Butanal
Butanal (nach IUPAC-Nomenklatur: n-Butanal, auch als Butyraldehyd bekannt) ist eine organisch-chemische Verbindung aus der Stoffgruppe der Aldehyde. Neben dem linearen n-Butanal existiert noch die isomere Verbindung iso-Butanal (Isobutyraldehyd).
Vorkommen
Natürlich kommt Butanal in Echtem Lorbeer, Äpfeln, Reis (Oryza sativa), Pelargonien (Pelargonium graveolens) und Echter Guave vor.<ref name="Dr.Dukes 50710" />
Gewinnung und Darstellung
Großtechnisch hergestellt wird n-Butanal nur durch die Hydroformylierung von Propen bei Temperaturen von 90 – 125 °C und Drücken von 10 – 60 bar. Als Katalysatorsysteme werden meist Rhodium und sulfonierte Triarylphosphine in wässriger Lösung verwendet.<ref>Vorlage:Patent</ref>
Als Nebenprodukt entsteht iso-Butanal (2-Methylpropanal). Butanal ist auch durch schonende Oxidation des entsprechenden Alkohols 1-Butanol zugänglich.<ref name="Roempp" />
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Butanal ist eine farblose, stechend riechende, flüchtige, leichtentzündliche Flüssigkeit, die bei Normaldruck bei 75 °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 = 3,59112, B = 952,851 und C = −82,569 im Temperaturbereich von 303.86 bis 347.18 K.<ref name="Seprakova">M. Seprakova, J. Paulech, J. Dykyj: Dampfdruck der Butyraldehyde. In: Chem. Zvesti. 13, 1959, S. 313–316.</ref>
Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften Eigenschaft Typ Wert [Einheit] Bemerkungen Standardbildungsenthalpie ΔfH0liquid
ΔfH0gas−245,4 kJ·mol−1<ref name="Wiberg" />
−211,8 kJ·mol−1<ref name="Wiberg">K. B. Wiberg, L. S. Crocker, K. M. Morgan: Thermochemical studies of carbonyl compounds. 5. Enthalpies of reduction of carbonyl groups. In: J. Am. Chem. Soc. 113, 1991, S. 3447–3450, doi:10.1021/ja00009a033.</ref>als Flüssigkeit
als GasVerbrennungsenthalpie ΔcH0liquid −2477,1 kJ·mol−1<ref name="Nicholson">G. R. Nicholson: 478. The heats of combustion of butanal and heptanal. In: J. Chem. Soc. 1960, S. 2377–2378.</ref> Wärmekapazität cp 164,7 J·mol−1·K−1 (25 °C)<ref name="Lebedev">V. G. Vasil'ev, B. V. Lebedev: Thermodynamics of butanal in the temperature range 0-330K. In: Zh. Obshch. Khim. 59, 1989, S. 2415–2420.</ref>
2,28 J·g−1·K−1 (25 °C).<ref name="Lebedev" />als Flüssigkeit
als FlüssigkeitKritische Temperatur Tc 537,2 K<ref name="Teja1">A. S. Teja, D. J. Rosenthal: The Critical Pressures and Temperatures of Twelve Substances Using A Low Residence Time Flow Apparatus. In: AIChE Symp. Ser. 86, 279, 1990, S. 133–137.</ref> Kritischer Druck pc 43,20 bar<ref name="Teja1" /> Kritische Dichte ρc 3,88 mol·l−1<ref name="Teja2">M. J. Anselme, A. S. Teja: The critical properties of rapidly reacting substances. In: AIChE Symp. Ser. 86, 279, 1990, S. 128–132.</ref> Kritisches Volumen Vc 0,258 l·mol−1<ref name="Ullmann" /> Schmelzenthalpie ΔFH 10,773 kJ·mol−1<ref name="Lebedev" /> beim Schmelzpunkt Verdampfungsenthalpie ΔVH 32,9 kJ·mol−1<ref name="Wojtasinski">J. G. Wojtasinski: Measurement of Total Pressures for Determining Liquid-Vapor Equilibrium Relations of the Binary System Isobutyraldehyde n-Butyraldehyde. In: J. Chem. Eng. Data. 8, 1963, S. 381–385, doi:10.1021/je60018a028.</ref> beim Normaldrucksiedepunkt
Die Löslichkeit von Wasser in Butanal ändert sich nur wenig mit steigender Temperatur. Dagegen sinkt die Löslichkeit von Butanal in Wasser mit steigender Temperatur.<ref name="Ullmann" />
| Löslichkeiten im System Butanal – Wasser<ref name="Ullmann">D. K. Raff: Butanals. In: Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2013. Vorlage:DOI.</ref> | ||||||||||||
| Temperatur | in °C | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | |||||
| Löslichkeit von Wasser in Butanal | in Ma% | 3,2 | 2,8 | 2,6 | 2,4 | 2,4 | 2,4 | |||||
| Löslichkeit von Butanal in Wasser | in Ma% | 9,8 | 8,6 | 7,6 | 6,8 | 6,1 | ||||||
Mit einem Wassergehalt von 8,8 Ma% bildet die Verbindung ein bei 68 °C siedendes Azeotrop. Weitere azeotrop siedende Gemische werden mit Ethanol und n-Hexan gebildet.<ref name="Ullmann" />
| Azeotrope mit verschiedenen Lösungsmitteln<ref name="Ullmann" /> | ||||||||||||
| Lösungsmittel | Wasser | Ethanol | n-Hexan | |||||||||
| Gehalt Butanal | in Ma% | 91,2 | 59,4 | 26 | ||||||||
| Siedepunkt | in °C | 68 | 70,7 | 60 | ||||||||
Sicherheitstechnische Kenngrößen
Butanal bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei −11 °C.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Der Explosionsbereich liegt zwischen 1,7 Vol.‑% (51 g/m3) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 12,5 Vol.‑% (375 g/m3) als obere Explosionsgrenze (OEG).<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Der maximale Explosionsdruck beträgt 7,5 bar.<ref name="GESTIS" /> Die Grenzspaltweite wurde mit 0,92 mm bestimmt.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA. Die Zündtemperatur beträgt 190 °C.<ref name="Brandes">E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen - Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.</ref><ref name="GESTIS" /> Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T4.
Chemische Eigenschaften
Butanal polymerisiert beim Erhitzen sowie unter Einfluss von Säuren und Alkali. Es reagiert mit Oxidationsmitteln, starken Säuren, starken Basen und Aminen.
Verwendung
Butanal wird zur Herstellung von Vulkanisationsbeschleunigern, Kunstharzen und Weichmachern benötigt. Es ist Grundlage synthetischer Gerb- und Riechstoffe.<ref name="Roempp">Vorlage:RömppOnline</ref> Außerdem wird aus n-Butanal durch katalytische Hydrierung großtechnisch n-Butanol erzeugt. Des Weiteren kann es durch Oxidation zu Butansäure (Buttersäure) umgesetzt werden.<ref name="RÖMPP">Vorlage:RömppOnline</ref>
Sicherheitshinweise
Die Substanz kann in den Körper durch Inhalation der Dämpfe und durch Verschlucken aufgenommen werden. Dabei werden die Augen, die Haut und die Atemwege gereizt. Der Dampf ist schwerer als Luft und kann sich auf dem Boden ausbreiten.
Die Bildung explosiver Peroxide ist möglich.
Weblinks
Einzelnachweise
<references> <ref name="Dr.Dukes 50710">Vorlage:DrDukesDB</ref> </references>