de organische chemie.
Het verwijdert zure protonen van basische substraten, maar de omvangrijke structuur voorkomt deelname aan nucleofiele substitutiereacties zoals Williamson-ethersynthese of SN2-reacties.
Tert-butanol reageert met waterstofchloride en hypochloorzuur om respectievelijk tert-butylchloride en tert-butylhypochloriet te produceren.
3. Productie van 2-methyl-2-propanol
2-methyl-2-propanol wordt industrieel geproduceerd door twee hoofdprocessen:
- 2-methylpropeenhydratatie
- Als bijproduct van de productie van propyleenoxide en methyl-tert-butylether
3.1. Productie van 2-methyl-2-propanol door 2-methylpropeenhydratatie
2-methyl-2-propanol wordt voornamelijk geproduceerd door de hydratatie van 2-methylpropeen (isobuteen). Dit proces omvat de volgende stappen:
Reactantbereiding: Isobuteen, de primaire grondstof, wordt vaak verkregen uit katalytisch kraken van aardolie of dehydrogenering van n-butaan. Water, dat fungeert als hydratatiemiddel, wordt doorgaans geleverd als gezuiverd water of gerecycled uit eerdere fasen. Tert-butanol zelf kan aanwezig zijn in de grondstof of opzettelijk aan de reactie worden toegevoegd.
Katalyse: Sulfonzuur-gefunctionaliseerde kationenuitwisselingsharsen dienen als de favoriete katalysatoren vanwege hun hoge activiteit, selectiviteit ten opzichte van 2-methyl-2-propanolvorming en gemak van regeneratie. Reactieomstandigheden, waaronder temperatuur (meestal tussen 30-120 °C) en druk (atmosferisch of licht verhoogd), worden nauwkeurig gecontroleerd om de conversie te optimaliseren en ongewenste nevenreacties te minimaliseren.
Reactie en productvorming: De hydratatiereactie, een omkeerbaar proces, zet isobuteen en water om in tert-butanol. Meertrapsreactoren worden vaak gebruikt om de katalysator efficiënt te gebruiken en de conversie te maximaliseren. Nauwkeurige controle van reactantverhoudingen, temperatuur en katalysatorbelasting is cruciaal om een hoge selectiviteit te garanderen.
Productscheiding: Destillatie scheidt het gewenste tert-butanolproduct effectief van niet-gereageerd isobuteen, inerte koolwaterstoffen en water. Niet-gereageerde isobuteen en water kunnen worden gerecycled in het proces om de efficiëntie van hulpbronnen te verbeteren.
3.2. 2-Methyl-2-propanol als bijproduct van de productie van propyleenoxide en methyl-tert-butylether
2-Methyl-2-propanol wordt gevormd als een waardevol bijproduct in verschillende industriële processen, met name die met propyleenoxide en methyl-tert-butylether.
1. Productie van propyleenoxide:
Tijdens de productie van propyleenoxide uit 2-methylpropaan (isobutaan) wordt ongeveer 1,2 ton tert-butanol gegenereerd per ton geproduceerd propyleenoxide. Het proces omvat een tussenstap waarbij t-butylhydroperoxide wordt gevormd uit isobutaan.
2. Methyl-tert-butyletherverwerking:
Het splitsen van methyl-tert-butylether in zuivere 2-methylpropeen of 2-methyl-2-propanol kan tert-butanol als bijproduct opleveren. Op dezelfde manier genereert methyl-tert-butylethersynthese met sporen water in de grondstof (methanol en C4-olefinen) ook tert-butanol als ongewenst bijproduct.
De aanwezigheid van tert-butanol als bijproduct vereist extra stappen voor scheiding en zuivering, waardoor de productiekosten stijgen. Als voordelen biedt het echter een direct beschikbare bron van 2-methyl-2-propanol voor downstream-toepassingen, waardoor de afhankelijkheid van speciale productiemethoden wordt geminimaliseerd en de procesefficiëntie wordt verbeterd.
Hoewel het niet commercieel wordt gebruikt, kan tert-butanol ook worden geproduceerd via de Grignard-reactie door aceton te laten reageren met methylmagnesiumchloride.
4. Toepassingen van 2-methyl-2-propanol
Vergeleken met andere butanolen heeft 2-methyl-2-propanol (t-BuOH) een klein aandeel in de wereldwijde consumptie. Het gebruik ervan is echter gestaag gegroeid sinds 1990, voordat het de afgelopen jaren een plateau bereikte.
- 2-Methyl-2-propanol vindt zijn primaire gebruik als oplosmiddel vanwege zijn gunstige eigenschappen, waaronder mengbaarheid met water en organische verbindingen.
- Tert-butanol wordt gebruikt als reagens voor het introduceren van de tert-butylgroep in organische moleculen. Deze modificatie wordt gebruikt in verschillende toepassingen, zoals de synthese van in olie oplosbare harsen (bijv. tert-butylfenol) en antioxidanten (bijv. trinitro-tert-butyltolueen).
- Het is ook een belangrijk uitgangsmateriaal voor de productie van organische peroxiden, die dienen als essentiële polymerisatiekatalysatoren in verschillende industriële processen.
- 2-Methyl-2-propanol concurreert met 2-propanol als additief in benzine om carburateurbevriezing te voorkomen. De methylether ervan kwam in de jaren 80 en 90 kortstondig naar voren als octaanbooster en loodvervanger, en kende een aanzienlijke toename in consumptie (0,17 tot 19 miljoen ton tussen 1982 en 1997). Milieuzorgen leidden er echter toe dat bio-ethanol uiteindelijk werd vervangen door directe vermenging met benzine.
5. Toxicologie van 2-methyl-2-propanol
2-methyl-2-propanol vertoont een relatief lage acute toxiciteit. De laagste gedocumenteerde LD50-waarden zijn 2.740 mg/kg (oraal, ratten) en 2.000 mg/kg (dermaal, konijnen).
Effecten van blootstelling:
- Acuut: Bij hoge blootstellingsniveaus heeft tert-butanol een narcotisch effect, gekenmerkt door hoofdpijn, misselijkheid, vermoeidheid en duizeligheid.
- Huid: Langdurig contact met 2-methyl-2-propanol bij konijnen veroorzaakte geen huidirritatie. Bij mensen kunnen lichte erytheem en hyperemie optreden na huidcontact.
- Het heeft een duidelijke, onaangename geur.
Blootstellingslimieten:
- Drempelwaarde (TLV): 100 ppm (tijdgewogen gemiddelde), 150 ppm (kortetermijnblootstellingslimiet).
- MAK-waarde (maximale werkplekconcentratie): 20 ml/m³.
- TRGS 900 (Duitse technische regels voor gevaarlijke stoffen): 20 ml/m³.
Referenties
- Butanols; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_463.pub3
- Process for production of tertiary butyl alcohol. – https://patents.google.com/patent/US4307257A/en
- Process for the preparation of tert-butanol. – https://patents.google.com/patent/EP1431264A1/en
- https://en.wikipedia.org/wiki/Tert-Butyl_alcohol
