Butanon

Strukturformel
	Struktur von Butanon
Allgemeines
Name	Butanon
Andere Namen	Butan-2-on (IUPAC); MEK; Methylethylketon; Ethylmethylketon; 2-Butanon; Methylpropanon; Methylaceton; Vorlage:INCI;
Summenformel	C4H8O
Kurzbeschreibung	leichtentzündliche, farblose, acetonähnlich riechende Flüssigkeit<ref name="GESTIS" /><ref name="Roempp">Eintrag zu Butan-2-on. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	201-159-0
ECHA-InfoCard	100.001.054
PubChem	6569
ChemSpider	6321
DrugBank	Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)
Wikidata	[[:d:Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)\|Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)]]
Eigenschaften
Molare Masse	72,11 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,805 g·cm−3<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref><ref name="Roempp" />
Schmelzpunkt	−86 °C<ref name="GESTIS" /><ref name="Roempp" />
Siedepunkt	79,6 °C<ref name="Roempp" />
Dampfdruck	105 hPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />; 370 hPa (50 °C)<ref name="GESTIS" />; 635 hPa (65 °C)<ref name="GESTIS" />;
Löslichkeit	leicht löslich in Wasser (292 g·l−1 bei 20 °C)<ref name="GESTIS" />
Brechungsindex	1,3788 (20 °C)<ref name="CRC90_3_74">David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-74.</ref>
Sicherheitshinweise
Gefahrensymbol	Gefahrensymbol
H- und P-Sätze	H: 225‐319‐336
	EUH: 066
	P: 210‐233‐240‐241‐242‐305+351+338<ref name="GESTIS" />
MAK	DFG: 200 ml·m−3 bzw. 600 mg·m−3<ref name="GESTIS" />; Schweiz: 200 ml·m−3 bzw. 590 mg·m−3<ref>Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 78-93-3 bzw. 2-Butanon)Vorlage:Abrufdatum</ref>;
Toxikologische Daten	2737 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref>Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref><ref name="Roempp" />; 6480 mg·kg−1 (LD50, Kaninchen, transdermal)<ref name="GESTIS" />;
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Butanon (häufig auch Methylethylketon, abgekürzt MEK) ist neben Aceton eines der wichtigsten industriell genutzten Ketone. Es ist eine farblose, niedrig viskose Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch und wird vor allem als Lösungsmittel eingesetzt.

Vorkommen

Datei:Wirsingkohl.jpg

Wirsing enthält 2-Butanon

2-Butanon kommt natürlich in Bananen,<ref name="ZFNB" /> Wirsing,<ref name="Dr. Duke" /> Spanischem Pfeffer,<ref name="Dr. Duke" /> Tomaten,<ref name="Dr. Duke" /> Myrte,<ref name="Dr. Duke" /> Trauben-Katzenminze<ref name="Dr. Duke" /> und Schwarzen Johannisbeeren<ref name="Dr. Duke" /> vor.

Gewinnung und Darstellung

Butanon wird technisch durch Dehydrierung von 2-Butanol in der Gasphase bei Temperaturen von 400–500 °C unter Normaldruck in Gegenwart von Zink- oder Kupferoxid-Katalysatoren hergestellt.<ref name="Technische Chemie">Manfred Baerns, Arno Behr, Axel Brehm, Jürgen Gmehling, Kai-Olaf Hinrichsen, Hanns Hofmann, Regina Palkovits, Ulfert Onken, Albert Renken: Technische Chemie. 2. Auflage. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany 2013, ISBN 978-3-527-33072-0, S. 599. </ref>

Dehydrierung von 2-Butanol zu Methylethylketon (2-Butanon) in Gegenwart eines Zink- und Kupferoxidkatalysators

Man arbeitet in der Gasphase und verwendet Rohrbündelreaktoren für die Dehydrierung.<ref name="WINNACKER">Roland Dittmeyer, Wilhelm Keim, Gerhard Kreysa, Alfred Oberholz (Hrsg.): Winnacker • Küchler: Chemische Technik – Prozesse und Produkte – Organische Zwischenverbindungen, Polymere. 5. Auflage. Band 5. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2005, ISBN 978-3-527-30770-8. </ref>

Daneben existiert auch noch ein Verfahren in der Flüssigphase, bei dem man die Dehydrierung bereits bei Temperaturen um 150 °C an Raney-Nickel-Katalysatoren durchführt.<ref name="Technische Chemie" />

