2-Butanol, auch sec-Butanol genannt, ist eine farblose Flüssigkeit mit der Formel CH3CH(OH)CH2CH3. Es ist ein sekundärer Alkohol und im Gegensatz zu seinen Strukturisomeren 1-Butanol, Isobutanol und tert-Butanol, 2-Butanol ist chiral. Dies bedeutet, dass es in zwei Formen vorliegt: (R)-2-Butanol und (S)-2-Butanol.
Inhaltsverzeichnis
2-Butanol wird durch säurekatalysierte Hydratisierung von 1-Buten und 2-Buten hergestellt. Diese Alkene werden aus dem Erdöl-Cracking-Prozess gewonnen, was sie zu leicht zugänglichen und kostengünstigen Rohstoffen macht.
Der Großteil des produzierten 2-Butanols wird weiter in 2-Butanon (Methylethylketon) umgewandelt.
1. Physikalische Eigenschaften von 2-Butanol
2-Butanol ist eine farblose Flüssigkeit mit einem charakteristischen Geruch, die Dämpfe abgibt, die die Schleimhäute reizen und bei höheren Konzentrationen eine narkotische Wirkung haben. Es ist vollständig mit üblichen organischen Lösungsmitteln mischbar.
Tabelle 1 gibt einen Überblick über die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von 2-Butanol:
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Molmasse | 74,12 g/mol |
| Schmelzpunkt | -114,7 °C |
| Siedepunkt | 99,5 °C |
| Dichte | 0,8065 g/cm³ |
| Brechungsindex | 1,39719 |
| Viskosität (20°C) | 3,6 mPa·s |
| Spezifische Wärme (20°C) | 2,81 J·g⁻¹·K⁻¹ |
| Verdampfungswärme | 562,75 J/g |
| Verbrennungswärme | 35,920 kJ/g |
| Kritischer Druck | 42 hPa |
| Kritische Temperatur | 263 °C |
| Oberflächenspannung (Raumtemperatur) | 23,5 mN/m |
| Dielektrizitätskonstante (Raumtemperatur) | 15,5 |
| Löslichkeit in Wasser (20°C) | 12,5 Gew.-% |
| Löslichkeit in Wasser (30°C) | 18 Gew.-% |
| Löslichkeit von Wasser in 2-Butanol (30°C) | 36,5 Gew.-% |
| Rotation ([α]20D) (+) (S) 2-Butanol | +13,73° |
| Rotation ([α]20D)) (-) (R)-2-Butanol | -13,79° |
| Flammpunkt | 24 °C |
| Zündtemperatur | 390 °C |
2. Chemische Eigenschaften von 2-Butanol
Dehydrierung
2-Butanol neigt im Vergleich zu anderen Butanolen weniger zur Dehydrierung.
Die Dehydratisierung von 2-Butanol führt mit hoher Selektivität zu 2-Buten.
Oxidation
2-Butanol wird bei etwa 350 °C zu 2-Butanon dehydriert.
Auch eine Oxidation mit Oxidationsmitteln wie Mangan(IV)-oxid oder geeigneten Katalysatoren bei höheren Temperaturen ist möglich.
Im Gegensatz zu primären Alkoholen kann 2-Butanol nicht direkt zu einer Carbonsäure oxidiert werden.
Alkylierung
2-Butanol kann in verschiedenen Alkylierungsreaktionen mit Aminen oder Ammoniak verwendet werden, um N-Alkyl-, N,N-Dialkyl- oder N,N,N-Trialkylamine zu erhalten.
Die Ringalkylierung aromatischer Kohlenwasserstoffe ist mit Friedel-Crafts-Katalysatoren möglich.
Veresterung
2-Butanol reagiert langsamer als primäre Butanole und schneller als 2-Methyl-2-propanol unter Bildung von Butylestern mit organischen und anorganischen Säuren, Säurechloriden und Säureanhydriden.
3. Herstellung von 2-Butanol
2-Butanol wird durch Hydratisierung von 1-Buten oder 2-Buten oder einer Mischung aus beiden synthetisiert.
