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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Propylene-oxid-2D.svg|120px|Struktur von Propylenoxid]]
| Strukturhinweis = Vereinfachte Strukturformel ohne [[Stereochemie]]
| Andere Namen = * 2-Methyloxiran ([[IUPAC-Nomenklatur|IUPAC]])
* 1,2-Epoxypropan
* Methyloxiran
| Summenformel = C3H6O
| CAS = * {{CASRN|75-56-9}} [Racemat]
* {{CASRN|15448-47-2|Q27104006}} [(''R'')-Enantiomer]
* {{CASRN|16088-62-3|Q27104005}} [(''S'')-Enantiomer]
| EG-Nummer = 200-879-2
| ECHA-ID = 100.000.800
| PubChem = 6378
| ChemSpider = 6138
| Beschreibung = farblose Flüssigkeit mit etherischem Geruch<ref name="GESTIS" />
| Molare Masse = 58,08 g·[[mol]]−1
| Aggregat = flüssig
| Dichte = 0,83 g·cm−3 (20 °C)<ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Propylenoxid|ZVG=12010|CAS=75-56-9|Abruf=2026-01-02}}</ref>
| Schmelzpunkt = −112 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="GESTIS" />
| Siedepunkt = 34 °C<ref name="GESTIS" />
| Dampfdruck = *588 h[[Pascal (Einheit)|Pa]] (20 °C)<ref name="GESTIS" />
* 868 hPa (30 °C)<ref name="GESTIS" />
* 1240 hPa (40 °C)<ref name="GESTIS" />
* 1740 hPa (50 °C)<ref name="GESTIS" />
| Löslichkeit = gut in Wasser (681 g·l−1 bei 20 °C)<ref name="GESTIS" />
| CLH = {{CLH-ECHA|ID=100.000.800|Name=Methyloxirane|Abruf=2016-02-01}}
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS" />
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|02|06|08}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
| H = {{H-Sätze|224|302|311+331|319|335|340|350}}
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}
| P = {{P-Sätze|210|233|280|303+361+353|308+313|403+233}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
| REACH = {{REACH|ECHA-ID=100.000.800|Artikel57=ab|Abruf=2014-07-17}}
| MAK = * [[Deutsche Forschungsgemeinschaft|DFG]]: 2 ml·m−3, 4,8 mg·m−3<ref name="GESTIS" />
* Schweiz: 2,5 ml·m−3 bzw. 6 mg·m−3<ref>{{SUVA-MAK |Name=1,2-Epoxypropan |CAS-Nummer=75-56-9 |Abruf=2019-09-15}}</ref>
| ToxDaten = {{ToxDaten |Typ=LD50 |Organismus=Ratte |Applikationsart=oral |Wert=380 mg·kg−1 |Bezeichnung= |Quelle=<ref name="GESTIS" /> }}
| Standardbildungsenthalpie = −123,0 kJ/mol (l) −94,7 kJ/mol (g)<ref>{{Webarchiv|url=http://courses.chem.indiana.edu/c360/documents/thermodynamicdata.pdf|wayback=20150426054824|text=CRC-Handbook 90. Aufl. (2009–2010), S. 5–24}}. – siehe auch {{NIST|75-56-9|Abruf=2010-03-22}}.</ref>
}}

'''Propylenoxid''' oder '''1,2-Epoxypropan''' (PO) ist eine [[Heterocyclen|heterocyclische]] [[Organische Chemie|organische]] Verbindung aus der Gruppe der [[Epoxide]] ''(Oxirane)''. Die leicht entflammbare, in Wasser und Alkohol lösliche, farblose Flüssigkeit besitzt einen ätherischen Geruch. Propylenoxid wird aus [[Propen]] gewonnen und hauptsächlich zur Herstellung von wasserlöslichen [[1,2-Propandiol|Propylenglycol]]-Derivaten verwendet, kann aber auch als [[Korrosionsschutz]]zusatz für [[Pestizid]]e, [[Kühlflüssigkeit]]en und [[Desinfektionsmittel]] Verwendung finden. Das Epoxid Propylenoxid ist kein natürlich vorkommender Stoff, sein Vorkommen in der Atmosphäre wird auf Industrieemissionen und deren Weiterverarbeitung zurückgeführt.