Eine biotechnologische Herstellung aus Butan-2,3-diol basiert auf nachwachsenden Rohstoffen.<ref name="Roempp" />

Im Jahr 2011 wurden weltweit etwa 1,05 Millionen Tonnen verwendet.<ref name="Technische Chemie" />

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Butanon ist eine farblose, niedrigviskose Flüssigkeit mit typisch ketonartigem Geruch, der dem von Aceton sehr ähnlich ist.<ref name="ullmann" /> Die Verbindung siedet unter Normaldruck bei 79,6 °C.<ref name="ullmann" /> Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 3,9894, B = 1150,207 und C = −63,904.<ref>J. K. Nickerson, K. A. Kobe, John J. McKetta: The Thermodynamic Properties of the Methyl Keton Series. In: J. Phys. Chem. 65, 1961, S. 1037–1043; doi:10.1021/j100824a038.</ref><ref>Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check (Phase change data). In: P. J. Linstrom, W. G. Mallard (Hrsg.): NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MDVorlage:Abrufdatum</ref> Die Verbindung bildet mit einer Reihe von Lösungsmitteln azeotrop siedende Gemische. Die azeotropen Zusammensetzungen und Siedepunkte finden sich in der folgenden Tabelle. Keine Azeotrope werden mit Toluol, m-Xylol, Ethylbenzol, 1-Propanol, 1-Butanol, 2-Methyl-1-propanol, 2-Butanol, Allylalkohol, Aceton, 1,4-Dioxan, Essigsäuremethylester, Essigsäureisopropylester, Essigsäurebutylester, Ameisensäure und Essigsäure gebildet.<ref name="Smallwood" /><ref name="ullmann" />

Azeotrope mit verschiedenen Lösungsmitteln<ref name="Smallwood">I. M. Smallwood: Handbook of organic solvent properties. Arnold, London 1996, ISBN 0-340-64578-4, S. 175–177.</ref><ref name="ullmann" />
Lösungsmittel		Wasser	n-Hexan	n-Heptan	Cyclohexan	Benzol	Chloroform	Tetrachlorkohlenstoff
Gehalt Butanon	in % (m/m)	88,7	29,5	71,3	44,1	44,3	83	29
Siedepunkt	in °C	73,4	64,3	77,0	71,8	78,4	80	74

Lösungsmittel		Methanol	Ethanol	2-Propanol	tert-Butanol	Ethylacetat	Methylpropionat	Diisopropylether	Di-n-propylether
Gehalt Butanon	in % (m/m)	32,8	60,9	70,4	69,0	18,0	60,0	16,2	74,6
Siedepunkt	in °C	63,9	74,0	77,5	78,7	77,0	79,0	66,8	78,3

Die Mischbarkeit mit Wasser ist begrenzt. Mit steigender Temperatur sinkt die Löslichkeit von Butanon in Wasser bzw. steigt die Löslichkeit von Wasser in Butanon.<ref name="Stephenson" />

Löslichkeiten zwischen Butanon und Wasser<ref name="Stephenson">R. M. Stephenson: Mutual Solubilities: Water-Ketones, Water-Ethers, and Water-Gasoline-Alcohols. In: J. Chem. Eng. Data. 37, 1992, S. 80–95; doi:10.1021/je00005a024.</ref>
Temperatur	°C	0	9,6	19,3	29,7	39,6	49,7	60,6	70,2
Butanon in Wasser	in % (m/m)	35,7	31,0	27,6	24,5	22,0	20,6	18,0	18,2
Wasser in Butanon	in % (m/m)	10,9	11,1	11,2	11,3	11,7	11,9	13,4	13,7

