1,3-Propandiol

1,3-Propandiol (PDO) ist eine chemische Verbindung. Sie besteht aus dem Grundgerüst des Propans, an dessen terminalen Positionen sich jeweils eine Hydroxygruppe befindet. 1,3-Propandiol gehört zur Gruppe der zweiwertigen Alkohole, der Diole.

Strukturformel
Allgemeines
Name	1,3-Propandiol
Andere Namen	Propan-1,3-diol Trimethylenglycol 1,3-Dihydroxypropan PROPANEDIOL (INCI)
Summenformel	C3H8O2
Kurzbeschreibung	farb- und geruchslose Flüssigkeit
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 504-63-2 EG-Nummer 207-997-3 ECHA-InfoCard 100.007.271 PubChem 10442 ChemSpider 13839553 DrugBank DB02774 Wikidata Q161514
Eigenschaften
Molare Masse	76,10 g·mol^−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,05 g·cm^−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	−26 °C
Siedepunkt	213 °C
Dampfdruck	<0,1 hPa (20 °C) 9 hPa (100 °C)
Löslichkeit	vollständig mischbar mit Wasser
Brechungsindex	1,4383
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf^0	−480,8 kJ/mol
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Gewinnung und Darstellung

1,3-Propandiol ist über eine Vielzahl von Möglichkeiten synthetisch zugänglich. Eine Möglichkeit besteht in der Hydratisierung von Acrolein mit verdünnter Schwefelsäure in Gegenwart von Hydrochinon (verhindert die Polymerisation des Acroleins) und anschließender Hydrierung mit Raney-Nickel als Katalysator. Die Herstellung kann auch aus 3-Hydroxypropionsäure erfolgen.

Auch eine biochemische Synthese von 1,3-Propandiol aus nachwachsenden Rohstoffen ist möglich. Natürlicherweise kann es durch die Vergärung von Glycerin durch viele anaerobe Bakterien gebildet werden. Mögliche Gattungen sind Citrobacter, Clostridium, Enterobacter, Klebsiella und Lactobacillus. Industriell wird ein Escherichia coli-Stamm genutzt, der durch starke genetische Veränderungen Glucose zu 1,3-Propandiol vergären kann. Als Rohstoff wird Mais genutzt. 2013 ging knapp die Hälfte der Gesamtproduktion auf diese Herstellungsart zurück.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Es handelt sich um eine farblose, hygroskopische Flüssigkeit mit nur schwachem Eigengeruch, die bei 213 °C siedet. Sie ist mischbar mit Wasser, Alkoholen, Ethern und Formamid, und ist wenig löslich in Benzol und Chloroform.

Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in kPa, T in K) mit A = 8,34759, B = 3149,87 und C = 9,1444. Die Verbindung ist schwer entzündbar. Sie bildet oberhalb ihres Flammpunktes entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Der Flammpunkt beträgt 128 °C. Die untere Explosionsgrenze liegt bei etwa 2,5 Vol.‑% (79 g·m⁻³). Die Zündtemperatur beträgt 400 °C. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2.

Chemische Eigenschaften

1,3-Propandiol geht viele typische Reaktionen von Alkoholen ein, wie beispielsweise Veretherungen und Veresterungen. Dabei sind beide Hydroxygruppen gleich reaktiv. Als Diol kann 1,3-Propandiol auch Polykondensationen eingehen. Ein Beispiel ist die Bildung des Polyesters Polytrimethylenterephthalat (PTT) mit Terephtalsäure:

1,3-Propandiol kann zur Einführung von Schutzgruppen an Aldehyden und Ketonen genutzt werden. Aus der eingesetzten Carbonylverbindung wird unter sauren Bedingungen ein Derivat von 1,3-Dioxan, ein Acetal beziehungsweise Ketal, gebildet. Dieses ist stabil gegenüber basischen Bedingungen und kann, wenn der Schutz nicht mehr benötigt wird, durch Einwirkung von Brønsted- oder Lewis-Säuren in Anwesenheit von Wasser wieder gespalten werden.

Auch die Synthese von 1,3-Dioxan selbst gelingt durch Umsetzung von 1,3-Propandiol mit Formaldehyd und Phosphorsäure. Diese Reaktion kann auch unter Verwendung von Salzsäure und Urotropin durchgeführt werden.

