Ацето́н (диметилкето́н, систематическое наименование: пропано́н) — простейший представитель кетонов. Формула: CH₃-C(O)-CH₃. Бесцветная легкоподвижная летучая жидкость с характерным запахом. Полностью смешивается с водой и большинством органических растворителей. Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества (ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу, воск, резину и др.), а также ряд солей (хлорид кальция, иодид калия). Является одним из метаболитов, производимых человеческим организмом.

Получение

Мировое производство ацетона составляет более 6,9 миллионов тонн в год (по данным на 2012 г.^[1]) и устойчиво растёт.^[1]

В промышленности

В промышленности получается напрямую или косвенно из пропена.

Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу, заключающемуся в следующих трёх этапах:^[2]

1. Бензол алкилируется пропеном с получением кумола
   C₆H₆+ CH₃CH=CH₂ → C₆H₅CH(CH₃)₂
   
   Следующие два этапа известны как реакция Удриса-Сергеева
2. Полученный кумол окисляется кислородом воздуха до гидропероксида
   C₆H₅CH(CH₃)₂ + O₂ → C₆H₅C(OOH)(CH₃)₂
3. Гидропероксид разлагается в присутствии серной кислоты на фенол и ацетон
   C₆H₅C(OOH)(CH₃)₂ → C₆H₅OH + OC(CH₃)₂

Прямым окислением пропена в жидкой фазе в присутствии PdCl₂ в среде растворов солей Pd, Cu, Fe при температуре 50-120 °C и давлении 50-100 атм:

CH₃CH=CH₂ + PdCl₂ + H₂O → CH₃C(O)CH₃ + Pd + 2HCl

Pd+2HCl + 0.5O₂ → PdCl₂ + H₂O

Некоторое значение имеет метод брожения крахмала под действием бактерий Clostridium acetobutylicum с образованием ацетона и бутанола^[3]. Метод характеризуется малыми выходами. Используются также методы получения из изопропилового спирта и ацетилена.

Химические свойства

Ацетон является одним из наиболее реакционноспособных кетонов. Так, он один из немногих кетонов образует бисульфитное соединение

CH₃C(O)CH₃ + NaHSO₃ → (CH₃)₂C(OH)-SO₃Na

Вступает в альдольную самоконденсацию под действием щелочей, с образованием диацетонового спирта.

2CH₃C(O)CH₃ → (CH₃)₂C(OH)CH₂C(O)CH₃

Восстанавливается цинком до пинакон.

2CH₃C(O)CH₃ + Zn → (CH₃)₂C(OH)C(OH)(CH₃)₂

При пиролизе (700 °C) образует кетен.

CH₃C(O)CH₃ → CH₂=C=O + 2H₂

Легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина.

CH₃C(O)CH₃ + HCN → (CH₃)₂C(OH)CN

Атомы водорода в ацетоне легко замещаются на галогены. Под действием хлора (иода) в присутствии щёлочи образует хлороформ (йодоформ).

Ацетон, как и другие кетоны, в щелочной среде способен изомерироваться в пропаналь, последний — до пропенового спирта. В кислой среде и в присутствии ионов двухвалентной ртути, пропеновый спирт изомерируется сразу в ацетон. Между этими веществами всегда существует таутомерное равновесие:

CH₃C(O)CH₃ ↔ С₂Н₅СОН ↔ СН₂=С(ОН)-СН₃

Биохимия

В крови в норме содержится 1-2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи — 0,01-0,03 г. При нарушениях обмена веществ, например, при сахарном диабете, в моче и крови повышается содержание ацетона. Незначительная часть ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом. Некоторое количество ацетона выделяется из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу, а некоторое — с мочой.

Применение

Ацетон применяется как сырьё для синтеза многих важных химических продуктов, таких как уксусный ангидрид, кетен, диацетоновый спирт, окись мезитила, метилизобутилкетон, метилметакрилат, дифенилпропан, изофорон, бисфенол А и др.; пример:

(CH₃)₂CO + 2 C₆H₅OH → (CH₃)₂C(C₆H₄OH)₂ + H₂O.

Последний широко применяется при синтезе поликарбонатов, полиуретанов и эпоксидных смол.

Ацетон также является популярным растворителем, значительно превосходящим в плане безопасности бензин, скипидар и отчасти керосин. В частности как растворитель используется он:

• • в производстве лаков
  • в производстве взрывчатых веществ
  • в производстве лекарственных препаратов
  • в составе клея для киноплёнок как растворитель ацетата целлюлозы и целлулоида;^[4]
  • компонент для очистки поверхностей в различных производственных процессах;
  • как очиститель инструмента и поверхностей от монтажной пены — в аэрозольных баллонах.

Без ацетона невозможно хранить в компактном (сжиженном и в баллоне) состоянии ацетилен, который под давлением в чистом виде крайне взрывоопасен (может взорваться даже от сотрясения). Для этого используют ёмкости с пористым материалом, пропитанные ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена.

Лабораторное применение

В органической химии ацетон применяется в качестве полярного апротонного растворителя, в частности в реакции алкилирования

ArOH + RHal + K₂CO₃ → ArOR + KHal + KHCO₃,

для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

RR`CHOH + CH<sub>3</sub>C(O)CH<sub>3</sub> → RR`C=O + CH₃CH(OH)CH₃,

Также незаменим для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидким аммиаком (охлаждает до температуры −78 °C).

Очень полезен для мытья химической посуды, благодаря низкой цене, малой токсичности, высокой летучести и лёгкой растворимости в воде, а также для быстрой сушки посуды и неорганических веществ.

Для очистки в лабораторных условиях ацетон перегоняют в присутствии небольшого количества перманганата калия (до слабо-розовой окраски раствора).

Безопасность

Пожароопасность

Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легковоспламеняемость. Температура самовоспламенения +465 °C, температура вспышки −19 °C. Воздушные смеси, содержащие от 2,5 % до 12,8 % (по объёму) взрывоопасны. С этим необходимо считаться, так как ацетон быстро испаряется, и образующееся облако может распространиться до места воспламенения (нагрев или искра) вдали от места работы с ним.

Токсичность

Считается, что ацетон малотоксичен, также считается, что он не вызывает хронических болезней при использовании основных методов предосторожностей при работе с ним. Ацетон обладает возбуждающим и наркотическим действием (что особенно хорошо проявляется при хроническом воздействии на людей, часто работающих с ацетоном как с растворителем), поражает центральную нервную систему, способен накапливаться в организме^{[источник не указан 318 дней]}, в связи с чем токсическое действие зависит не только от его концентрации, но и от времени воздействия на организм. ЛД₅₀ для мышей при вдыхании в течение 4-х часов — 44 г/м³. Для человека ЛД₅₀ оценивается в 1,159 г/кг. ПДК 200 мг/м³.

Ацетон при высоких концентрациях (при более чем кратковременном воздействии) раздражает органы дыхания и вызывает жжение в глазах, при более длительном воздействии происходит кратковременный глазной отёк. Вероятно, способен вызывать головокружение, тошноту и дезориентацию при воздействии паров высоких концентраций.

Экология

Из-за высокой летучести, значительная часть ацетона испаряется в атмосферу, где период полураспада под действием ультрафиолета составляет 22 дня. ЛД₅₀ для рыб 8,3 г/л в течение 96 часов, а период полураспада в данной среде от 1 до 10 суток. Ацетон может вызывать значительное понижение уровня кислорода в воде из-за потребления его микроорганизмами.^{[источник не указан 318 дней]}

Однако ацетон в небольших концентрациях, быстро поглощается рядом бактерий, использующих его в качестве питательной среды.

Примечания