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	−273,3 kJ·mol⁻¹<ref name="Sinke">G. C. Sinke, F. L. Oetting: The Chemical Thermodynamic Properties of Methyl Ethyl Ketone. In: J. Phys. Chem. 68, 1964, S. 1354–1358; doi:10.1021/j100788a014.</ref> −238,1 kJ·mol⁻¹<ref name="Sinke" />	als Flüssigkeit als Gas
Verbrennungsenthalpie	Δ_cH⁰_liquid	−2444,2 kJ·mol⁻¹<ref name="Sinke" />	als Flüssigkeit
Wärmekapazität	c_p	158,91 J·mol⁻¹·K⁻¹ (25 °C)<ref name="Sinke" /> 2,204 J·g⁻¹·K⁻¹ (25 °C)	als Flüssigkeit
Kritische Temperatur	T_c	535,7 K<ref name="Key">W. B. Kay, C. L. Young: Gas-liquid critical properties. Diethylamine, 2-butanone (methylethyl ketone) system. In: Int. DATA Ser., Sel. Data Mixtures. Ser. A, 1976, No. 1, S. 76.</ref>
Kritischer Druck	p_c	41,5 bar<ref name="Key" />
Kritische Dichte	ρ_c	3,74 mol·l⁻¹<ref name="Key" />
Schmelzenthalpie	Δ_fH	8,439 kJ·mol⁻¹<ref name="Sinke" />	beim Schmelzpunkt
Verdampfungsenthalpie	Δ_VH	31,3 kJ·mol⁻¹<ref name="Majer Svoboda">V. Majer, V. Svoboda: Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1985, S. 300.</ref>	beim Normaldrucksiedepunkt

Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung Δ_VH⁰=A·e^(−βT_r)(1−T_r)^β (Δ_VH⁰ in kJ/mol, T_r =(T/T_c) reduzierte Temperatur) mit A = 51,87 kJ/mol, β = 0,2925 und T_c = 536,8 K im Temperaturbereich zwischen 298 K und 371 K beschreiben.<ref name="Majer Svoboda" />

Chemische Eigenschaften

Butanon ist bei Raumtemperatur und in Abwesenheit von Luftsauerstoff stabil. In Gegenwart von Luftsauerstoff können bei längerer Lagerung Peroxide gebildet werden.<ref name="ullmann" /> Die gezielte Oxidation mit Luftsauerstoff mittels Katalysatoren führt zum Diacetyl.<ref name="ullmann" /> Die Reaktion mit Amylnitrit führt zur Oxidation in α-Position zum Monooxim des Diacetyls.<ref name="ullmann" />

Datei:2-Butanone reaction02.svg

Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Anker“ ist nicht vorhanden. Die Umsetzung mit Wasserstoffperoxid ergibt das Methylethylketonperoxid, das als Polymerisationsinitiator verwendet werden kann.<ref name="ullmann" /> Die Reaktion mit Salpetersäure oder anderen starken Oxidationsmitteln führt zu einem Gemisch aus Ameisensäure und Propionsäure.<ref name="ullmann" /> Die Selbstkondensation führt im basischen bzw. sauren Medium zu unterschiedlichen Reaktionsprodukten.<ref name="ullmann" /> Unter basischer Katalyse reagiert die Carbonylfunktion mit der Methylgruppe, während unter sauren Bedingungen die Methylengruppe α-Position die Carbonylfunktion angreift.<ref name="ullmann" />

Datei:2-Butanone reaction01.svg

Die Kondensation mit Formaldehyd ergibt das Methylisopropylketon.<ref name="ullmann" /> Butanon bildet mit Cyanwasserstoff sowie mit Natriumhydrogensulfit bzw. Kaliumhydrogensulfit Additionsprodukte.<ref name="ullmann" /> Durch die Umsetzung mit Hydroxylamin erhält man das 2-Butanonoxim.<ref name="ullmann" /> Die Halogenierung erfolgt in α-Position zur Ketogruppe.<ref name="ullmann" /> Mit Grignard-Verbindungen werden tertiäre Alkohole gebildet.<ref name="ullmann" />

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Butanon bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei −7,5 °C.<ref name="GESTIS" /> Der Explosionsbereich liegt zwischen 1,5 Vol.-% (45 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 12,6 Vol.-% (378 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> Mit einer Mindestzündenergie von 0,27 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.<ref name="GESTIS" /><ref name="BG RCI T033">BG RCI-Merkblatt T 033 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen. Jedermann-Verlag, 2009, ISBN 978-3-86825-103-6.</ref> Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,3 bar.<ref name="GESTIS" /> Mit steigender Temperatur und reduziertem Ausgangsdruck sinkt der maximale Explosionsdruck.<ref name="PTB" /> Die Sauerstoffgrenzkonzentration liegt bei 20 °C bei 9,5 Vol.-%.<ref name="Brandes" /> Tendenziell steigt der Wert mit sinkenden Druck bzw. verringert sich mit steigender Temperatur.<ref name="PTB" /> Die Grenzspaltweite wurde mit 0,85 mm bestimmt.<ref name="Brandes" /> Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIB.<ref name="Brandes" /><ref name="GESTIS" /> Die Zündtemperatur beträgt 475 °C.<ref name="Brandes" /><ref name="GESTIS" /> Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T1. Die elektrische Leitfähigkeit ist mit 3,6·10⁻⁷ S·m⁻¹ hoch nach Maßgabe des Explosionsschutzes.<ref name="Smallwood" /><ref>BAuA Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: TRGS 727: Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen. BAuA Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, 29. Juli 2016, abgerufen am 6. Juli 2018. </ref>

