Ацетон

Ацетон (пропан-2-он или диметил кетон), е органско соединение со формула . Тој е наједноставниот и најмалиот кетон. Тоа е безбојна, многу испарлива и запалива течност со карактеристичен остар мирис.
Ацетонот се меша со вода, но и самиот по себе служи како важен органски растворувач, во индустријата, домот и лабораторијата. Околу 6,7 милиони тони беа произведени ширум светот во 2010 година, главно за употреба како растворувач и производство на метил метакрилат (и од него за производство на PMMA) како и бисфенол А. Тоа е вообичаен градежна компонента во органската хемија. Познатата употреба на ацетон во домаќинството е како активна состојка во отстранувачот на лакови за нокти и како разредувач на боја. Има ослободен статус од испарливи органски соединенија (VOC) во Соединетите Држави.
Ацетонот се произведува и се отстранува во човечкото тело преку нормални метаболички процеси. Нормално е присутен во крвта и урината. Луѓето со дијабетична кетоацидоза го произведуваат во поголеми количини. Кетогени диети кои ги зголемуваат кетонските тела (ацетон, β-хидроксибутерна киселина и ацетооцетна киселина) во крвта се користат за да се спротивстават на епилептичните напади кај доенчиња и деца кои страдаат од рефракторна епилепсија.
1 Историја
Ацетон првпат бил произведен од Андреас Либавиус во 1606 година со дестилација на олово(II) ацетат.
Во 1832 година, францускиот хемичар Жан-Батист Думас и германскиот хемичар Јустус фон Либиг ја утврдиле емпириската формула за ацетон. Во 1833 година, француските хемичари Антоан Буси и Мишел Шеврул решија да го именуваат ацетонот со додавање на суфиксот -еден на основата на соодветната киселина (односно, оцетна киселина) исто како што беше сличен подготвен производ од она што тогаш беше помешано со маргаринската киселина наречен маргарон. До 1852 година, англискиот хемичар Александар Вилијам Вилијамсон сфатил дека ацетонот е метил ацетил; следната година, францускиот хемичар Чарлс Фредерик Герхард се согласил. Во 1865 година, германскиот хемичар Август Кекуле ја објавил модерната структурна формула за ацетон. Јохан Јозеф Лошмит ја претстави структурата на ацетон во 1861 година, но неговата приватно објавена книга доби малку внимание. За време на Првата светска војна, Хаим Вајцман го развил процесот за индустриско производство на ацетон (Вајцман процес).
2 Производство
Во 2010 година, светскиот производствен капацитет за ацетон беше проценет на 6,7 милиони тони годишно. Со 1,56 милиони тони годишно, Соединетите Американски Држави имаа најголем производствен капацитет, следен од Тајван и континентална Кина. Најголемиот производител на ацетон е INEOS Phenol, кој поседува 17% од светскиот капацитет, со исто така значителен капацитет (7–8%) од Mitsui, Sunoco и Shell во 2010 година. INEOS Phenol, исто така, ја поседува најголемата производна локација во светот (420.000 тони/годишно) во Беверен (Белгија). Цената на ацетон во летото 2011 година беше 1100–1250 УСД/тон во САД.
2.1 Тековен метод
Ацетон се произведува директно или индиректно од пропилен. Приближно 83% од ацетонот се произвеOtдува преку процесот на кумен; како резултат на тоа, производството на ацетон е поврзано со производството на фенол. Во процесот на кумен, бензенот се алкилира со пропилен за да се произведе кумен, кој се оксидира со воздух за да произведе фенол и ацетон:
:
Други процеси вклучуваат директна оксидација на пропилен (процес Wacker-Hoechst), или хидратација на пропилен за да се добие 2-пропанол, кој се оксидира (дехидрогенира) до ацетон.
2.2 Постари методи
Претходно, ацетонот се произведуваше со сува дестилација на ацетати, на пример калциум ацетат со кетонска декарбоксилација.