1. Säurekatalysierte Hydratation
Diese traditionelle Methode beinhaltet die Zugabe von Wasser zum entsprechenden Buten unter dem Einfluss saurer Katalysatoren, typischerweise konzentrierter Schwefelsäure. Bemerkenswert ist, dass Markownikows Regel die Wasserzugabe steuert und die sekundären Alkoholprodukte begünstigt.
Dieser Selektivitätsvorteil ermöglicht die gezielte Produktion von 2-Butanol aus gemischten Olefin-Ausgangsmaterialien, wie C4-Fraktionen aus dem Erdölcracken (n-Buten und 2-Buten).
Die Hydratation von n-Buten wird mit Schwefelsäure in einer Konzentration von (75–80 %) katalysiert. Die Kontrolle der Reaktionstemperatur ist jedoch von entscheidender Bedeutung, da übermäßige Hitze die Olefinpolymerisation fördert.
2. Direkte Hochtemperatur-Hydratisierung
Als Alternative kommt die direkte Hydratation von Olefinen bei erhöhten Temperaturen (220–300 °C) und Drücken (10–35 MPa) infrage, die industrielle Anwendung für 2-Butanol findet Produktion. Wolframoxid- und wässrige Aluminiumhydroxid-Suspensionen sind mögliche Katalysatoren für diese Reaktion.
4. Verwendung von 2-Butanol
Praktisch das gesamte produzierte 2-Butanol durchläuft einen Dehydrierungsprozess, der zur Bildung von 2-Butanon führt, das allgemein als MEK oder Methylethylketon bekannt ist. Diese Verbindung hat aufgrund ihrer hervorragenden Lösungsmitteleigenschaften und ihres günstigen Siedepunkts von 79,57 °C große Bedeutung erlangt.
2-Butanol selbst wird als Lösungsmittel in Mischungen mit aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet es sich hervorragend als Lösungsmittel bei der Formulierung von Alkydharzen und Ethylcelluloselacken. Es kann sowohl Wasser als auch Öle lösen und ist daher maßgeblich an der Herstellung von Bremsflüssigkeiten und Reinigungsmitteln beteiligt.
Darüber hinaus erweitert die Umwandlung von 2-Butanol in Amine durch Reaktion mit Ammoniak seine Anwendungsmöglichkeiten.
Das Acetatderivat ist ein wirksames Lösungsmittel für Nitrozellulose, während die Xanthatform in Erzflotationsprozessen Anwendung findet.
Über diese industriellen Anwendungen hinaus spielt 2-Butanol eine Rolle bei der Herstellung von Parfümen, Farbstoffen, Fruchtessenzen und Netzmitteln.
5. Toxikologie von 2-Butanol
2-Butanol weist eine mäßige akute Toxizität auf. Die berichteten oralen und dermalen LD50-Werte bei Ratten betragen 2190 mg/kg bzw. 2000 mg/kg. Die inhalative Exposition ist wirksamer, mit einem LC50/4h von 48,5 mg/l bei Ratten.
Ähnlich wie andere Butanole wirkt 2-Butanol dämpfend auf das Zentralnervensystem. Bei Mäusen, die über einen längeren Zeitraum (420 Minuten) relativ hohen Konzentrationen (1650 ppm) ausgesetzt waren, wurde jedoch keine akute Vergiftung beobachtet.
Obwohl 2-Butanol die Haut von Kaninchen nicht reizt, verursacht es bei Augenanwendung schwere Hornhautschäden. Eine industrielle Exposition von etwa 100 ppm wird im Allgemeinen gut toleriert. Dennoch kann übermäßiges Einatmen zu Reizungen der Augen, der Nase und des Rachens sowie zu Kopfschmerzen, Übelkeit, Müdigkeit und Schwindel führen.
Belastungsgrenzen:
- Grenzwert (TLV): 100 ppm (Zeitgewichteter Durchschnitt, TWA)
- Short-Term Exposure Limit (STEL): 150 ppm
Diese festgelegten Expositionsgrenzwerte verdeutlichen die Notwendigkeit einer angemessenen Belüftung und persönlichen Schutzausrüstung in Arbeitsumgebungen, um gesundheitsschädliche Auswirkungen im Zusammenhang mit einer übermäßigen 2-Butanol-Exposition zu verhindern.
Referenz
- Butanole; Ullmanns Enzyklopädie der industriellen Chemie. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_463.pub3