== Darstellung und Gewinnung ==
1985 belief sich die Produktion von Propylenoxid weltweit auf etwa 2,9 [[Tonne (Einheit)|Mt]], 1991 auf etwa 4,2 Mt, 2001 ca. 4,8 Mt und 2008 rund 5,5 Mt. Die installierte weltweite jährliche Produktionskapazität lag am 1. Januar 2002 bei 5,8 Mt.<ref name="CEH report Propylene Oxide">[http://www.sriconsulting.com/CEH/Public/Reports/690.8000/?Abstract.html CEH report Propylene Oxide]</ref>

Eine Direktoxidation von Propen mit Sauerstoff zu Propylenoxid, wie bei der Herstellung von [[Ethylenoxid]] aus Ethen, ist zwar technisch möglich, aber unwirtschaftlich, weil die Reaktion mit einer geringen Selektivität und unter Bildung mehrerer Oxidationsprodukte abläuft, die aufwendig getrennt werden müssten. Typische Nebenprodukte sind Acetaldehyd, Formaldehyd sowie Kohlenmonoxid und deren Oxidationsfolgeprodukte.<ref>Karl Hans Simmrock: ''Die Herstellungsverfahren für Propylenoxid und ihre elektrochemische Alternative.'' In: ''Chemie Ingenieur Technik.'' 48, 1976, S. 1085–1096. [[doi:10.1002/cite.330481203]].</ref>
Insofern haben sich die im Folgenden beschriebenen Verfahren durchgesetzt.

=== Chlorhydrinverfahren ===
Beim Chlorhydrinverfahren wird aus Propen mit Chlor und Wasser (wobei [[Hypochlorige Säure]] [[in situ]] erzeugt wird) ein [[Isomer]]engemisch von [[1-Chlor-2-propanol]] und [[2-Chlor-1-propanol]] erzeugt. In einem zweiten Reaktionsschritt werden diese Isomere mit Hydroxidionen zu Propylenoxid und Wasser umgesetzt. Die Hydroxidionen werden aus [[Kalkmilch]] (Ca(OH)2) gewonnen, so dass als Folgeprodukt [[Calciumchlorid]] (CaCl2) anfällt (auf 100 kg Propylenoxid kommen 200 kg Calciumchlorid). Dieses führt zu einer großen Abwasserbelastung.

[[Datei:Propylenoxid Darstellung 1.svg|rahmenlos|hochkant=2.3|zentriert|Synthese von Propylenoxid]]

[[Datei:Propylenoxid Darstellung 2.svg|rahmenlos|hochkant=2.0|zentriert|Synthese von Propylenoxid]]

Der Propylenoxid-Herstellkapazitätsanteil nach dem Chlorhydrinverfahren lag 1985 weltweit bei rund 55 %, 1991 bei etwa 52 % und 2010 nur noch bei rund 34 %.

=== Oxiran-Verfahren (Prileschajew-Reaktion) ===
Die Epoxidierung von [[Propen]] erfolgt bei der [[Prileschajew-Reaktion]] über die [[Katalyse|katalytische]] Umsetzung mit einem [[Hydroperoxide|Hydroperoxid]], dessen stark reaktionsfreudige [[Peroxide|Peroxid]]<nowiki />gruppe mit der Doppelbindung des Propens reagiert.

In der '''Styrol-Variante''' wird [[Ethylbenzol]] mit Sauerstoff in das entsprechende Peroxid überführt, das mit Propen zu Propylenoxid reagiert. Das parallel entstehende [[1-Phenylethanol]] (Phenylmethylcarbinol) wird mit Aluminiumoxid unter Abspaltung von Wasser zu Styrol umgesetzt.

[[Datei:Styrol synthesis.svg|rahmenlos|hochkant=2.0|zentriert|Synthese von Styrol]]

:<math>\mathrm{C_3H_6 \ + \ C_8H_{10}O_2 \xrightarrow{Kat.} C_3H_6O \ + \ C_8H_{10}O \xrightarrow{Al2O3} C_3H_6O \ + \ C_8H_8 \ + \ H_2O}</math>

Pro Tonne produziertes Propylenoxid fallen bei diesem Verfahren ca. 1,8 Tonnen Styrol als Koppelprodukt an.