:Ca(CH3COO)2 -> CaO_{(s)}{} + CO2_{(g)}{} + (CH3)2CO v
За време на Првата светска војна, ацетонот беше произведен со помош на ацетон-бутанол-етанол ферментација со бактеријата Clostridium acetobutylicum, која беше развиена од Хаим Вајзман (подоцна првиот претседател на Израел) со цел да им помогне на британските воени напори, во подготовката на Кордит. Оваа ацетон-бутанол-етанол ферментација на крајот беше напуштена кога беа пронајдени понови методи со подобри приноси.
3 Хемиски својства
3.1 Кето/енол тавтомеризам
Како и повеќето кетони, ацетонот покажува кето-енол тавтомеризам во кој номиналната кето структура на самиот ацетон е во рамнотежа со енолниот изомер (prop-1-en-2-ol). Во пареата на ацетон на амбиентална температура, само 2.4% од молекулите се во форма на енол.:
3.2 Алдолна кондензација
Во присуство на соодветни катализатори, две молекули на ацетон се комбинираат и формираат соединение диацетон алкохол , кој при дехидрација дава мезитил оксид . . Овој производ може дополнително да се комбинира со друга молекула на ацетон, со губење на друга молекула вода, со што се добива форон и други соединенија.
3.3 Полимеризација
OМоже да се очекува дека ацетон исто така ќе формира полимери и (можеби циклични) олигомери од два типа. Во еден тип, единиците би можеле да бидат ацетонски молекули поврзани со етерски мостови добиени со отворање на двојната врска, за да се добие синџир сличен на поликетал (PKA) . Другиот тип може да се добие преку повторена алдолна кондензација, со отстранување на по една молекула вода на секој чекор, со што се добива поли(метилацетилен) (PMA) синџир .
3.3.1 PKA тип
Конверзијата на ацетон во поликетал (ПКА) би била аналогна на формирањето на параформалдехид од формол и на тритиоацетон од тиоацетон. Во 1960 година, советските хемичари забележале дека термодинамиката на овој процес е неповолна за течниот ацетон, така што тој (за разлика од тиоацетонот и формолот) не се очекува спонтано да се полимеризира, дури и со катализатори. Сепак, тие забележаа дека термодинамиката стана поволна за кристалниот цврст ацетон на неговата точка на топење (−96 °C). Тие тврдеа дека добиле таков полимер (бел еластичен цврст, растворлив во ацетон, стабилен неколку часа на собна температура) со депонирање на пареа од ацетон, со малку магнезиум како катализатор, на многу ладна површина.
Во 1962 година, Васабуро Каваи пријавил синтеза на сличен производ, од течен ацетон ладен на -70 до -78 °C, користејќи n-бутил литиум или триетилалуминиум како катализатори. Тој тврдеше дека инфрацрвениот спектар на апсорпција покажува присуство на врски, но нема groups. Сепак, спротивставени резултати беа добиени подоцна од други истражувачи.
3.3.2 PMA тип
Полимерите од PMA типот на ацетон би биле еквивалентни на производот од полимеризација на пропин, освен за крајната кето група.
4 Биохемија
4.1 Биосинтеза
Мали количини на ацетон се создаваат во телото со декарбоксилација на кетонски тела. Одредени шеми на исхрана, вклучително и продолжено постење и диета со ниски јаглени хидрати со висока содржина на масти, може да предизвикаат кетоза, во која ацетон се формира во телесното ткиво. Одредени здравствени состојби, како што се алкохолизмот и дијабетесот, може да предизвикаат кетоацидоза, неконтролирана кетоза што доведува до нагло и потенцијално фатално зголемување на киселоста на крвта. Бидејќи е нуспроизвод на ферментацијата, ацетонот е нуспроизвод на дестилериската индустрија.
Ацетонот може да се произведе од оксидација на проголтан изопропанол или од спонтано/ензимско разградување на ацетоацетат (кетонско тело) кај кетотични индивидуи.
