Cumol

Strukturformel
	Strukturformel von Cumol
Allgemeines
Name	Cumol
Andere Namen	(Propan-2-yl)benzen (IUPAC); Isopropylbenzol; 2-Phenylpropan; Cumenylwasserstoff; Cumen; Retinyl; (1-Methylethyl)benzol;
Summenformel	C9H12
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit mit scharfem, aromatischem Geruch<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	202-704-5
ECHA-InfoCard	100.002.458
PubChem	7406
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Eigenschaften
Molare Masse	120,19 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig<ref name="GESTIS" />
Dichte	0,86 g·cm−3 (20 °C)<ref name="GESTIS" />
Schmelzpunkt	−96 °C<ref name="GESTIS" />
Siedepunkt	152 °C<ref name="GESTIS" />
Dampfdruck	5,3 hPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />; 8 hPa (30 °C)<ref name="GESTIS" />; 30 hPa (50 °C)<ref name="GESTIS" />;
Löslichkeit	sehr schwer in Wasser (0,05 g·l−1 bei 20 °C)<ref name="GESTIS" />; löslich in Alkohol und Diethylether<ref name="Römpp">Eintrag zu Cumol. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>;
Brechungsindex	1,49146 (20 °C)<ref name="CRC">CRC Handbook of Tables for Organic Compound Identification, Third Edition, 1984, ISBN 0-8493-0303-6.</ref>
Sicherheitshinweise
H- und P-Sätze	H: 226‐304‐335‐350‐411
	P: 210‐233‐240‐273‐301+310+331<ref name="GESTIS" />
MAK	DFG: 10 ml·m−3 bzw. 50 mg·m−3<ref name="GESTIS" />; Schweiz: 20 ml·m−3 bzw. 100 mg·m−3<ref>Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 98-82-8 bzw. iso-Propylbenzol)Vorlage:Abrufdatum</ref>;
Toxikologische Daten	1400 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref name="GESTIS" />
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Cumol ist eine organisch-chemische Verbindung aus der Stoffgruppe der aromatischen Kohlenwasserstoffe. Aufgrund der eleganten Überführung in Phenol und Aceton nach dem Hock-Verfahren und dessen großtechnischer Verbreitung in den fünfziger Jahren wurde es zu einem bedeutenden Zwischenprodukt der chemischen Industrie.

Geschichte

Cumol wurde 1840 bei der Decarboxylierung von Cuminsäure entdeckt. Der erste Namensvorschlag der Entdecker war Cumen, sie verwendeten den ersten Wortbestandteil der Cuminsäure. Justus v. Liebig schlug dann den Namen Cumol vor, der fortan Eingang in die deutsche Literatur fand.<ref>Christian Wiegand: Entstehung und Deutung wichtiger organischer Trivialnamen. I. Kohlenwasserstoffe der Benzolreihe. In: Angewandte Chemie. 60 (4), 1948, S. 109–111; doi:10.1002/ange.19480600407.</ref>

Decarboxylierung von Cuminsäure zu Cumol

Gewinnung und Darstellung

Die technisch ausschließlich genutzte Methode zur Herstellung von Cumol beruht auf der Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzol mit Propen. Die Umsetzung erfolgt entweder in der Flüssig- oder Gasphase. Als Katalysatoren werden vorwiegend Lewis- oder Brønsted-Säuren sowie neuerdings auch saure Zeolithe eingesetzt.

Flüssigphase

Im Flüssigphasenprozess setzt man Benzol mit Propen bei 35–40 °C und niedrigem Propendruck von etwa 7 bar in Gegenwart von Aluminiumchlorid (AlCl₃) zu Cumol um.<ref name="ARPE">Hans-Jürgen Arpe: Industrielle Organische Chemie - Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte. 6. Auflage. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2007, ISBN 978-3-527-31540-6, S. 380 ff. </ref>

Umsetzung von Benzol mit Propen zu Cumol in Gegenwart eines Aluminiumchlorid-Katalysators

Außerdem ist ein Verfahren mit Fluorwasserstoff bei 50–70 °C und ebenfalls geringem Propendruck bekannt. Bei der säurekatalysierten Alkylierung wird selten und vereinzelt noch Schwefelsäure eingesetzt.<ref name="ARPE" />

