Acrylnitril
Acrylnitril (IUPAC-Nomenklatur: Prop-2-ennitril) ist eine chemische Verbindung. Sie ist das Nitril der Acrylsäure und somit das einfachste ungesättigte Nitril.
Darstellung und Gewinnung
Acrylnitril wird im, schon 1960 kommerziell eingeführten Sohio-Verfahren hergestellt, einer katalytisch gesteuerten Umsetzung von Propen mit Ammoniak und reinem Sauerstoff. Die Reaktion wird auch als Ammonoxidation von Propen bezeichnet. Dabei entsteht unter Abspaltung von Wasser Acrylnitril mit Acetonitril und Blausäure als Nebenprodukten. Der Katalysator ist ein Gemisch aus Eisen, Bismut und Molybdän.<ref>Vorlage:Webarchiv bei der Firma Sohio.</ref><ref name="Ullmann" />
<math>\mathrm{C_3H_6 + NH_3 + 1,5\,O_2 \rightarrow C_3H_3N + 3\,H_2O}</math>
Der ältere Cyanohydrin-Prozess geht von Ethylenoxid und Blausäure aus und verläuft über das Cyanhydrin als Zwischenprodukt. Er wurde in Deutschland von der ehemaligen I.G. Farben und in den USA von American Cyanamid und Union Carbide genutzt.<ref name="Ullmann" />
<math>\mathrm{C_2H_4O + HCN \rightarrow HOC_2H_4CN \rightarrow C_3H_3N + H_2O}</math>
Weitere Herstellungsvarianten sind:<ref name="Ullmann" />
- die Umsetzung von Acetaldehyd mit Blausäure<ref name="Sennewald">Sennewald, K.: 5th World Petroleum Congress Proceedings, Section IV, Paper 19, New York 1959, pp. 217–227.</ref>
<math>\mathrm{C_3CHO + HCN \rightarrow CH_3CH(OH)CN \rightarrow C_3H_3N + H_2O}</math>
- die Dehydrierung von Propionitril<ref name="Patent1">Patent E. I. du Pont de Nemours, US 2554482, 1951 (N. Brown).</ref><ref name="Patent2">Patent Rohm and Haas, US 2385552, 1945, (L.R.U. Spence, F.O. Haas).</ref>
<math>\mathrm{CH_3CH_2CN \rightarrow C_3H_3N + H_2}</math>
- die Umsetzung von Propen mit Stickstoffmonoxid<ref name="Patent3">Patent E. I. du Pont de Nemours, US 2736739, 1956 (D.C. England, G.V. Mock).</ref><ref name="Patent4">Patent E. I. du Pont de Nemours, US 3184415, 1965 (E.B. Huntley, J.M. Kruse, J.W. Way).</ref>
<math>\mathrm{C_3H_6 + 1,5\,NO \rightarrow C_3H_3N + 1,5\,H_2O + 0,25\,N_2}</math>
- und die Dehydratisierung von Acrylamid<ref name="Moureau">Moureau, C.: in Ann. Chim. Phys. 2 (1894) 187.</ref>
<math>\mathrm{CH_2CHC(O)NH_2 \rightarrow C_3H_3N + H_2O}</math>
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Acrylnitril ist eine farblose Flüssigkeit, die bei Normaldruck bei 77 °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 = 2,69607, B = 621,275 und C = −121,929 im Temperaturbereich von 293 bis 343 K.<ref name="Gubkov">Gubkov, A.N.; Fermor, N.A.; Smirnov, N.I.: Vapor Pressure of Mono-Poly Systems in Zh. Prikl. Khim. (Leningrad) 37 (1964) 2204–2210.</ref> In fester Phase existieren zwei, enantiotrope polymorphe Kristallformen. Die Umwandlungstemperatur von der Tieftemperaturform zur Hochtemperaturform liegt bei −110,65 °C. Die Phasenumwandlungsenthalpie beträgt dabei 1,1883 kJ·mol−1. Die Hochtemperaturform schmilzt dann bei −83,5 °C mit einer Schmelzenthalpie von 6,23 kJ·mol−1.<ref name="Finke">Finke, H.L.; Messerly, J.F.; Todd, S.S.: Thermodynamic properties of acrylonitrile, 1-aminopropane, 2-aminopropane, and 2-methyl-2-aminopropane in J. Chem. Thermodynam. 4 (1972) 359–374, Vorlage:DOI.</ref> Die kritischen Größen betragen 267 °C für die kritische Temperatur und 46,6 bar für den kritischen Druck.<ref name="Wilson">Wilson, L.C.; Wilson, H.L.; Wilding, W.V.; Wilson, G.M.: Critical Point Measurements for Fourteen Compounds by a Static Method and a Flow Method in J. Chem. Eng. Data 41 (1996) 1252–1254.</ref> Für die Wärmekapazität wurde bei 25 °C ein Wert von 108,78 J·mol−1·K−1 bzw. 2,05 J·g−1·K−1 bestimmt.<ref name="Finke" /> Bei 20 °C liegt die Löslichkeit in Wasser bei 7,30 Ma%. Umgekehrt lösen sich beim 20 °C 3,08 Ma% Wasser in Acrylnitril.<ref name="Ullmann" />