Maximaler Explosionsdruck und Sauerstoffgrenzkonzentration unter reduziertem Druck <ref name="PTB">D. Pawel, E. Brandes: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes. (Memento vom 2. Dezember 2013 im Internet Archive), Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig 1998.</ref>
Druck	in mbar		1013	600	400	300	200	150	100
Maximaler Explosionsdruck	in bar	bei 20 °C	9,5	5,7		2,7	1,8	1,4	0,9
Maximaler Explosionsdruck	in bar	bei 100 °C	7,5	4,6	3,1		1,5		0,7
Sauerstoffgrenzkonzentration	in Vol%	bei 20 °C	9,5	9,5	9,9
Sauerstoffgrenzkonzentration	in Vol%	bei 100 °C	8,5	8,5	8,7		9,1		12,5

Verwendung

Butanon ist wie Aceton ein gutes Lösungsmittel, in dem eine Vielzahl von Kunststoffen, Harzen und Lacken gelöst werden kann.<ref name="Roempp" /> Daneben wird es auch zur Entparaffinierung von Schmierölen, Entfettung von Metalloberflächen, Extraktion von Fetten und Ölen aus natürlichen Harzen, als künstlicher Aromastoff und zur Sterilisation medizinischer Instrumente verwendet. Durch die Reaktion von Butanon mit Wasserstoffperoxid entsteht Methylethylketonperoxid, ein wichtiger Radikalstarter für die Polymerisation von Polyesterharzen.<ref name="Roempp" /> Seit 1962 wird es in Deutschland wegen des ähnlichen Siedepunktes als Vergällungsmittel für Ethanol verwendet.<ref name="ullmann">Detlef Hoell, Thomas Mensing, Rafael Roggenbuck, Michael Sakuth, Egbert Sperlich, Thomas Urban, Wilhelm Neier, Guenther Strehlke: 2-Butanone. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2012; doi:10.1002/14356007.a04_475.pub2.</ref>

Sicherheitshinweise/Toxikologie

Butanon wurde 2017 von der EU gemäß der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH) im Rahmen der Stoffbewertung in den fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft (CoRAP) aufgenommen. Hierbei werden die Auswirkungen des Stoffs auf die menschliche Gesundheit bzw. die Umwelt neu bewertet und ggf. Folgemaßnahmen eingeleitet. Ursächlich für die Aufnahme von Butanon waren die Besorgnisse bezüglich Verbraucherverwendung, Umweltexposition, Exposition von Arbeitnehmern, hoher (aggregierter) Tonnage, hohes Risikoverhältnis (Risk Characterisation Ratio, RCR) und weit verbreiteter Verwendung sowie der möglichen Gefahr durch reproduktionstoxische Eigenschaften sowie als potentieller endokriner Disruptor. Die Neubewertung läuft seit 2018 und wird von Schweden durchgeführt. Um zu einer abschließenden Bewertung gelangen zu können, wurden weitere Informationen nachgefordert.<ref>Community Rolling Action Plan (CoRAP) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA): Vorlage:Linktext-Check Vorlage:AbrufdatumVorlage:CoRAP-Status/2018 </ref>

Weblinks

Commons: Butanon – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Butanon – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

International Chemical Safety Card (ICSC) für Vorlage:Linktext-Check bei der International Labour Organization (ILO)Vorlage:Abrufdatum

Einzelnachweise

<references> <ref name="Dr. Duke">Vorlage:DrDukesDB</ref> <ref name="ZFNB">R. Tressl, F. Drawert, W. Heimann, R. Emberger: Notizen: Gaschromatographische Bestandsaufnahme von Bananen-Aromastoffen. In: Zeitschrift für Naturforschung B. 24, 1969, S. 781–783 (online).</ref> </references>

Vorlage:Hinweisbaustein