Gasphase

Die Alkylierung von Benzol mit Propen in der Gasphase wird bei Temperaturen von 200–250 °C und Drücken von 20–40 bar an Phosphorsäure-Katalysatoren, welche auf Siliciumdioxid geträgert sind und Bortrifluorid als Promotor enthalten, durchgeführt. Die gesamte Reaktion läuft dabei im Festbettreaktor ab.<ref name="ARPE" />

Umsetzung von Benzol mit Propen zu Cumol in Gegenwart von Phosphorsäure, die auf Siliciumdioxid geträgert ist und Bortrifluorid als Promotor enthält

Die Selektivitäten erreichen hierbei 96–97 % bezogen auf Benzol und 91–92 % bezogen auf Propen. Als Nebenprodukte entstehen nur geringe Mengen an Di- und Triisopropylbenzol sowie Propylbenzol. Nach einer destillativen Aufarbeitung erhält man Cumol in einer Reinheit von mehr als 99,5 %.<ref name="ARPE" />

Die weltweiten Herstellkapazitäten für Cumol betrugen im Jahr 2004 mehr als 10,5 Millionen Jahrestonnen.<ref name="ARPE" /> Im Jahr 2019 steigerte sich die globale Kapazität auf 19 Millionen Tonnen.<ref name="Nicholson2023">Andy Nicholson: The Downstream Functional Aromatics Market. In: Jacques Mortier (Hrsg.): Industrial Arene Chemistry: Markets, Technologies, Sustainable Processes and Cases Studies of Aromatic Commodities. WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim 10. März 2023, doi:10.1002/9783527827992.ch2. </ref> Seit den 1990ern werden zunehmend Zeolite als Katalysatoren verwendet.<ref>Manfred Weber, Werner Pompetzki, Ralf Bonmann, Markus Weber: Acetone. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany 2014, ISBN 978-3-527-30673-2, S. 1–19, doi:10.1002/14356007.a01_079.pub4. </ref>

Eigenschaften

Cumol hat einen charakteristischen, aromatischen Geruch, die Geruchsschwelle liegt bei 0,04–6,4 mg·m⁻³. In vielen gängigen organischen Lösungsmitteln, z. B. Ether und Ethanol, ist Cumol löslich, in Wasser hingegen sehr schwer löslich.

Physikalische Eigenschaften

Cumol ist eine farblose Flüssigkeit, die unter Normaldruck bei 152 °C siedet.<ref name="GESTIS" /> Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,05419, B = 1455,811 und C = −65.948 im Temperaturbereich von 343,2 K bis 426,5 K.<ref name="Williamham">C. B. Williamham, W. J. Taylor, J. M. Pignocco, F. D. Rossini: Vapor Pressures and Boiling Points of Some Paraffin, Alkylcyclopentane, Alkylcyclohexane, and Alkylbenzene Hydrocarbons. In: J. Res. Natl. Bur. Stand. (U.S.), 35, 1945, S. 219–244, doi:10.6028/jres.035.009.</ref> Wichtige thermodynamische Größen werden in der folgenden Tabelle gegeben:

Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften
Eigenschaft	Typ	Wert [Einheit]	Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie	Δ_fH⁰_liquid Δ_fH⁰_gas	−41,2 kJ·mol⁻¹<ref name="Prosen">E. J. Prosen, R. Gilmont, F. D. Rossini: Heats of combustion of benzene, toluene, ethyl-benzene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, n-propylbenzene, and styrene. In: J. Res. Natl. Bur. Stand. (U.S.), 34, 1945, S. 65–70. (PDF)</ref> 3,92 kJ·mol⁻¹<ref name="Prosen" />	als Flüssigkeit als Gas
Verbrennungsenthalpie	Δ_cH⁰_liquid	−5215,44 kJ·mol⁻¹<ref name="Prosen" />	als Flüssigkeit
Wärmekapazität	c_p	215,4 J·mol⁻¹·K⁻¹ (25 °C)<ref name="Kishimoto">K. Kishimoto, H. Suga, S. Syuzo: Calorimetric study of the glassy state. VIII. Heat capacity and relaxational phenomena of isopropylbenzene. In: Bull. Chem. Soc. Japan. 46, 1973, S. 3020–3031, doi:10.1246/bcsj.46.3020.</ref> 1,79 J·g⁻¹·K⁻¹ (25 °C)	als Flüssigkeit
Kritische Temperatur	T_c	631 K<ref name="Tsonopoulos">C. Tsonopoulos, D. Ambrose: Vapor-Liquid Critical Properties of Elements and Compounds. 3. Aromatic Hydrocarbons. In: J. Chem. Eng. Data. 40, 1995, S. 547–558, doi:10.1021/je00019a002.</ref>
Kritischer Druck	p_c	32,1 bar<ref name="Tsonopoulos" />
Kritische Dichte	ρ_c	2,32 mol·l⁻¹<ref name="Hales">J. L. Hales, R. Townsend: Liquid Densities from 293 to 490 K of Nine Aromatic Hydrocarbons. In: J. Chem. Thermodyn. 4, 1972, S. 763–772, doi:10.1016/0021-9614(72)90050-X.</ref>
Verdampfungsenthalpie	Δ_VH	41,2 kJ·mol⁻¹<ref name="Cepeda">Emilio Cepeda, Cristina Gonzalez, Jose M. Resa: Isobaric vapor-liquid equilibrium for the cumene-phenol system. In: J. Chem. Eng. Data. 34, 1989, S. 270–273, doi:10.1021/je00057a004.</ref>	bei 364 K
Schmelzenthalpie	Δ_fusH	7,326 kJ·mol⁻¹<ref name="Kishimoto" />	am Schmelzpunkt

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Cumol bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von 31 °C.<ref name="GESTIS" /> Der Explosionsbereich liegt zwischen 0,8 Vol.‑% (40 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 6 Vol.‑% (300 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes">E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.</ref> Der untere Explosionspunkt liegt bei 29 °C.<ref name="GESTIS" /> Die Grenzspaltweite wurde mit 1,05 mm bestimmt.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA.<ref name="Brandes" /> Die Zündtemperatur beträgt 420 °C.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2.

Verwendung

Cumol dient als Zwischenprodukt zur Herstellung von Phenol und Aceton nach dem Cumolhydroperoxid-Verfahren (Hock-Verfahren).<ref name="Hauptmann">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, ISBN 3-342-00280-8, S. 334.</ref>

Gesamtreaktion des Cumolhydroperoxid-Verfahrens

In seltenen Fällen wird es auch als Lösungsmittel eingesetzt. Cumol wird auch als Klopfschutzmittel im Flugtreibstoff verwendet. Gegenüber dem auch verwendbaren Benzol besitzt es einen wesentlich niedrigeren Stockpunkt von ca. −96 °C.

Sicherheitshinweise

Cumol ist entzündlich und reizt die Atmungsorgane. Es kann zudem die Haut (Brennen/Jucken) und die Augen reizen, die Leber schädigen und zu Schwindel und Benommenheit führen. Die Internationale Agentur für Krebsforschung stufte Cumol im Jahr 2013 als möglicherweise krebserzeugend ein.<ref>Some chemicals present in industrial and consumer products, food and drinking-water (= IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. Nr. 101). IARC, Lyon 2013, ISBN 978-92-832-1324-6, S. 325–348 (iarc.fr). </ref>

Cumol wurde auf der Grundlage neuer Karzinogenitätsdaten aus den USA neu bewertet. Cumol zeigte eine krebserregende Aktivität bei Ratten und Mäusen aufgrund erhöhter Inzidenzen von Nasen- und Nierentumoren bei Ratten und Lungen- und Lebertumoren bei Mäusen. Die PDE für Cumol wurde von 55 mg/Tag (Klasse 3) auf 0,7 mg/Tag (Klasse 2) gesenkt.<ref>ICH guideline Q3C (R8) on impurities: guideline for residual solvents</ref>

Weblinks

Commons: Cumol – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check. In: P. J. Linstrom, W. G. Mallard (Hrsg.): NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD

Einzelnachweise

Vorlage:Hinweisbaustein