2-Butanol, ook bekend als sec-butanol, is een kleurloze vloeistof met de formule CH3CH(OH)CH2CH3. Het is een secundaire alcohol en in tegenstelling tot zijn structurele isomeren, 1-butanol, isobutanol en tert-butanol, is 2-butanol chiraal. Dit betekent dat het in twee vormen bestaat, (R)-2-butanol en (S)-2-butanol.
Inhoudsopgave
2-Butanol wordt geproduceerd door de zuurgekatalyseerde hydratatie van 1-buteen en 2-buteen. Deze alkenen zijn afkomstig van het petroleumkraakproces, waardoor ze gemakkelijk toegankelijke en kosteneffectieve grondstoffen zijn.
Het grootste deel van de geproduceerde 2-butanol ondergaat verdere omzetting in 2-butanon (methylethylketon).
1. Fysieke eigenschappen van 2-butanol
2-butanol is een kleurloze vloeistof met een kenmerkende geur die dampen afgeeft met een irriterend effect op slijmvliezen en bij hogere concentraties narcotische effecten induceert. Het is volledig mengbaar met gangbare organische oplosmiddelen.
Tabel 1 geeft een overzicht van de belangrijkste fysische eigenschappen van 2-butanol:
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Molaire massa | 74,12 g/mol |
| Smeltpunt | -114,7 °C |
| Kookpunt | 99,5 °C |
| Dichtheid | 0,8065 g/cm³ |
| Breukindex | 1,39719 |
| Viscositeit (20°C) | 3,6 mPa·s |
| Soortelijke warmte (20°C) | 2,81 J·g⁻¹·K⁻¹ |
| Verdampingswarmte | 562,75 J/g |
| Verbrandingswarmte | 35,920 kJ/g |
| Kritische druk | 42 hPa |
| Kritische temperatuur | 263 °C |
| Oppervlaktespanning (kamertemperatuur) | 23,5 mN/m |
| Diëlektrische constante (kamertemperatuur) | 15,5 |
| Oplosbaarheid in water (20°C) | 12,5 gew.% |
| Oplosbaarheid in water (30°C) | 18 gew.% |
| Oplosbaarheid van water in 2-butanol (30°C) | 36,5 gew.% |
| Rotatie ([α]20D) (+) (S) 2-butanol | +13,73° |
| Rotatie ([α]20D)) (-) (R)-2-butanol | -13,79° |
| Vlampunt | 24 °C |
| Ontstekingstemperatuur | 390 °C |
2. Chemische eigenschappen van 2-butanol
2-butanol vertoont minder neiging tot dehydratie vergeleken met andere butanolen.
Dehydratie van 2-butanol leidt tot 2-buteen met een hoge selectiviteit.
2-butanol wordt gedehydrogeneerd tot 2-butanon bij ongeveer 350 °C.
Oxidatie met oxidatiemiddelen zoals mangaan(IV)oxide of geschikte katalysatoren bij hogere temperaturen is ook mogelijk.
In tegenstelling tot primaire alcoholen kan 2-butanol niet direct worden geoxideerd tot een carbonzuur.
2-butanol kan worden gebruikt in verschillende alkyleringsreacties met aminen of ammoniak om N-alkyl-, N,N-dialkyl- of N,N,N-trialkylaminen te verkrijgen.
Ringalkylering van aromatische koolwaterstoffen is mogelijk met Friedel-Crafts-katalysatoren.
2-butanol reageert langzamer dan primaire butanolen en sneller dan 2-methyl-2-propanol om butylesters te vormen met organische en anorganische zuren, zuurchloriden en zuuranhydriden.
3. Productie van 2-Butanol
2-Butanol wordt gesynthetiseerd door hydratatie van 1-buteen of 2-buteen of een mengsel van beide.
