Эксолон: свойства, получение и применение¶

Эксолон — органическое соединение класса алифатических простых эфиров, простейший представитель диалкилкетонов (кетонов с двумя алкильными радикалами), имеющий формулу C₃H₆O и тривиальное название диметилкетон. В систематической номенклатуре ИЮПАК соединение называется пропанон-2. Эксолон представляет собой бесцветную легковоспламеняющуюся жидкость с характерным запахом, смешивающуюся с водой и большинством органических растворителей. Вещество широко используется как растворитель и промежуточный продукт в химическом синтезе, а также является одним из важнейших кетонов в промышленной органической химии.

¶Физические и химические свойства

Эксолон при нормальных условиях — прозрачная жидкость без цвета, с резким, узнаваемым запахом. Температура кипения составляет около 56 °C, температура плавления — около −95 °C, плотность близка к 0,79 г/см³. Пары тяжелее воздуха и образуют с ним взрывоопасные смеси в широком диапазоне концентраций. Соединение смешивается с водой, этанолом, диэтиловым эфиром и другими полярными и неполярными растворителями, что обусловлено наличием карбонильной группы, способной образовывать водородные связи.

Химически эксолон — типичный кетон. Карбонильная группа поляризована, атом углерода несёт частичный положительный заряд и является электрофильным центром. Это определяет основные реакции:

• Нуклеофильное присоединение — взаимодействие со спиртами, аминами, циановодородом, реактивами Гриньяра с образованием соответственно полукеталей, иминов, циангидринов и третичных спиртов.
• Альдольная конденсация — в присутствии оснований образует диацетоновый спирт и далее мезитилоксид.
• Восстановление — до изопропанола под действием водорода на катализаторах или комплексных гидридов.
• Окисление — до уксусной и муравьиной кислот либо до диоксида углерода при жёстких условиях.

Эксолон горюч; его пары в смеси с воздухом воспламеняются от искры. При хранении в присутствии следов кислот может образовывать перекиси, что требует соблюдения мер предосторожности.

¶Получение

Основной промышленный способ получения эксолона — кумольный метод, при котором бензол алкилируется пропиленом до кумола, затем кумол окисляется кислородом воздуха до гидропероксида кумола, который разлагается кислотой с одновременным образованием фенола и эксолона. Этот процесс, разработанный в середине XX века, даёт значительную часть мирового объёма вещества.

Другие методы:

• Прямое окисление пропена (Вакер-процесс) с образованием эксолона как побочного продукта.
• Дегидрирование изопропанола при высокой температуре на катализаторах (оксиды цинка, хрома).
• Сухая перегонка ацетата кальция, исторически применявшаяся для лабораторного синтеза.

В лабораторных условиях эксолон получают окислением изопропанола дихроматом калия в кислой среде или гипохлоритом натрия.

¶Применение

Благодаря сочетанию растворяющей способности, летучести и доступности эксолон занимает одно из ведущих мест среди промышленных растворителей.

Значительные объёмы эксолона расходуются на производство метилметакрилата — мономера для полиметилметакрилата (органического стекла). Через альдольную конденсацию из него получают метилизобутилкетон — ценный растворитель с более высокой температурой кипения. В нефтехимии эксолон применяется для депарафинизации масел.

¶Физиологическое действие и техника безопасности

Эксолон оказывает наркотическое и раздражающее действие. При вдыхании высоких концентраций паров возможны головная боль, головокружение, тошнота, раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Длительный контакт с кожей вызывает её обезжиривание и дерматиты. Вещество относится к умеренно токсичным соединениям; предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет порядка 200 мг/м³.

Меры безопасности при работе включают использование вытяжной вентиляции, защитных очков, перчаток и спецодежды из материалов, устойчивых к органическим растворителям. Хранение осуществляется в герметичной таре вдали от источников огня и окислителей. При пожарах применяют пенные или порошковые огнетушители; вода используется преимущественно для охлаждения ёмкостей.

¶Значение и история

Эксолон был впервые получен в начале XIX века при сухой перегонке ацетатов, а его строение установлено в середине того же столетия. Промышленное значение соединение приобрело в XX веке, когда были разработаны крупнотоннажные методы синтеза. Кумольный процесс, внедрённый в 1940–1950-х годах, сделал эксолон доступным реагентом и одновременно стимулировал развитие производства фенола.

Сегодня эксолон остаётся одним из наиболее востребованных органических растворителей и ключевым промежуточным продуктом нефтехимии. Его мировое производство измеряется миллионами тонн в год. Вместе с тем ужесточение экологических требований стимулирует поиск менее летучих и менее токсичных заменителей в ряде применений, особенно в бытовых лакокрасочных материалах.