Chemische Eigenschaften
Wie alle Acrylsäurederivate ist Acrylnitril zur Polymerisation fähig. Die Polymerisationswärme beträgt −77 kJ·mol−1 bzw. −1423 kJ·kg−1.<ref name="BG RCI R008">BG RCI-Merkblatt R 008/DGUV Information 213-097 Polyreaktionen und polymerisationsfähige Systeme, Jedermann-Verlag 2015, ISBN 978-3-86825-069-5, pdf.</ref> Die reine Verbindung neigt zur spontanen Polymerisation, die wegen der starken Wärmeentwicklung explosionsartig erfolgen kann. Eine Stabilisierung mit Hydrochinonen oder Phenolen ist dringend notwendig.<ref name=roempp /><ref Name="Roth_Weller CD-ROM" /> Eine partielle Hydrolyse in verdünnter Schwefelsäure ergibt Acrylamid, die vollständige Hydrolyse Acrylsäure.<ref name="Ullmann" /> Die Hydrolyse kann bei ungenügender Kühlung ebenfalls sehr herfig erfolgen.<ref Name="Roth_Weller CD-ROM">L. Roth, U. Weller-Schäferbarthold: Gefährliche Chemische Reaktionen - Potentiell gefährliche chemische Reaktionen zu über 1750 Stoffen, Eintrag für Acrylnitril, CD-ROM Ausgabe 12/2025, ecomed Sicherheit Landsberg/Lech, ISBN 978-3-609-48040-4.</ref> In Cyanethylierungsreaktionen können Verbindungen mit aktiven Wasserstoff-Atomen wie Alkohole, Amine, Amide, Aldehyde und Ketone an die Doppelbindung addiert werden.<ref name=roempp /><ref name="eEROS">e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 1999–2023, John Wiley and Sons, Inc., Eintrag für Acrylonitrile, abgerufen am 30. Juni 2022.</ref>
Sicherheitstechnische Kenngrößen
Acrylnitril bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von −5 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 2,8 Vol.‑% (61 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 28 Vol.‑% (620 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG). Die Grenzspaltweite wurde mit 0,87 mm bestimmt. Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIB. Mit einer Mindestzündenergie von 0,16 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig. Die Zündtemperatur beträgt 480 °C. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T1.<ref name="GESTIS"/>
Verwendung
Acrylnitril dient als Ausgangsstoff für die Herstellung von Acrylsäure, Acrylestern und Acrylamid. Außerdem ist es eine Komponente für Klebstoffe, Antioxidantien, Emulgatoren und Lösungsmittel. Die wichtigste Verwendung von Acrylnitril ist die Polymerisation zu Polyacrylnitril und anderen Copolymeren (Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA)). Die Cyanethylierungsreaktionen sind in der organischen Synthese, im Pharma- und Farbstoffbereich von Bedeutung.<ref name=roempp />
Emissionsmessung
Die Emissionsmessung von mit Acrylnitril beladenem Abgas erfolgt in der Regel gaschromatographisch. Die Probenahme kann mittels Gassammelgefäß<ref>VDI 3863 Blatt 1:1987-04 Messen gasförmiger Emissionen; Messen von Acrylnitril; Gas-chromatographisches Verfahren; Probenahme mit Gassammelgefäßen (Measurement of gaseous emission; determination of acrylonitrile; gaschromatographic method; grab sampling). Beuth Verlag, Berlin, S. 2.</ref> oder Absorption in tiefkalten Lösemitteln<ref>VDI 3863 Blatt 2:1991-02 Messen gasförmiger Emissionen; Messen von Acrylnitril; Gas-Chromatographisches Verfahren; Probenahme durch Absorption in tiefkalten Lösemitteln (Gaseous emission measurement; determination of acrylonitrile; gas chromatographic method; sampling by absorption in low temperature solvents). Beuth Verlag, Berlin, S. 2.</ref> erfolgen. Der Entwurf einer VDI-Richtlinie, welche die Messung von Acrylnitril durch Adsorption an Aktivkohle und Desorption durch Dimethylformamid beschreibt, wurde 2004 zurückgezogen.<ref>Verein Deutscher Ingenieure: Vorlage:Webarchiv, aufgerufen am 13. Juli 2017.</ref>
Einzelnachweise
<references />