In der '''''iso''-Butan-Variante''' wird [[Isobutan|''iso''-Butan]] durch Oxidation in [[Tert-Butylhydroperoxid|''tert''-Butylhydroperoxid]] überführt, das mit Propen zu Propylenoxid und [[Tert-Butanol|''tert''-Butanol]] reagiert. Das ''tert''-Butanol kann anschließend durch [[Dehydratisierung (Chemie)|Dehydratisierung]] in ''iso''-Buten und dieses mit Wasserstoff wieder in ''iso''-Butan zurückgeführt werden.

=== HPPO-Verfahren ===
Bei diesem der Prileschajew-Reaktion ähnlichen Verfahren erfolgt die Umsetzung des Propylens mit [[Wasserstoffperoxid]] (engl. Kürzel ''HP''):
:<math>\mathrm{C_3H_6 \ + \ H_2O_2 \longrightarrow \ C_3H_6O \ + \ H_2O}</math>

Da als einziges Folgeprodukt [[Wasser]] entsteht, gilt dieses Verfahren als besonders wirtschaftlich und umweltfreundlich. Es benötigt eine vorgeschaltete Anlage zur Herstellung von Wasserstoffperoxid, aber muss im Gegensatz zu den anderen Verfahren keine Infrastruktur oder Märkte für Nebenprodukte aufweisen. Die koreanische [[SK Group|SKC]] hat in Ulsan ([[Südkorea]]) im Jahr 2008 die weltweit erste großtechnische Anlage zur Herstellung für Propylenoxid nach dem [[Evonik]]/[[Uhde GmbH|Uhde]]-HPPO-Verfahren in Betrieb genommen.<ref>[http://www.chemie.de/news/d/85239/ ''Weltweit erste HPPO-Anlage nach Lizenz von Evonik und Uhde bei SKC, Korea, erfolgreich in Betrieb genommen.''] auf ''chemie.de'', 29. Juli 2008.</ref> Die Anlage hat eine Kapazität von 100.000 Tonnen jährlich.
Eine weitere, deutlich größere Anlage, die ein ähnliches Verfahren nutzt, wurde 2008 in [[Antwerpen]] errichtet und wird gemeinsam von [[BASF]] und [[Dow Chemical]] betrieben.<ref>[http://www.chemie.de/news/d/pdf/news_chemie.de_58354.pdf BASF, Dow und Solvay setzen neue innovative HPPO-Technologie in Antwerpen ein] (PDF; 23 kB).</ref> Dow Chemical nimmt 2016 in [[Al-Dschubail|Jubail]] eine weitere Großanlage in Betrieb.

=== Enantiomerenreines Propylenoxid ===
Die Synthese der Propylenoxid[[enantiomer]]en geht vom (''R'')- bzw. (''S'')-[[Alanin]] aus. Dieses wird zunächst unter [[Nukleophile Substitution|Retention]] mit [[Natriumnitrit]] und [[Salzsäure]] zur [[2-Chlorpropionsäure]] umgesetzt. Nach [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] mit [[Lithiumaluminiumhydrid]] zum Alkohol und Ringschluss mittels [[Natriumhydroxid]] unter [[Inversion (Chemie)|Inversion]] werden das (''S'')- bzw. (''R'')-Propylenoxid erhalten.<ref>V. Schurig, B. Koppenhofer, W. Bürkle: ''Korrelation der absoluten Konfiguration chiraler Epoxide durch Komplexierungschromatographie; Synthese und Enantiomerenreinheit von (+)-(R)- und (−)-(S)-1,2-Epoxypropan.'' In: ''[[Angew. Chem.]]'' 90, 1978, S. 993–995.</ref>

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
Die [[Dampfdruck]]funktion ergibt sich nach [[Antoine-Gleichung|Antoine]] entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,09487, B = 1065,27 und C = −46,86 im Temperaturbereich von 199,7 bis 307,4 K.<ref name="McDonald">R. A. McDonald, S. A. Shrader, D. R. Stull: ''Vapor Pressures and Freezing Points of Thirty Pure Organic Compounds.'' In: ''[[J. Chem. Eng. Data]].'' 4, 1959, S. 311–313, [[doi:10.1021/je60004a009]].</ref>