1. Zuurgekatalyseerde hydratatie
Deze traditionele methode omvat de toevoeging van water aan het overeenkomstige buteen onder invloed van zure katalysatoren, doorgaans geconcentreerd zwavelzuur. Opvallend is dat de regel van Markovnikov de toevoeging van water regelt, ten gunste van de secundaire alcoholproducten.
Dit selectiviteitsvoordeel maakt gerichte productie van 2-butanol mogelijk uit gemengde olefinegrondstoffen, zoals C4-fracties uit petroleumkraken (n-buteen en 2-buteen).
n-Buteenhydratatie wordt gekatalyseerd met zwavelzuur in een concentratie van (75-80%). Het beheersen van de reactietemperatuur is echter cruciaal, aangezien overmatige hitte de polymerisatie van olefinen bevordert.
2. Directe hydratatie bij hoge temperaturen
Als alternatief komt directe hydratatie van olefinen bij verhoogde temperaturen (220-300 °C) en druk (10-35 MPa) naar voren, wat industriële toepassing vindt voor de productie van 2-butanol. Wolfraamoxide en waterige aluminiumhydroxide-suspensies zijn potentiële katalysatoren voor deze reactie.
4. Toepassingen van 2-butanol
Vrijwel de gehele geproduceerde 2-butanol ondergaat een dehydrogeneringsproces, wat leidt tot de vorming van 2-butanon, algemeen bekend als MEK of methylethylketon. Deze verbinding heeft aanzienlijke bekendheid gekregen vanwege zijn prijzenswaardige oplosmiddeleigenschappen en een gunstig kookpunt van 79,57 °C.
2-butanol zelf wordt gebruikt als oplosmiddel in mengsels met aromatische koolwaterstoffen. Deze eigenschap maakt het zeer geschikt voor gebruik als oplosmiddel bij de formulering van alkydharsen en ethylcelluloselakken. Het is in staat om zowel water als oliën op te lossen, waardoor het instrumenteel is bij de productie van remvloeistoffen en reinigingsmiddelen.
Bovendien diversifieert de omzetting van 2-butanol in aminen door reactie met ammoniak de toepassingen ervan.
Het acetaatderivaat is een effectief oplosmiddel voor nitrocellulose, terwijl de xanthaatvorm bruikbaar is in ertsflotatieprocessen.
Naast deze industriële toepassingen speelt 2-butanol een rol bij de productie van parfums, kleurstoffen, fruitessences en bevochtigingsmiddelen.
5. Toxicologie van 2-butanol
2-butanol vertoont matige acute toxiciteit. De gerapporteerde orale en dermale LD50-waarden bij ratten zijn respectievelijk 2190 mg/kg en 2000 mg/kg. Inhalatieblootstelling is krachtiger, met een LC50/4u van 48,5 mg/l bij ratten.
Net als andere butanolen werkt 2-butanol als een depressivum voor het centrale zenuwstelsel. Er werd echter geen acute intoxicatie waargenomen bij muizen die gedurende langere tijd (420 minuten) aan relatief hoge concentraties (1650 ppm) werden blootgesteld.
Hoewel het niet irriterend is voor konijnenhuid, veroorzaakte 2-butanol ernstige hoornvliesbeschadiging bij oculaire toepassing. Industriële blootstelling van ongeveer 100 ppm wordt over het algemeen goed verdragen. Niettemin kan overmatige inademing leiden tot irritatie van de ogen, neus en keel, naast hoofdpijn, misselijkheid, vermoeidheid en duizeligheid.
Blootstellingslimieten:
- Drempelwaarde (TLV): 100 ppm (tijdgewogen gemiddelde, TWA)
- Kortetermijnblootstellingslimiet (STEL): 150 ppm
Deze vastgestelde blootstellingslimieten benadrukken de noodzaak van geschikte ventilatie en persoonlijke beschermingsmiddelen in werkomgevingen om schadelijke gezondheidseffecten te voorkomen die verband houden met overmatige blootstelling aan 2-butanol.
Referentie
- Butanols; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_463.pub3