4.2 Метаболизам
Иако некои учебници по биохемија и тековните истражувачки публикации покажуваат дека ацетонот не може да се метаболизира, постојат докази и за спротивното. Може да се метаболизира или преку CYP2E1 преку метилглиоксал до Д-лактат и пируват и на крајот гликоза/енергија или по друг пат преку пропилен гликол до пируват, лактат, ацетат (корисен за енергија) и пропионалдехид.
5 Употреба
5.1 Индустриска
Околу една третина од ацетонот во светот се користи како растворувач, а четвртина се троши како ацетон цијанохидрин, прекурсор на метил метакрилат.
5.1.1 Растворувач
Ацетонот е добар растворувач за многу видови на пластика и некои синтетички влакна. Се користи за разредување на полиестерска смола, за чистење на алати што се користат со неа и за растворање на дводелни епоксиди и суперлепак пред да се стврднат. Се користи како една од испарливите компоненти на некои бои и лакови. Како тешко средство за одмастување, тој е корисен за подготовка на метал пред бојадисување или лемење и за отстранување на флуксот на колофон по лемењето (за да се спречи лепење на нечистотија и електрично истекување, а можеби и корозија или од козметички причини), иако може да нападне некои електронски компоненти, како што се полистиренските кондензатори.
5.1.2 Носач на ацетилен
Иако сам по себе е запалив, ацетонот интензивно се користи како растворувач за безбеден транспорт и складирање на ацетилен, кој не може безбедно да биде под притисок како чисто соединение. Садовите што содржат порозен материјал прво се полнат со ацетон, а потоа со ацетилен, кој се раствора во ацетон. Еден литар ацетон може да раствори околу 250 литри ацетилен под притисок од 10 бари.
5.1.3 Хемиски посредник
Ацетон се користи за синтеза на метил метакрилат. Започнува со почетната конверзија на ацетон во ацетон цијанохидрин преку реакција со цијановодород (HCN):
:(CH3)2CO + HCN -> (CH3)2C(OH)CN
Во следниот чекор, нитрилот се хидролизира до незаситен амид, кој е естерифициран:
:(CH3)2C(OH)CN + CH3OH -> CH2=C(CH3)CO2CH3 + NH3
Третата голема употреба на ацетон (околу 20%) еза синтетизa на бисфенол А. Бисфенол А е компонента на многу полимери како што се поликарбонати, полиуретани и епоксидни смоли. Синтезата вклучува кондензација на ацетон со фенол:
:(CH3)2CO + 2 C6H5OH -> (CH3)2C(C6H4OH)2 + H2O
Многу милиони килограми ацетон се трошат во производството на растворувачите метил изобутил алкохол и метил изобутил кетон. Овие производи се јавуваат преку почетна алдолна кондензација за да се добие диацетон алкохол.:2 (CH3)2CO -> (CH3)2C(OH)CH2C(O)CH3
Кондензацијата со ацетилен дава 2-метилбут-3-ин-2-ол, прекурсор на синтетичките терпени и терпеноиди.
5.2 Лабораторија
5.2.1 Хроматографија
Ацетонот често се користи, најчесто како органски растворувач или мобилна фаза во аналитиката на разни супстанци со помош на различни аналитички техники меѓу кои и хроматографијата.
Техниките на спектроскопија се корисни кога примерокот што се тестира е чист или многу вообичаена смеса. Кога се анализира непозната смеса, таа мора да се разложи на поединечни делови. Техниките на хроматографија може да се користат за разделување на мешавините во нивните компоненти што овозможува секој дел да се анализира посебно.
Тенкослојната хроматографија (TLC) е брза алтернатива на посложените методи на хроматографија. TLC може да се користи за анализа на мастила и бои со екстракција на поединечните компоненти. Ова може да се користи за да се истражат белешките или влакната оставени на местото на настанот, бидејќи производот на секоја компанија е малку различен и тие разлики може да се видат со TLC. Единствениот ограничувачки фактор со TLC анализата е неопходноста компонентите да бидат растворливи во кој било раствор што се користи за носење на компонентите до плочата за анализа. Ова раствор се нарекува мобилна фаза. Форензичкиот хемичар може да споредува непознати со познати стандарди со гледање на растојанието што го поминала секоја компонента. Ова растојание, кога се споредува со почетната точка, е познато како фактор на задржување (Rf) за секоја извлечена компонента. Ако секоја вредност на Rf се совпаѓа со познат примерок, тоа е индикација за идентитетот на непознатото.