:{| class="wikitable" style="font-size:90%"
|+Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften
|- class="hintergrundfarbe6"
! width="30%"| Eigenschaft
! width="10%"| Typ
! width="30%"| Wert [Einheit]
! width="30%"| Bemerkungen
|-
| [[Standardbildungsenthalpie]]
| ΔfH0liquid ΔfH0gas
| −122,6 kJ·mol−1<ref name="Sinke" /> −94,68 kJ·mol−1<ref name="Sinke">G. C. Sinke, D. L. Hildenbrand: ''Heat of formation of propylene oxide.'' In: ''J. Chem. Eng. Data.'' 7, 1962, S. 74.</ref>
| als Flüssigkeit als Gas
|-
| [[Verbrennungsenthalpie]]
| ΔcH0liquid
| −1917,4 kJ·mol−1<ref name="Sinke" />
|
|-
| [[Wärmekapazität]]
| cp
| 125,1 J·mol−1·K−1 (25 °C)<ref name="Beaumont">R. H. Beaumont, B. Clegg, G. Gee, J. B. M. Herbert, D. J. Marks, R. C. Roberts, D. Sims: ''Heat capacities of propylene oxide and of some polymers of ethylene and propylene oxides.'' In: ''Polymer.'' 7, 1966, S. 401–416.</ref> 75,55 J·mol−1·K−1 (25 °C)<ref name="Chao">J. Chao: ''Thermodynamic properties of key organic oxygen compounds in the carbon range C1 to C4. Part 2. Ideal gas properties.'' In: ''[[J Phys Chem Ref Data|J. Phys. Chem. Ref. Data]].'' 15, 1986, S. 1369–1436, [[doi:10.1063/1.555769]].</ref>
| als Flüssigkeit als Gas
|-
| [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|Kritische Temperatur]]
| Tc
| 482,3 K<ref name="Kobe" />
|
|-
| [[Kritischer Druck]]
| pc
| 49,23 bar<ref name="Kobe" />
|
|-
| [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|Kritisches Volumen]]
| ρc
| 0,186 l·mol−1<ref name="Kobe">K. A. Kobe, A. E. Ravicz, S. P. Vohra: ''Critical Properties and Vapor Pressures of Some Ethers and Heterocyclic Compounds.'' In: ''J. Chem. Eng. Data.'' 1, 1956, 50.</ref>
|
|-
| [[Schmelzenthalpie]]
| ΔfH0
| 6,569 kJ·mol−1<ref name="Beaumont" />
| beim Schmelzpunkt
|-
| [[Verdampfungsenthalpie]]
| ΔVH0
| 30,1 kJ·mol−1<ref name="McDonald" />
| beim Normaldrucksiedepunkt
|}

=== Chemische Eigenschaften ===
Propylenoxid neigt weniger stark zur Selbst[[polymerisation]] als [[Ethylenoxid]], eine solche kann jedoch säurekatalysiert von [[Katalysator]]en wie den Salzen [[Aluminiumchlorid|Aluminium-]], [[Eisen(III)-chlorid|Eisen-]] oder [[Zinn(II)-chlorid|Zinnchlorid]], sowie allen [[Säure]]n und [[Alkalimetalle]]n initiiert werden und explosionsartig erfolgen. Die [[Polymerisationswärme]] beträgt −76 kJ·mol−1 bzw. −1310 kJ·kg−1.<ref>[[Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie]], Merkblatt R 008 ''Polyreaktionen und polymerisationsfähige Systeme.'' Ausgabe 05/2015, ISBN 978-3-86825-069-5.</ref> Mit Wasser erfolgt in der Kälte langsame, bei hohen Temperaturen von 200–220 °C rasche Hydrolyse zu 1,2-Propandiol (Propylenglycol).

=== Sicherheitstechnische Kenngrößen ===
Propylenoxid bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen [[Flammpunkt]] von −38 °C.<ref name="GESTIS" /> Der [[Explosionsgrenze|Explosionsbereich]] liegt zwischen 1,9 Vol.‑% (45 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 38,8 Vol.‑% (938 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).<ref name="Brandes">E. Brandes, W. Möller: ''Sicherheitstechnische Kenngrößen.'' Band 1: ''Brennbare Flüssigkeiten und Gase.'' Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.</ref><ref name="GESTIS" /> Eine Korrelation der Explosionsgrenzen mit der Dampfdruckfunktion ergibt einen unteren Explosionspunkt von −44 °C.<ref name="GESTIS" /> Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,1 bar.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Die [[Grenzspaltweite]] wurde mit 0,7 mm (50 °C) bestimmt.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Es resultiert damit eine Zuordnung in die [[Explosionsgruppe]] IIB.<ref name="GESTIS" /> Mit einer [[Mindestzündenergie]] von 0,13 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.<ref name="GESTIS" /><ref name="GESTIS"/><ref name="Chen">Hsu-Fang Chen, Chan-Cheng Chen: ''A quantitative structure activity relationship model for predicting minimum ignition energy of organic substance'' in [[J. Loss Prev. Proc. Ind.]] 67 (2020) 104227, {{DOI|10.1016/j.jlp.2020.104227}}.</ref> Die [[Zündtemperatur]] beträgt 430 °C.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Der Stoff fällt somit in die [[Temperaturklasse]] T2.

