Acetone là gì? và ứng dụng của nó

Acetone hay Axeton, hoặc propanone, là một hợp chất hữu cơ có công thức (CH3)2CO. Nó là xeton đơn giản nhất và nhỏ nhất. Nó là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi và dễ cháy, có mùi hăng đặc trưng.

Hóa chất Acetone

Axeton có thể trộn lẫn với nước và đóng vai trò như một dung môi hữu cơ quan trọng theo đúng nghĩa của nó, trong công nghiệp, gia đình và phòng thí nghiệm. Khoảng 6,7 triệu tấn đã được sản xuất trên toàn thế giới trong năm 2010, chủ yếu để sử dụng làm dung môi và sản xuất metyl metacrylat và bisphenol A. Nó là một khối xây dựng phổ biến trong hóa học hữu cơ. Sử dụng axeton quen thuộc trong gia đình là thành phần hoạt tính trong chất tẩy sơn móng tay và làm chất pha loãng sơn. Mặc dù nó có tình trạng được miễn hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) ở Hoa Kỳ, nó được EU coi là một yếu tố góp phần gây ô nhiễm môi trường

Axeton được sản xuất và thải bỏ trong cơ thể con người thông qua các quá trình trao đổi chất bình thường. Nó thường có trong máu và nước tiểu. Những người bị nhiễm toan ceton do tiểu đường tạo ra nó với số lượng lớn hơn. Các thử nghiệm về độc tính sinh sản cho thấy nó có ít khả năng gây ra các vấn đề sinh sản. Chế độ ăn ketogenic làm tăng cơ thể xeton (axeton, axit β-hydroxybutyric và axit acetoacetic) trong máu được sử dụng để chống lại các cơn động kinh ở trẻ sơ sinh và trẻ em bị động kinh khó chữa

Lịch sử acetone

Axeton được Andreas Libavius sản xuất lần đầu tiên vào năm 1606 bằng cách chưng cất Chì (II) axetat.

Năm 1832, nhà hóa học người Pháp Jean-Baptiste Dumas và nhà hóa học người Đức Justus von Liebig đã xác định công thức thực nghiệm cho axeton. Năm 1833, nhà hóa học người Pháp Antoine Bussy đã đặt tên axeton bằng cách thêm hậu tố -one vào gốc của axit tương ứng (viz, axit axetic). Đến năm 1852, nhà hóa học người Anh Alexander William Williamson nhận ra rằng axeton là metyl axetyl; năm sau, nhà hóa học người Pháp Charles Frédéric Gerhardt cũng đồng tình. Vào năm 1865, nhà hóa học người Đức August Kekulé đã công bố công thức cấu trúc hiện đại của axeton .Johann Josef Loschmidt đã trình bày về cấu trúc của axeton vào năm 1861, nhưng tập sách xuất bản riêng của ông đã ít được chú ý. Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, Chaim Weizmann đã phát triển quy trình sản xuất công nghiệp axeton (Quy trình Weizmann).

Sản xuất

Năm 2010, năng lực sản xuất axeton trên toàn thế giới ước tính đạt 6,7 triệu tấn mỗi năm. Với 1,56 triệu tấn mỗi năm, Hoa Kỳ có năng lực sản xuất cao nhất, tiếp theo là Đài Loan và Trung Quốc đại lục. Nhà sản xuất axeton lớn nhất là INEOS Phenol, sở hữu 17% công suất thế giới, với công suất đáng kể (7–8%) của Mitsui, Sunoco và Shell vào năm 2010. INEOS Phenol cũng sở hữu địa điểm sản xuất lớn nhất thế giới (420.000 tấn / năm ) ở Beveren (Bỉ). Giá aceton giao ngay trong mùa hè 2011 là 1100–1250 USD / tấn tại Hoa Kỳ

Ứng dụng acetone

Trong công nghiệp

Khoảng một phần ba lượng axeton trên thế giới được sử dụng làm dung môi, và một phần tư được tiêu thụ dưới dạng axeton cyanohydrin, một tiền chất của metyl metacrylat.