Течна хроматографија со високи перформанси може да се користи за екстракција на поединечни компоненти од смеса растворена во раствор. HPLC се користи за неиспарливи мешавини кои не би биле погодни за гасна хроматографија. Ова е корисно во анализата на лекови каде што фармацевтскиот производ е комбиниран лек бидејќи компонентите ќе се одвојат или ќе се елуираат во различно време што овозможува верификација на секоја компонента. Елуатите од HPLC колоната потоа се внесуваат во различни детектори кои произведуваат пик на графиконот во однос на неговата концентрација додека се елуира од колоната. Најчестиот тип на детектор е ултравиолетово-видливиот спектрометар бидејќи најчестиот предмет од интерес тестиран со HPLC, фармацевтските производи, имаат УВ апсорпција.
Гасната хроматографија (GC) ја врши истата функција како течната хроматографија, но се користи за испарливи мешавини. Во форензичката хемија, најчестите GC инструменти користат масена спектрометрија како нивен детектор. GC-MS може да се користи во истраги за подметнување пожар, труење и експлозии за да се утврди што точно е користено. Теоретски, GC-MS инструментите можат да детектираат супстанции чиишто концентрации се во опсегот на фемтограмот. Сепак, практичната граница за откривање за GC-MS е во опсегот на пикограмот range. GC-MS е исто така способен да ги квантифицира супстанциите што ги детектира; Хемичарите можат да ги користат овие информации за да го утврдат ефектот што супстанцијата би го имала врз поединецот. На GC-MS инструментите им треба околу 1.000 пати повеќе од супстанцијата за да се измери количеството отколку што им е потребно едноставно за да се открие; границата на квантификација е типично во опсегот на нанограми.
5.2.2 Хемиско истражување
Во лабораторија, ацетонот се користи како поларен, апротичен растворувач во различни органски реакции, како што се S<sub>N</sub>2 реакциите. Употребата на ацетонски растворувач е критична за Џонсовата оксидацијата. Не формира азеотроп со вода (види табели со азеотроп). Тоа е вообичаен растворувач за плакнење лабораториски стакларија поради неговата ниска цена и испарливост. И покрај неговата вообичаена употреба како наводно средство за сушење, тој не е ефикасен освен со поместување и разредување. Ацетонот може да се олади со сув мраз до -78 °C без замрзнување; Бањите со ацетон/сув мраз најчесто се користат за спроведување на реакции на ниски температури. Ацетонот е флуоресцентен под ултравиолетова светлина, а неговата пареа може да се користи како флуоресцентен трагач во експериментите со проток на течности.
Ацетонот се користи за таложење на белковините.
5.2.3 Чистење
Ацетонот со низок степен на чистота најчесто се користи во академски лабораториски услови како средство за плакнење на стаклени садови за отстранување на остатоци и цврсти материи пред последното перење.
5.2.4 Бања со ниска температура
Мешавина од ацетон и сув мраз е популарна бања за ладење која одржува температура од -78 °C сè додека останува малку сув мраз.
5.2.5 Хистологија
Ацетонот се користи во полето на патологијата за да се пронајдат лимфни јазли во масните ткива за стадиум на туморот (како што е барањето на лимфните јазли во маснотиите што ги опкружуваат цревата). Ова помага во растворање на маснотиите и ги зацврстува јазлите, што го олеснува нивното наоѓање.
Ацетон, исто така, се користи за разбојување на одредени дамки на микроскопски слајдови.
5.2.6 Својства на Луисова база
Ацетонот е слаба Луисова база која формира адукти со меки киселини како I<sub>2</sub> и тврди киселини како фенол. Ацетон, исто така, формира комплекси со двовалентни метали.
5.3 Медицинска употреба
5.3.1 Растворувач и помошна супстанца за лекови
Ацетонот се користи како растворувач во фармацевтската индустрија и како денатурант во денатурираниот алкохол.
