2-Methyl-2-propanol: Eigenschaften, Herstellung und Verwendung

Tert-butanol structure

2-Methyl-2-propanol, auch tert-Butanol genannt, ist der einfachste tertiäre Alkohol mit der chemischen Formel (CH3)3COH. Bei Raumtemperatur ist es ein farbloser, fester Kristall. Allerdings schmilzt es bei Raumtemperatur (26 °C) und wird zu einer viskosen Flüssigkeit mit einem kampferähnlichen Geruch.

Inhaltsverzeichnis

1. Physikalische Eigenschaften von 2-Methyl-2-propanol

2-Methyl-2-propanol ist bei Raumtemperatur ein farbloser Feststoff. Es ist vollständig mit Wasser, Ethanol und Diethylether sowie üblichen organischen Lösungsmitteln mischbar.

Die wichtigsten charakteristischen physikalischen Eigenschaften von 2-Methyl-2-propanol sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1: Physikalische Eigenschaften von 2-Methyl-2-propanol
Eigenschaft Wert
Molmasse 74,12 g/mol
Schmelzpunkt (Schmelzpunkt) 25,6 °C
Siedepunkt (Siedepunkt) 82,55 °C
Dichte bei 20 °C 0,7867 g/cm³
Brechungsindex bei 20 °C 1,3841
Viskosität bei 20 °C 5,5 mPa⋅s
Spezifische Wärme 3,035 J g⁻¹ K⁻¹
Verdampfungswärme 535,78 J/g
Schmelzwärme 91,61 J/g
Verbrennungswärme 35,694 kJ/g
Kritischer Druck 39,7 hPa
Kritische Temperatur 235 °C
Oberflächenspannung bei Raumtemperatur. 20,0 (25°C) mN/m
Dielektrizitätskonstante bei Raumtemperatur. 11.4
Löslichkeit in Wasser mischbar
Flammpunkt 11 °C
Zündgrenzen in Luft, Vol.-% 2,3 - 8 %
Zündtemperatur 470 °C

2. Chemische Reaktionen von 2-Methyl-2-propanol

2-Methyl-2-propanol dehydriert leicht unter Bildung von 2-Methylpropen (Isobuten) mit verdünnter Schwefelsäure und Erhitzen. Aufgrund der Verfügbarkeit von 2-Methylpropen aus gekracktem Erdöl ist diese Reaktion industriell nicht wichtig.

Aufgrund der Molekülspaltung unter extremen Bedingungen kann es nicht selektiv dehydriert werden.

Tert-Butanol kann in verschiedenen Alkylierungsreaktionen mit Ammoniak, Aminen und aromatischen Verbindungen verwendet werden.

Es wird mit anorganischen und organischen Säuren unter Verwendung saurer Katalysatoren in tert-Butylester umgewandelt, ist jedoch weniger reaktiv als primäre und sekundäre Alkohole.

2-Methyl-2-propanol wird mit Natrium- oder Kaliummetall deprotoniert, um das entsprechende Alkoxid zu erzeugen. Kalium-tert-butoxid ist ein häufiges Beispiel für eine nicht nukleophile Base in der organischen Chemie.

Es entfernt saure Protonen von basischen Substraten, aber seine sperrige Struktur verhindert seine Teilnahme an nukleophilen Substitutionsreaktionen wie der Williamson-Ethersynthese oder SN2-Prozessen.

Tert-Butanol reagiert mit Chlorwasserstoff und hypochloriger Säure unter Bildung von Tert-Butylchlorid und Tert-Butanol. Butylhypochlorit bzw.

Chemical Reactions of 2-Methyl-2-propanol
Chemische Reaktionen von 2-Methyl-2-propanol

3. Herstellung von 2-Methyl-2-propanol

2-Methyl-2-propanol wird industriell nach zwei Hauptverfahren hergestellt:

  1. 2-Methylpropen-Hydratation
  2. Als Nebenprodukt der Herstellung von Propylenoxid und Methyl-tert-butylether

3.1. Herstellung von 2-Methyl-2-propanol durch 2-Methylpropen-Hydratation

2-Methyl-2-propanol wird hauptsächlich durch die Hydratisierung von 2-Methylpropen (Isobuten) hergestellt. Dieser Prozess umfasst die folgenden Schritte:

Production of tert-butanol by hydration of isobutene
  1. Reaktantenvorbereitung: Isobuten, der primäre Rohstoff, wird oft aus dem katalytischen Cracken von Erdöl oder der Dehydrierung von n-Butan gewonnen. Wasser, das als Hydratationsmittel fungiert, wird typischerweise als gereinigtes Wasser geliefert oder aus früheren Stufen recycelt. Tert-Butanol selbst kann im Ausgangsmaterial vorhanden sein oder der Reaktion absichtlich zugesetzt werden.

  2. Katalyse: Sulfonsäure-funktionalisierte Kationenaustauscherharze dienen aufgrund ihrer hohen Aktivität, Selektivität für die 2-Methyl-2-propanol-Bildung als bevorzugte Katalysatoren. und einfache Regeneration. Die Reaktionsbedingungen, einschließlich Temperatur (normalerweise zwischen 30 und 120 °C) und Druck (atmosphärisch oder leicht erhöht), werden sorgfältig kontrolliert, um die Umwandlung zu optimieren und unerwünschte Nebenreaktionen zu minimieren.

  3. Reaktion und Produktbildung: Die Hydratationsreaktion, ein reversibler Prozess, wandelt Isobuten und Wasser in tert-Butanol um. Um den Katalysator effizient zu nutzen und die Umwandlung zu maximieren, werden häufig mehrstufige Reaktoren eingesetzt. Die genaue Kontrolle der Reaktantenverhältnisse, der Temperatur und der Katalysatorbeladung ist entscheidend für die Gewährleistung einer hohen Selektivität.

