Acrylnitril
organische Verbindung, einfach ungesättigtes Nitril
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Acrylnitril (IUPAC-Nomenklatur: Prop-2-ennitril) ist eine chemische Verbindung. Sie ist das Nitril der Acrylsäure und somit das einfachste ungesättigte Nitril.
| Strukturformel | |||||||||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Acrylnitril | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C3H3N | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch[1] | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 53,06 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
flüssig[1] | ||||||||||||||||||
| Dichte |
0,8 g·cm−3 (20 °C)[2] | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
| Siedepunkt |
77 °C[2] | ||||||||||||||||||
| Dampfdruck | |||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
mäßig in Wasser (73 g·l−1 bei 20 °C)[2] | ||||||||||||||||||
| Brechungsindex |
1,3911 (20 °C)[4] | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| MAK |
Schweiz: 2 ml·m−3 bzw. 4,5 mg·m−3[6] | ||||||||||||||||||
| Toxikologische Daten | |||||||||||||||||||
| Thermodynamische Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| ΔHf0 | |||||||||||||||||||
| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C | |||||||||||||||||||
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.[8][3]
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.[3]
Weitere Herstellungsvarianten sind:[3]
- die Umsetzung von Acetaldehyd mit Blausäure[9]
- die Dehydrierung von Propionitril[10][11]
- die Umsetzung von Propen mit Stickstoffmonoxid[12][13]
- und die Dehydratisierung von Acrylamid[14]
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Acrylnitril ist eine farblose Flüssigkeit, die bei Normaldruck bei 77 °C siedet.[2] 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.[15] 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.[16] Die kritischen Größen betragen 267 °C für die kritische Temperatur und 46,6 bar für den kritischen Druck.[17] 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.[16] Bei 20 °C liegt die Löslichkeit in Wasser bei 7,30 Ma%. Umgekehrt lösen sich beim 20 °C 3,08 Ma% Wasser in Acrylnitril.[3]
Chemische Eigenschaften
Wie alle Acrylsäurederivate ist Acrylnitril zur Polymerisation fähig. Die Polymerisationswärme beträgt −77 kJ·mol−1 bzw. −1423 kJ·kg−1.[18] Die reine Verbindung neigt zur spontanen Polymerisation, die wegen der starken Wärmeentwicklung explosionsartig erfolgen kann. Eine Stabilisierung mit Hydrochinonen oder Phenolen ist dringend notwendig.[1][19] Eine partielle Hydrolyse in verdünnter Schwefelsäure ergibt Acrylamid, die vollständige Hydrolyse Acrylsäure.[3] Die Hydrolyse kann bei ungenügender Kühlung ebenfalls sehr herfig erfolgen.[19] In Cyanethylierungsreaktionen können Verbindungen mit aktiven Wasserstoff-Atomen wie Alkohole, Amine, Amide, Aldehyde und Ketone an die Doppelbindung addiert werden.[1][20]
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.[2]
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.[1]
Emissionsmessung
Die Emissionsmessung von mit Acrylnitril beladenem Abgas erfolgt in der Regel gaschromatographisch. Die Probenahme kann mittels Gassammelgefäß[21] oder Absorption in tiefkalten Lösemitteln[22] erfolgen. Der Entwurf einer VDI-Richtlinie, welche die Messung von Acrylnitril durch Adsorption an Aktivkohle und Desorption durch Dimethylformamid beschreibt, wurde 2004 zurückgezogen.[23]