Ацетонот е исто така присутен како помошна супстанца во некои фармацевтски лекови.
5.3.2 Одмастување на кожата
Дерматолозите користат ацетон со алкохол за третмани за акни за хемиско лупење на сувата кожа. Вообичаени средства што се користат денес за хемиски пилинг се салицилна киселина, гликолна киселина, азелаична киселина, 30% салицилна киселина во етанол и трихлороцетна киселина (TCA). Пред хемeксфолијацијата, кожата се чисти и вишокот маснотии се отстранува во процес наречен одмастување. Во овој процес вообичаено се користат ацетон, септизол или комбинација од овие агенси.
5.3.3 Антиконвулзант
Се покажа дека ацетонот има антиконвулзивни ефекти кај животинските модели на епилепсија, во отсуство на токсичност, кога се администрира во милимоларни концентрации. Се претпоставува дека кетогената диета со висока содржина на масти и ниски јаглени хидрати, која се користи клинички за контрола на епилепсијата отпорна на лекови кај децата, функционира со зголемување на ацетонот во мозокот. Поради нивните поголеми потреби за енергија, децата имаат поголемо производство на ацетон од повеќето возрасни индивидуи и колку е помладо детето, толку е поголемо очекуваното производство. Ова покажува дека децата не се единствено подложни на изложеност на ацетон. Надворешната изложеност е мала во споредба со изложеноста поврзана со кетогената диета.
5.4 Домашна и друга употреба
Ацетонот често е примарна компонента во средствата за чистење како што се лакови и отстранувачи на суперлепак. Меѓутоа, може да нападне и некоја пластика.
Шминкерите користат ацетон за да го отстранат лепилото за кожа од мрежата на периките и мустаќите со потопување на предметот во ацетонска бања, а потоа отстранување на омекнатиот остаток од лепак со цврста четка.
Ацетонот често се користи за полирање со пареа на артефакти за печатење на 3D-печатени модели печатени со ABS пластика. Техниката наречена измазнување со ацетонска парна бања, вклучува ставање на испечатениот дел во запечатена комора која содржи мала количина ацетон и загревање на околу 80 степени Целзиусови 10 минути. Ова создава пареа на ацетон во садот. Ацетонот рамномерно се кондензира по целиот дел, предизвикувајќи површината да омекнува и втечнува. Површинскиот напон потоа ја измазнува полутечната пластика. Кога делот ќе се отстрани од комората, ацетонската компонента испарува оставајќи стаклено-мазен дел без бразди, шаблони и видливи рабови на слојот, вообичаени одлики во нетретирани 3D печатени делови.
Ацетонот ефикасно ги отстранува трагите од пенкалото со фломастер од стакло и метали.
Ацетонот ефикасно ги отстранува обоените стаклени садови со катран, како што се бонгите.
6 Безбедност
6.1 Хемиска
Ацетонот е некомпатибилен со мешавини на концентрирана азотна киселина и сулфурна киселина. Може да експлодира и кога се меша со хлороформ во присуство на база. Кога се оксидира, на пример при реакција со водород пероксид, тој формира ацетон пероксид, кој е многу нестабилно експлозивно соединение. Може да се формира случајно, на пр. кога отпадот од водород пероксид се истура во отпаден растворувач кој содржи ацетон. Поради неговата нестабилност, индустриската употреба на ацетон пероксид е забранета во Европа. Во Соединетите Држави е ограничено на помали примени, како што е белењето на брашното.
