Προπανόνη

Ονοματολογία

Η ονομασία «προπανόνη» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-όνη» φανερώνει ότι περιέχει ένα καρβονύλιο (>C=O), που δεν βρίσκεται στην άκρη του μορίου, ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα, δηλαδή ότι πρόκειται για κετόνη.
Η ονομασία «2-οξοπροπάνιο» προέρχεται από την «ονοματολογία υποκατάστασης», κατά την οποία η ένωση υποτίθεται ότι είναι προπάνιο, του οποίου δύο άτομα υδρογόνου, του #2 ατόμου άνθρακα, υποκαθίσταται από ένα άτομο οξυγόνου, που συνδέεται με διπλό δεσμό.

Ιστορία

Η προπανόνη παράχθηκε για πρώτη φορά από αλχημιστές κατά τα τέλη του Μεσαίωνα, με ξηρή απόσταξη αλάτων του αιθανικού οξέος, όπως για παράδειγμα αιθανικού μολύβδου [(CH₃COO)₂Pb]. Τότε ονόμαζαν την προπανόνη «πνεύμα του Κρόνου»  (spirit of Saturn), γιατί το αλχημικό σύμβολο για το μόλυβδο αποτελούσε επίσης το αστρολογικό σύμβολο του πλανήτη Κρόνου. Το 1832, ο Γάλλος χημικός Ζαν Μπατίστ Ντυμά (Jean Baptiste Dumas) και ο Γερμανός χημικός Γιούστους φον Λίμπιγκ (Justus von Liebig) καθώρησαν τον εμπειρικό τύπο της προπανόνης. Το 1833, ο Γάλλος χημικός Αντουάν Μπουσύ (Antoine Bussy) ονόμασε την (τότε νέα ένωση) «ακετόνη» (acetone), συνδυάζοντας το πρόθεμα «ακετ-» από το αντίστοιχο καρβοξυλικό οξύ (acetic acid) με την κατάλληξη «-όνη».  Το 1852 ο Άγγλος χημικός Αλεξάντερ Γουΐλλιαμ Γουΐλλιαμσον (Alexander William Williamson) συνειδητοποίησε ότι η δομή της προπανόνης είναι μεθυλοακετύλιο.  Την επόμενη χρονιά, ο Γάλλος χημικός Σαρλ Φρεντερίκ Ζεράρ (Charles Frédéric Gerhardt) επίσης το επιβεβαίωσε. Το 1865, ο Γερμανός χημικός Άουγκουστ Κεκουλέ (August Kekulé) δημοσίευσε το σύγχρονο συντακτικό τύπο της προπανόνης.

Βιοσύνθεση

Μικρές ποσότητες προπανόνης παράγονται στο (ανθρώπινο, αλλά όχι μόνο) σώμα με αποκαρβοξυλίωση κετοξέων. Αυτή η διεργασία, που ονομάζεται κέτωση, μπορεί να ενισχυθεί με ειδικές δίαιτες, που περιλαμβάνουν συνδυασμό υψηλής λήψης λιπών και χαμηλής λήψης σακχάρων. Στην περίπτωση αυτή η προπανόνη παράγεται από τους ιστούς του σώματος, και στη συνέχεια, υπό ορισμένες συνθήκες υγείας, όπως ο αλκοολισμός και σακχαρώδης διαβήτης, μπορεί να προκαλέσει κετοξείδωση. Ανεξέλεκτη κέτωση μπορεί να οδηγήσει σε μια απότομη, και εν δυνάμει θανατηφόρα, αύξηση της οξύτητας στο αίμα. Εφόσον είναι ένα παραπροϊόν ζύμωσης, η προπανόνη μπορεί να παραχθεί ως παραπροϊόν της βιομηχανίας απόσταξης (αιθανόλης).