Làm dung môi

Axeton là một dung môi tốt cho nhiều loại nhựa và một số loại sợi tổng hợp. Nó được sử dụng để làm mỏng nhựa polyester, làm sạch các dụng cụ được sử dụng với nó, và hòa tan epoxit hai phần và keo siêu dính trước khi chúng đông cứng lại. Nó được sử dụng như một trong những thành phần dễ bay hơi của một số loại sơn và vecni. Là chất tẩy dầu mỡ hạng nặng, nó rất hữu ích trong việc chuẩn bị kim loại trước khi sơn hoặc hàn, và để loại bỏ thông lượng nhựa thông sau khi hàn (để ngăn chặn sự bám dính của bụi bẩn và rò rỉ điện và có thể ăn mòn hoặc vì lý do thẩm mỹ), mặc dù nó tấn công nhiều linh kiện điện tử (ví dụ như tụ điện polystyrene) vì vậy nó không thích hợp để làm sạch nhiều bảng mạch.

Chất mang axetylen

Mặc dù bản thân nó dễ cháy, axeton được sử dụng rộng rãi như một dung môi để vận chuyển và lưu trữ axetylen an toàn, không thể được áp suất an toàn như một hợp chất tinh khiết. Các bình chứa vật liệu xốp trước tiên được đổ đầy axeton, sau đó là axetilen, chất này sẽ hòa tan vào axeton. Một lít axeton có thể hòa tan khoảng 250 lít axetilen ở áp suất 10 bar.

Trung gian hóa học

Axeton được sử dụng để tổng hợp metyl metacrylat. Nó bắt đầu với sự chuyển đổi ban đầu của axeton thành axeton cyanohydrin:

(CH3)2CO + HCN → (CH3)2C(OH)CN

Trong bước tiếp theo, nitrile bị thủy phân thành amit không bão hòa, được este hóa:

(CH3)2C(OH)CN + CH3OH → CH2=C(CH3)CO2CH3 + NH3

Việc sử dụng axeton chính thứ ba (khoảng 20%) là tổng hợp bisphenol A. Bisphenol A là thành phần của nhiều loại polyme như polycarbonat, polyurethanes và nhựa epoxy. Quá trình tổng hợp bao gồm sự ngưng tụ của axeton với phenol:

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

Nhiều triệu kg axeton được tiêu thụ trong quá trình sản xuất dung môi metyl isobutyl alcohol và metyl isobutyl xeton. Các sản phẩm này phát sinh thông qua quá trình ngưng tụ aldol ban đầu để tạo ra rượu diacetone

2 (CH3)2CO → (CH3)2C(OH)CH2C(O)CH3

Ngưng tụ với axetilen tạo ra 2-metylbut-3-yn-2-ol, tiền chất của tecpen và tecpen tổng hợp

Phòng thí nghiệm

Nghiên cứu hóa học

Trong phòng thí nghiệm, axeton được sử dụng như một dung môi phân cực, aprotic trong một loạt các phản ứng hữu cơ, chẳng hạn như phản ứng SN2. Việc sử dụng dung môi axeton là rất quan trọng đối với quá trình oxy hóa Jones. Nó không tạo thành azeotrope với nước. Nó là dung môi phổ biến để tráng dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm vì giá thành rẻ và dễ bay hơi.

Mặc dù được sử dụng phổ biến như một tác nhân làm khô, nhưng nó không hiệu quả ngoại trừ việc chuyển khối và pha loãng. Axeton có thể được làm lạnh bằng đá khô đến -78 ° C mà không bị đóng băng; axeton / bể nước đá khô thường được sử dụng để thực hiện các phản ứng ở nhiệt độ thấp. Axeton phát huỳnh quang dưới ánh sáng cực tím và hơi của nó có thể được sử dụng làm chất đánh dấu huỳnh quang trong các thí nghiệm về dòng chất lỏng.

Axeton được dùng để kết tủa protein. Các chất thay thế để kết tủa protein là axit trichloroacetic hoặc etanol.

Làm sạch

Axeton cấp thấp cũng thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hàn lâm như một chất rửa dụng cụ thủy tinh để loại bỏ cặn và chất rắn trước khi rửa lần cuối. [48] Axeton để lại một lượng nhỏ cặn trên bề mặt khi làm khô có hại cho bề mặt mẫu.