  4. Produkttrennung: Durch die Destillation wird das gewünschte tert-Butanol-Produkt effektiv von nicht umgesetztem Isobuten, inerten Kohlenwasserstoffen und Wasser getrennt. Nicht umgesetztes Isobuten und Wasser können zur Verbesserung der Ressourceneffizienz wieder in den Prozess zurückgeführt werden.

3.2. Nebenprodukt der Herstellung von Propylenoxid und Methyl-tert-butylether

2-Methyl-2-propanol entsteht als wertvolles Nebenprodukt in mehreren industriellen Prozessen, insbesondere bei denen, bei denen Propylenoxid und Methyl-tert-butylether beteiligt sind.

1. Propylenoxid-Produktion:

Bei der Herstellung von Propylenoxid aus 2-Methylpropan (Isobutan) fallen pro Tonne produziertem Propylenoxid etwa 1,2 Tonnen tert.-Butanol an. Der Prozess beinhaltet einen Zwischenschritt, bei dem sich aus Isobutan t-Butylhydroperoxid bildet.

2. Verarbeitung von Methyl-tert-butylether:

Bei der Spaltung von Methyl-tert-butylether in reines 2-Methylpropen oder 2-Methyl-2-propanol kann als Nebenprodukt tert-Butanol entstehen. In ähnlicher Weise entsteht bei der Methyl-tert-butylether-Synthese mit Spuren von Wasser im Ausgangsmaterial (Methanol und C4-Olefinen) auch t-BuOH als unerwünschter Stoff Nebenprodukt.

Das Vorhandensein von t-BuOH als Nebenprodukt erfordert zusätzliche Schritte zur Trennung und Reinigung, was die Produktionskosten erhöht. Der Vorteil besteht jedoch darin, dass es eine leicht verfügbare Quelle für 2-Methyl-2-propanol für nachgelagerte Anwendungen darstellt, wodurch die Abhängigkeit von speziellen Produktionsmethoden minimiert und die Prozesseffizienz verbessert wird.

Tert-Butanol wird zwar nicht kommerziell genutzt, kann aber auch über die Grignard-Reaktion durch Reaktion von hergestellt werden Aceton mit Methylmagnesiumchlorid.

4. Verwendung von 2-Methyl-2-propanol

Im Vergleich zu anderen Butanolen hat 2-Methyl-2-propanol (t-BuOH) einen geringen Anteil am weltweiten Verbrauch. Allerdings hat seine Nutzung seit 1990 stetig zugenommen, bevor er in den letzten Jahren einen Tiefpunkt erreichte.

  • 2-Methyl-2-propanol wird aufgrund seiner günstigen Eigenschaften, einschließlich der Mischbarkeit mit Wasser und organischen Verbindungen, hauptsächlich als Lösungsmittel verwendet.
  • Tert-Butanol wird als Reagenz zur Einführung der Tert-Butylgruppe in organische Moleküle verwendet. Diese Modifikation wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise bei der Synthese von öllöslichen Harzen (z. B. tert-Butylphenol) und Antioxidantien (z. B. Trinitro-tert-butyltoluol).
  • Es ist auch ein wichtiger Ausgangsstoff für die Herstellung organischer Peroxide, die als wesentliche Polymerisationskatalysatoren in verschiedenen industriellen Prozessen dienen.
  • 2-Methyl-2-propanol konkurriert mit 2-Propanol als Zusatz in Benzin zur Verhinderung von Vergaservereisung. Sein Methylether erwies sich in den 1980er und 1990er Jahren kurzzeitig als Oktanverstärker und Bleiersatz und erlebte einen deutlichen Anstieg des Verbrauchs (0,17 bis 19 Millionen Tonnen zwischen 1982 und 1997). Umweltbedenken führten jedoch dazu, dass es schließlich durch die direkte Beimischung von Bioethanol zu Benzin ersetzt wurde.

5. Toxikologie von 2-Methyl-2-propanol

2-Methyl-2-propanol (t-BuOH) weist eine relativ geringe akute Toxizität auf. Die niedrigsten dokumentierten LD50-Werte liegen bei 2.740 mg/kg (oral, Ratten) und 2.000 mg/kg (dermal, Kaninchen).

Auswirkungen der Exposition:

  • Akut: Tert-Butanol hat bei hoher Exposition eine narkotische Wirkung, die durch Kopfschmerzen, Übelkeit, Müdigkeit und Schwindel gekennzeichnet ist.
  • Haut: Längerer Kontakt mit 2-Methyl-2-propanol verursachte bei Kaninchen keine Hautreizungen. Beim Menschen können nach Hautkontakt leichte Erytheme und Hyperämie auftreten.
  • Es hat einen deutlichen, unangenehmen Geruch.

Belastungsgrenzen:

  • Grenzwert (TLV): 100 ppm (zeitlich gewichteter Durchschnitt), 150 ppm (Kurzzeit-Expositionsgrenzwert).
  • MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatzkonzentration): 20 mL/m³.
  • TRGS 900 (Deutsches Technisches Regelwerk für Gefahrstoffe): 20 mL/m³.

Referenzen

  1. Butanols; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_463.pub3
  2. Process for production of tertiary butyl alcohol. – https://patents.google.com/patent/US4307257A/en
  3. Process for the preparation of tert-butanol. – https://patents.google.com/patent/EP1431264A1/en
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Tert-Butyl_alcohol