Βιομηχανική παραγωγή

Το 2010 η παγκόσμια ετήσια παραγωγική χωρητικότητα για την προπανόνη εκτιμήθηκε σε 6,7 εκατομμύρια τόνους, Με 1,56 εκατομμύρια τόννους οι ΗΠΑ έχουν την μεγαλύτερη ετήσια παραγωγή, ακολουθούμενες από την Ταϊβάν και την Κίνα. Ενδεικτικά, η τιμή της προπανόνης κυμαίνονταν σε 1100-1250 $ ΗΠΑ/ τόνο το Καλοκαίρι του 2011 στις ΗΠΑ.

Κύρια μέθοδος

Με καταλυτική οξείδωση κουμένιου [PhCH(CH₃)₂] παράγεται φαινόλη (PhOH) και προπανόνη:

Με πυρόλυση αιθανικού ασβεστίου

Με πυρόλυση αιθανικού ασβεστίου [(CH₃COO)₂Ca] παράγεται προπανόνη:

Με καταλυτική οξείδωση προπανίου

Με καταλυτική οξείδωση προπανίου (C₃H₈) παράγεται (κυρίως) προπανόνη:

Με οργανομαγνησιακές ενώσεις

1. Με επίδραση μεθυλομαγνησιοαλογονίδιου (CH₃MgX) σε αιθανικό αλκυλεστέρα (CH₃COOR) παράγεται προπανόνη:
2. Με επίδραση μεθυλομαγνησιοαλογονίδιου (CH₃MgX) σε αιθανονιτρίλιο παράγεται προπανόνη:

Με οξείδωση 2-προπανόλης

Με οξείδωση 2-προπανόλης [CH₃CH(OH)CH₃] παράγεται προπανόνη:

Με προσθήκη ύδατος σε προπίνιο

Με ενυδάτωση προπινίου (CH₃C ≡ CH) παράγεται αρχικά η ταυτομερής 2-προπενόλη, που ταυτομερίζεται σε προπανόνη:

Με οζονόλυση 2,3-διμεθυλο-2-βουτένιου

Με οζονόλυση 2,3-διμεθυλο-2-βουτένιου παράγεται προπανόνη:

Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 2,3-διμεθυλο-2,3-βουτανοδιόλη

Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 2,3-διμεθυλο-2,3-βουτανοδιόλη παράγεται προπανόνη:

Ταυτομέρεια με 2-προπενόλη

Η προπανόνη βρίσκεται πάντα σε χημική ισορροπία με την ταυτομερή της 2-προπενόλη. Μπορεί να καταλυθεί προς την επιθυμητή κατεύθυνση με παρουσία οξέων ή βάσεων:

Αναγωγή προς 2-προπανόλη

Μπορεί να αναχθεί προς 2-προπανόλη με τις ακόλουθες μεθόδους
1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):
2. Με καταλυτική υδρογόνωση:

Αναγωγή προς προπάνιο

Μπορεί να αναχθεί προς προπάνιο με την αντίδραση Clemensen

Οξείδωση προς 2-οξοπροπανάλη

1. Μπορεί να οξειδωθεί προς 2-οξοπροπανάλη με χρήση διοξειδίου του σεληνίου
2. Μπορεί να οξειδωθεί προς 2-οξοπροπανάλη μέσω νιτρώδωσης, δηλαδή επίδρασης νιτρώδους οξέος

Προσθήκη ύδατος

Με προσθήκη ύδατος σε προπανόνη παράγεται, σε χημική ισορροπία, η μη απομονώσιμη ασταθής 2,2-προπανοδιόλη:

Προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης

Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης παράγεται 2,2-διμεθυλο-1,3-διοξολάνιο:

Συμπύκνωση με δευτεροταγείς αμίνες

Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (RNHR') παράγεται αρχικά 1-(διαλκυλαμινο)-2-προπανόλη, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση μπορεί να δώσει Ν,Ν-διαλκυλο-2-προπεναμίνη:

Αλδολική συμπύκνωση

Με επίδραση βάσης έχουμε τη λεγόμενη αλδολική συμπύκνωση, η οποία όταν γίνεται με τον εαυτό της, παράγεται αρχικά 4-μεθυλο-4-υδροξυ-2-πεντανόνη, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση μπορεί να δώσει 4-μεθυλο-2-πεντεν-3-όνη:

Συμπύκνωση με «ενεργές» μεθυλενομάδες

Με την επίδραση «ενεργών» μεθυλενομάδων, δηλαδή ενώσεων του γενικού τύπου XCH₂Y, όπου X,Y ηλεκτραρνητικές ομάδες όπως π.χ. κυανομάδα (CN), καρβαλκοξυομάδα (COOR), έχουμε την αντίδραση Knoevenagel:

Συμπύκνωση με α-αλεστέρες

Με επίδραση α-αλεστέρων (R'CHXCOOR) έχουμε την αντίδραση Darzen, κατά την οποία τελικά παράγεται 1-καρβαλκοξυ-2,2-διμεθυλοξιράνιο. Π.χ. με αλαιθανικό αλκυλεστέρα (XCH₂COOR) έχουμε:

Επίδραση φωσφοροϋλιδίων

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων [Ph₃P⁺C⁻(R)R'] έχουμε τη λεγόμενη αντίδραση Wittig, με την οποία παράγεται 1,1-διαλκυλο-2-μεθυλ-1-οπροπένιο:

Προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων

Είναι δυνατή η προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων στο διπλό δεσμό C=O που περιέχει η προπανόνη. Π.χ.::
1. Με προσθήκη υδροκυανίου παράγεται αρχικά μεθυλοϋδροξυπροπανονιτρίλιο, από το οποίο με υδρόλυση μπορεί να παραχθεί μεθυλοϋδροξυπροπανικό οξύ:
2. Με προσθήκη όξινου θειικού νατρίου παράγεται 2-υδροξυ-2-προπανοσουλφονικό οξύ:
3. Με προσθήκη αλκυλομαγνησιοαλογονιδίου (RMgX) παράγεται 2-αλκυλο-2-προπανόλη:
4. Με προσθήκη πενταχλωριούχου φωσφόρου παράγεται 2,2-διχλωροπροπάνιο:

Αλογόνωση

Με επίδραση αλογόνου (X₂) έχουμε προσθήκη του στην 2-προπενόλη. Παράγεται αρχικά η ασταθής 1,2-διαλο-2-προπανόλη, που αφυδραλογονώνεται σχηματίζοντας τελικά αλοπροπανόνη:

Επίδραση διαζωμεθανίου

Με επίδραση διαζωμεθάνιου παράγεται 2,2-διμεθυλοξιράνιο:

Επίδραση υδραζωτικού οξέος

Με επίδραση υδραζωτικού οξέος (αντίδραση Achmidt) παράγεται N-μεθυλαιθαναμίδιο:

Αντίδραση Stracker

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH₃) σε προπανάλη παράγεται αρχικά 2-αμινο-2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο και στη συνέχεια, με υδρόλυση, 2-αμινο-2-μεθυλοπροπανικό οξύ (ένα μη πρωτεϊνικό αμινοξύ):

Φωτοχημική προσθήκη σε αλκένια

Με επίδραση προπανόνης σε αιθένιο σχηματίζεται φωτοχημικά 2,2-διμεθυλοξετάνιο (αντίδραση Paterno–Büchi):

Αλοφορμική αντίδραση

Με επίδραση αλογόνου (X₂) σε αλκαλικό περιβάλλον σε προπανόνη, έχουμε τη λεγόμενη αλοφορμική αντίδραση, και παράγονται αλοφόρμιο και αιθανικό άλας:

Οξείδωση Baeyer - Villiger

Με οξείδωση Baeyer - Villiger από καρβονικό υπεροξύ (RCO₃H) παράγονται αιθανικός μεθυλεστέρας και καρβονικό οξύ:

Παραγωγή διόλης

Με επίδραση νατρίου ή μαγνησίου σε προπανόνη παράγεται τελικά 2,3-διμεθυλο-2,3-βουτανοδιόλη:

Προσθήκη ορθοφορμικών εστέρων

Με προσθήκη ορθοφορμικού εστέρα [(RO)₃CH, όπου τα αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια] έχουμε το σχηματισμό 2,2-διαλκοξυπροπάνιου:

Συμπύκνωση με εστέρες

Με επίδραση καρβονικών εστέρων (RCOOR, όπου τα αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια) σε προπανόνη, παρουσία αιθανολικού νατρίου ή νατραμιδίου παράγονται αλκοξυπροπανόνη και αλκοόλη:

Επίδραση καρβενίων

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται βουτανόνη και 2,2-διμεθυλοξιράνιο:

Χρήσεις

Σχεδόν στο ένα τρίτο του πλανήτη η προπανόνη χρησιμοποιείται ως ένας διαλύτης και στο ένα τέταρτο αυτού καταναλώνεται, μέσω της κυανυδρίνης της, ως πρόδρομος για το μεθυλακρυλικό οξύ (και τα πολυμερή του).

Ως διαλύτης

Η προπανόνη είναι ένας καλός διαλύτης για τα περισσότερα πλαστικά και τις συνθετικές υφάνσιμες ύλες, περιλαμβάνοντας αυτά που χρησιμοποιούνται σε εργαστήρια για φιάλες πολυστυρένιου, πολυκαβονικών ή και κάποιους τύπους πολυπροπυλένιου. Είναι ιδανικό για αραίωση ρητινών υαλοβάμβακα, καθαρισμό εργαλείων χειρισμού υαλοβάμβακα και για να διαλύει εποξείδια και υπερκόλλες πριν σκληρύνουν. Χρησιμοποιήθηκε ως πτητικός διαλύτης για κάποιες μπογιές και βερνίκια. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε ως ισχυρός απογρασσωτής. Είναι χρήσιμη για την προετοιμασία μετάλλων πριν από το βάψιμο. Επίσης, αραιώνει πολυεστερικές ρητίνες, πολυβινυλίου και διάφορες κόλλες. Είναι επίσης χρήσιμη για πολύ αξιόπιστες εφαρμογές συγκόλλησης αλλά και αφαίρεσης της περίσσειας ρητινών συγκόλλησης, όταν η συγκόλληση έχει τελειώσει. Χρησιμεύει για να αποφευχθούν αρνητικά φαινόμενα από την παραμονή βρώμικης κόλλας σε επαφή με τα υλικά που συγκολλήθηκαν.
Ακόμη, η προπανόνη χρησιμοποιήθηκε ως ένας διαλύτης για τη φαρμακευτική βιομηχανία και ως ένα μετουσιωτικό σε καθαρή αιθανόλη. Η προπανόνη χρησιμοποιείται ακόμη ως ένα έκδοχο σε ορισμένα φάρμακα.
Παρόλο που η προπανόνη είναι η ίδια εύφλεκτη, χρησιμοποιήθηκε ως ένας διαλύτης για την ασφαλέστερη μεταφορά και αποθήκευση αιθίνιου, γιατί το τελευταίο δεν μπορεί να συμπιεστεί με ασφάλεια αν βρίσκεται σε καθαρή μορφή. Δοχεία που κατασκευάζονται από ένα πορώδες υλικό πρώτα γεμίζονται με προπανόνη, μέσα στην οποία διαλύεται στη συνέχεια το αιθίνιο. Σημειώνεται ότι ένα λίτρο προπανόνης διαλύει περίπου 250 λίτρα αιθινίου.

Εργαστηριακές χρήσεις

Στα χημικό εργαστήρια, η προπανόνη χρησιμοποιήθηκε ως ένας πολικός απρωτικός διαλύτης σε μια ποικιλία οργανικών αντιδράσεων, όπως οι αντιδράσεις τύπου SN². Η χρήση της προπανόνης είναι κρίσιμη για την οξείδωση Jones. Δεν δημιουργεί κανένα αζεοτροπικό μίγμα με το νερό.