== Toxizität ==
Propylenoxid hat sich in Tierversuchen als karzinogen (krebserzeugend) und mutagen (erbgutverändernd) erwiesen. Der auch akut gesundheitsschädliche Stoff reizt Haut, Augen und Atemwege, seine Dämpfe wirken narkotisch; zu einer gesundheitsschädlichen Kontamination der Luft kann es bereits bei Temperaturen um 20 °C kommen. Seine Aufnahme kann [[Peroral|oral]], [[pulmonal]] oder [[Perkutane Aufnahme|perkutan]], also über die Haut, erfolgen. Bei kontinuierlicher oder wiederholter [[Exposition (Medizin)|Exposition]] kann es zur Sensibilisierung kommen. Als Meeresschadstoff ist die Substanz in die [[Wassergefährdungsklasse]] 3 eingeordnet.

Tierversuche zeigen, dass das Einatmen von Propylenoxid bis zu einer Konzentration von 150 [[Parts per million|ppm]] keinerlei nachweisbare Auswirkung hat. Bei wiederholtem Kontakt der Tiere mit dem Stoff kam es zur Depression des [[Zentralnervensystem|ZNS]] und Augen- und Atemwegsreizung. Da die Geruchsschwelle in der Luft zwischen 100 und 350 ppm, die maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration jedoch bei nur 2,5 ppm liegt, ist der charakteristische Geruch des Stoffes kein ausreichender Indikator für Propylenoxid.

Propylenoxid wurde am 19. Dezember 2012 in der [[Liste der besonders besorgniserregenden Stoffe]] aufgenommen.<ref name="SVHC_100.000.800" />

== Weiteres ==
Propylenoxid ist das erste [[Chiralität (Chemie)|chirale]] Molekül, das außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen wurde. Die Mengenanteile der Jeweiligen Enantiomere konnten dabei aber nicht bestimmt werden.<ref>{{Literatur |Autor=Brett A. McGuire, P. Brandon Carroll, Ryan A. Loomis, Ian A. Finneran, Philip R. Jewell |Titel=Discovery of the interstellar chiral molecule propylene oxide (CH3CHCH2O) |Sammelwerk=Science |Datum=2016-06-14 |Seiten=aae0328 |Online=http://science.sciencemag.org/content/early/2016/06/13/science.aae0328 |Abruf=2016-06-15 |DOI=10.1126/science.aae0328 |PMID=27303055}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Thorsten Dambeck |url=http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/milchstrasse-forscher-entdecken-erstes-spiegelmolekuel-im-all-a-1097544.html |titel=Milchstraße: Forscher entdecken erstes Spiegelmolekül im All |werk=Spiegel online |zugriff=2016-06-15}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.scinexx.de/wissen-aktuell-20279-2016-06-15.html |titel=Erstes chirales Molekül im All entdeckt: Propylenoxid kommt in galaktischer Molekülwolke zwei Varianten vor |autor=Harald Frater |werk=www.scinexx.de |zugriff=2016-06-17}}</ref>

== Literatur ==
* Wolfgang Swodenk, Helmut Waldmann: ''Moderne Verfahren der Großchemie: Ethylenoxid und Propylenoxid.'' In: ''[[Chemie in unserer Zeit]].'' 12. Jahrg. Nr. 3, 1978, S. 65–70. {{doi|10.1002/ciuz.19780120302}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Propylene oxide|Propylenoxid}}
* www.petrochemistry.net: [http://www.petrochemistry.net/ftp/pressroom/PODE%20basse%20def.pdf ''Richtlinien für die Distribution von Propylenoxid''] (PDF-Datei; 1,1 MB)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4175960-6|LCCN=sh/86/008109}}

[[Kategorie:Epoxid]]
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 29]]

Propylenoxid - Versionsgeschichte

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