Mô học

Axeton được sử dụng trong lĩnh vực bệnh lý học để tìm các hạch bạch huyết trong các mô mỡ để phân loại khối u (chẳng hạn như tìm kiếm các hạch bạch huyết trong chất béo xung quanh ruột). [49] Điều này giúp làm tan chất béo và làm cứng các nút, giúp việc tìm kiếm chúng dễ dàng hơn.

Axeton cũng được sử dụng để khử các vết bẩn trên kính hiển vi.

Tính chất cơ sở Lewis

Axeton là một bazơ Lewis yếu tạo ra các chất cộng với axit mềm như I2 và axit cứng như phenol. Axeton cũng tạo phức với kim loại hóa trị hai.

Y khoa

Dung môi thuốc và tá dược

Axeton được sử dụng làm dung môi trong ngành công nghiệp dược phẩm và làm chất biến tính trong rượu biến tính. Acetone cũng có mặt dưới dạng tá dược trong một số loại thuốc dược phẩm.

Da tan mỡ

Các bác sĩ da liễu sử dụng axeton với cồn để điều trị mụn trứng cá để làm bong tróc da khô về mặt hóa học. Các tác nhân phổ biến được sử dụng ngày nay để lột da bằng hóa chất là axit salicylic, axit glycolic, axit salicylic 30% trong etanol và axit trichloroacetic (TCA). Trước khi tẩy da chết, da được làm sạch và loại bỏ chất béo dư thừa trong một quá trình gọi là khử chất béo. Acetone, Septisol, hoặc sự kết hợp của các chất này thường được sử dụng trong quá trình này.

Chống co giật

Acetone đã được chứng minh là có tác dụng chống co giật ở động vật bị động kinh, trong trường hợp không có độc tính, khi được sử dụng ở nồng độ milimolar. [56] Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng chế độ ăn ketogenic ít chất béo có hàm lượng chất béo thấp được sử dụng trên lâm sàng để kiểm soát chứng động kinh kháng thuốc ở trẻ em hoạt động bằng cách làm tăng aceton trong não. [56] Do nhu cầu năng lượng cao hơn, trẻ em có sản xuất axeton cao hơn hầu hết người lớn – và trẻ càng nhỏ, sản lượng mong đợi càng cao. Điều này cho thấy rằng trẻ em không phải là đối tượng duy nhất dễ bị phơi nhiễm với axeton. Phơi nhiễm bên ngoài là nhỏ so với phơi nhiễm liên quan đến chế độ ăn ketogenic.

Sử dụng trong nước và các ứng dụng khác

Axeton thường là thành phần chính trong các chất tẩy rửa như sơn móng tay và chất tẩy siêu dính. Tuy nhiên, nó sẽ tấn công một số loại nhựa.

Các nghệ sĩ trang điểm sử dụng axeton để loại bỏ chất kết dính trên da trên lưới của tóc giả và ria mép bằng cách nhúng đồ vật đó vào bồn tắm axeton, sau đó dùng bàn chải cứng loại bỏ cặn keo đã làm mềm.

Axeton thường được sử dụng để đánh bóng hơi các hiện vật in trên mô hình in 3D được in bằng nhựa ABS. Kỹ thuật, được gọi là làm mịn bể hơi axeton, bao gồm việc đặt bộ phận đã in vào một buồng kín có chứa một lượng nhỏ axeton và gia nhiệt đến khoảng 80 độ C trong 10 phút. Điều này tạo ra một hơi axeton trong bình chứa. Axeton ngưng tụ đều khắp bộ phận, làm cho bề mặt mềm và hóa lỏng. Sức căng bề mặt sau đó làm mịn nhựa bán lỏng. Khi bộ phận được lấy ra khỏi khoang, thành phần axeton bay hơi để lại một bộ phận mịn như thủy tinh không có vân, hoa văn và các cạnh lớp có thể nhìn thấy được, các đặc điểm chung của các bộ phận in 3D chưa qua xử lý