Verwendung

1,3-Propandiol wird hauptsächlich zur Herstellung des Polyesters Polytrimethylenterephthalat (PTT) genutzt. Daneben gibt es zahlreiche weitere Anwendungen in der Polymerchemie: Es wird zur Herstellung von Polycarbonat und Polymerisationskatalysatoren sowie als Vernetzungsmittel für Polyacrylate und Polymethacrylate benutzt. Außerdem ist es Ausgangssubstanz für Verbindungen, die in der Herstellung von Polyurethanen, Epoxidharzen und Kautschuk benutzt werden. Weitere Anwendungen in der Polymerchemie, wie z. B. als Baustein in Beschichtungen oder als biobasierte Alternative zu anderen Diolen, diskutiert.

Außerhalb der Polymerchemie kann 1,3-Propandiol auch als Frostschutzmittel und als Kühlmittel genutzt werden. Darüber hinaus dient es zur Herstellung von UV-stabilen Lacken bei denen das Verhältnis von Elastizität und Härte ausgewogen ist und ist in Kosmetika, Drucktinten und Beschichtungsmaterialien enthalten.

Einzelnachweise

1. Eintrag zu PROPANEDIOL in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 25. Februar 2020.
2. Eintrag zu Propandiole. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 29. September 2014.
3. Eintrag zu CAS-Nr. 504-63-2 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. April 2018. (JavaScript erforderlich)
4. M. Bergmann, A. Miekeley, E. v. Lippmann: Zur Chemie assoziierender Lactolide: Über Umwandlungen der Aldole. In: Chem. Ber. 62, 1929, S. 1467–1474. doi:10.1002/cber.19290620616.
5. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-25.
6. C. H. Werkman, G. F. Gillen: Bacteria Producing Trimethylene Glycol. In: J. Bacteriol. 23, 1932, S. 167–182.
7. Cristina Della Pina, Ermelinda Falletta, Michele Rossi: A green approach to chemical building blocks. The case of 3-hydroxypropanoic acid. In: Green Chemistry. 13, 2011, S. 1624, doi:10.1039/C1GC15052A.
8. Peter Dürre: Technische Alkohole und Ketone. In: Hermann Sahm, Garabed Antranikian, Klaus-Peter Stahmann & Ralf Takors (Hrsg.): Industrielle Mikrobiologie. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg 2013, ISBN 978-3-8274-3039-7, Kap. 4, S. 77–81, doi:10.1007/978-3-8274-3040-3. 
9. Carl J. Sullivan, Anja Kuenz & Klaus-Dieter Vorlop: Propanediols. In: Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2018, doi:10.1002/14356007.a22_163.pub2. 
10. E. Hala, J. Pick, V. Fried, O. Vilim: Vapor-Liquid Equilibrium. 2. Auflage. Pergamon Press, Oxford 1967.
11. Helmut Sattler & Michael Schweitzer: Fibers, 5. Polyester Fibers. In: Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2011, S. 25–27, doi:10.1002/14356007.o10_o01. 
12. E. J. Salmi: Untersuchungen über ätherartige Verbindungen, I. Mitteil.: Zur Darstellung der Acetale und Ketale. In: Chem. Ber. 71, 1938, S. 1803–1808. doi:10.1002/cber.19380710905.
13. R. Leutner: Zur Hydrolysegeschwindigkeit zyklischer Azetale. In: Monatsh. Chem. 60, 1932, S. 317–352. doi:10.1007/BF01538573
14. Patent US2021680: Preparation of methylene ethers. Angemeldet am 29. Juli 1930, veröffentlicht am 19. November 1935, Anmelder: ICI, Erfinder: Samuel Coffey.‌
15. Eintrag zu Propandiole. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 20. September 2019.
16. Oliver Türk: Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, ISBN 978-3-8348-1763-1, S. 417–418.
17. Marcel Kluge, Sacha Pérocheau Arnaud & Tobias Robert: 1,3‑Propanediol and its Application in Bio‑Based Polyesters for Resin Applications. In: Chemistry Africa. Band 2, 2019, S. 215–221, doi:10.1007/s42250-018-0026-4.