6.2 Запаливост
Најопасното својство на ацетон е неговата екстремна запаливост. Во мали количини ацетон гори со тап син пламен, во поголеми количини испарувањето на горивото предизвикува нецелосно согорување и светло жолт пламен. На температури поголеми од точката на палење на ацетон од , ), воздушните мешавини од помеѓу 2,5% и 12,8% ацетон, по волумен, може да експлодираат или да предизвикаат блиц. Пареата може да тече по површините до далечните извори на палење и да се врати назад. Статичкото празнење може исто така да ги запали пареите на ацетон, иако ацетонот има многу висока енергетска точка на иницијација на палење и затоа случајното палење е ретко. Дури и истурање или прскање на ацетон врз јаглен што свети црвено нема да го запали, поради високата концентрација на пареа и ефектот на ладење од испарувањето на течноста. Автоматски се пали на . Температурата на автоматско палење зависи од експерименталните услови, како што е времето на експозиција, и затоа може да се наведе до 535 °C. ] Температурата на пламенот на чистиот ацетон е 1980 °C.
6.3 Токсичност
Ацетонот е опширно проучуван и се верува дека покажува само мала токсичност при нормална употреба. Не постојат силни докази за хронични здравствени ефекти доколку се следат основните мерки на претпазливост. Општо е познато дека има ниска акутна и хронична токсичност доколку се проголта и/или се вдишува. Во моментов, ацетонот не се смета за канцерогена, мутагена хемикалија, ниту пак дека е загрижувачка за хроничните невротоксичности.
Ацетонот може да се најде како состојка во различни производи за широка потрошувачка, почнувајќи од козметика до преработена и непреработена храна. Ацетонот е оценет како општо призната безбедна (GRAS) супстанца кога е присутен во пијалаци, печени јадења, десерти и конзерви во концентрации кои се движат од 5 до 8 mg/L.
Сепак, ацетонот е раздразнувач, предизвикувајќи блага иритација на кожата и умерена до тешка иритација на очите. При високи концентрации на пареа, може да го потисне централниот нервен систем како и многу други растворувачи. Акутната токсичност за глувците со голтање (LD<sub>50</sub>) е 3 g/kg, а со вдишување (LC<sub>50</sub>) е 44 g/m<sup>3</sup> во тек на 4 часа.
6.4 EPA класификација
Во 1995 година, Агенцијата за заштита на животната средина на САД (ЕПА) го отстрани ацетонот од листата на испарливи органски соединенија. Компаниите кои бараа отстранување тврдеа дека тоа „ќе придонесе за постигнување на неколку важни еколошки цели и ќе ги поддржи напорите на EPA за спречување на загадувањето“ и дека ацетонот може да се користи како замена за неколку соединенија кои се наведени како опасни загадувачи на воздухот (HAP) според член 112 од Законот за чист воздух. При донесувањето на својата одлука, ЕПА спроведе опсежен преглед на достапните податоци за токсичноста на ацетон, кој продолжи во текот на 2000-тите. Откри дека проценливите „податоци се несоодветни за проценка на човечкиот канцероген потенцијал на ацетонoт“.
7 Ефектите врз животната средина
Иако ацетонот природно се појавува во животната средина кај растенијата, дрвјата, вулканските гасови, шумските пожари и како производ на разградувањето на телесните масти, поголемиот дел од ацетонот што се ослободува во животната средина е од индустриско потекло. Ацетонот брзо испарува, дури и од водата и почвата. Откако е во атмосферата, има полуживот од 22 дена и се разградува со УВ светлина преку фотолиза (првенствено во метан и етан.) ]) Конзумирањето од микроорганизми придонесува за дисипација на ацетон во почвата, животните или водните патишта.
LD<sub>50</sub> на ацетон за цицачи, како што се стаорци, зајаци и овци, варира од десетици до стотици mg на kg телесна тежина, во зависност од начинот на администрација (орален или интравенски) и други експериментални услови. IНеговиот полуживот во вода е од 2 до 20 дена, а во човечката крв е 18 часа. Ацетонот може да претставува значителен ризик за намалување на кислородот во водните системи поради потрошувачката од страна на микробите.
8 Вонземска појава
На 30 јули 2015 година, научниците известија дека при првото соборување на лендерот Philae на површината на кометата 67P, мерењата со инструментите COSAC и Птоломеј откриле шеснаесет органски соединенија, од кои четири за првпат биле видени на комета, вклучувајќи ацетамид, ацетон, метил изоцијанат и пропиoналдехид.
9 Цитирани извори
*