4-Methyl-2-pentanon: Herstellung, Reaktionen und Verwendungen

4-Methyl-2-pentanone

4-Methyl-2-pentanon ist eine farblose Flüssigkeit mit einem kaum wahrnehmbaren ketonartigen Aroma.

Es weist eine schlechte Löslichkeit in wässrigen Medien auf, ist jedoch mit herkömmlichen organischen Lösungsmitteln kompatibel. Es kann sowohl mit Wasser als auch mit zahlreichen Lösungsmitteln ein Azeotrop bilden.

Zur Veranschaulichung: Das mit Wasser (Siedepunkt 87,9 °C) gebildete Azeotrop enthält 75,7 Gew.-% 4-Methyl-2-pentanon, während das mit n-Butanol (Siedepunkt 114,4 °C) gebildete Azeotrop 70 Gew.-% enthält 4-Methyl-2-pentanon.

Inhaltsverzeichnis

1. Herstellung von 4-Methyl-2-pentanon

Die industrielle Synthese von 4-Methyl-2-pentanon kann über zwei Verfahren erreicht werden, bei denen entweder Aceton oder Isopropylalkohol als Ausgangsmaterial verwendet werden:

1.1. Ein dreistufiger Prozess ausgehend von Aceton über Diacetonalkohol und Mesityloxid mit anschließender Hydrierung

In der Anfangsphase wird Aceton unter Einwirkung eines Alkalikatalysators kondensiert. Anschließend wird der so gebildete Diacetonalkohol in flüssiger Phase an einem Säurekatalysator wie Phosphor- oder Schwefelsäure bei einer Temperatur von 90 – 130 °C dehydriert, wobei mit hoher Selektivität Mesityloxid entsteht.

Die selektive Hydrierung der in Mesityloxid vorhandenen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung kann mit verschiedenen Katalysatoren wie Palladium sowohl in der Gas- als auch in der Flüssigphase durchgeführt werden. Diese Transformation weist eine außergewöhnliche Selektivität auf.

Production of 4-Methyl-2-pentanone

Für die Synthese von 4-Methyl-2-pentanon können Dehydratisierungs- und Hydrierungsprozesse in einem einzigen Schritt kombiniert werden.

1.2. Ein zweistufiger Prozess unter Verwendung von Aceton bis Mesityloxid

Dieses Verfahren ist von geringerer industrieller Bedeutung, wobei Aceton im ersten Schritt zu Mesityloxid umgewandelt und anschließend im zweiten Schritt zu 4-Methyl-2-pentanon hydriert wird.

Kupferchromit oder Zirkoniumphosphat sind bevorzugte Katalysatoren für die Kondensationsreaktion und Palladium auf Aluminiumoxid für die Hydrierungsreaktion.

Es können auch Nebenprodukte wie 4-Methyl-2-pentanol entstehen.

1.3. Ein einstufiger Prozess aus Aceton und Wasserstoff

Bei der einstufigen Herstellung von 4-Methyl-2-pentanon kommt eine Kombination aus Kationenaustauscher mit Palladium als Katalysator zum Einsatz.

Die Reaktion wird bei 130 °C und 0,5 – 5,0 MPa durchgeführt, wobei Aceton und Wasserstoff über einen mit Palladium beladenen Katalysator geleitet werden. Dieses Verfahren weist eine Selektivität von über 95 % bei einem Umsatz von weniger als 50 % auf.

Die Produktion von 4-Methyl-2-pentanon als Nebenprodukt bei der Dehydrierung von Isopropylalkohol, was zu einer erhöhten Produktion von Aceton führt, hat in jüngster Zeit an Bedeutung gewonnen.

2. Chemische Reaktionen von 4-Methyl-2-pentanon

4-Methyl-2-pentanon kann durch Autoxidation Peroxide bilden. Studien haben gezeigt, dass beim Verdampfen von 4-Methyl-2-Pentanon-Wasser-Gemischen an der Luft die wässrige Phase eine gefährliche und zunehmende Konzentration an Peroxid aufweist.

Peroxid kann auch direkt durch Oxidation mit 50 %igem Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Säuren gewonnen werden.

Bei Kondensationsreaktionen mit Carbonylverbindungen wie Aceton ist die α-Methylgruppe normalerweise reaktiv. Allerdings kann nur Formaldehyd Kondensationsreaktionen mit der α-Methylengruppe eingehen.

Mit der Ketogruppe können industrielle Prozesse wie Hydrierung und reduktive Aminierung durchgeführt werden.

3. Verwendungen von 4-Methyl-2-pentanon

Die Hauptanwendung von 4-Methyl-2-pentanon ist als Lösungsmittel für Vinyl-, Epoxid- und Acrylharze, Naturharze und Nitrozellulose.

Darüber hinaus ist es ein vielseitiges Extraktionsmittel, das bei der Herstellung von Antibiotika oder der Entfernung von Paraffinen aus Mineralöl zur Herstellung von Schmierölen Verwendung findet.

Die Bedeutung von 4-Methyl-2-pentanon als Synthesezwischenprodukt ist relativ gering. Das wichtigste aus dieser Verbindung abgeleitete Produkt ist 4-Methyl-2-pentanol, das durch Hydrierung des Ketons gewonnen wird.

Darüber hinaus hat 4-Methyl-2-pentanonperoxid eine gewisse Bedeutung als Polymerisationsinitiator für Ethylen und als Härter für ungesättigte Polyesterharze.

Referenz