Propiolacton

Propiolacton (nach IUPAC Oxetan-2-on) ist eine organische chemische Verbindung und zählt zur Stoffgruppe der β-Lactone, intramolekularer, cyclischer Ester.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Propiolacton
Andere Namen	Oxetan-2-on (IUPAC) Propiolakton 1,3-Propiolacton 2-Oxetanon Propanolid β-Propiolacton
Summenformel	C3H4O2
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 57-57-8 EG-Nummer 200-340-1 ECHA-InfoCard 100.000.309 PubChem 2365 ChemSpider 2275 DrugBank DB09348 Wikidata Q420715
Eigenschaften
Molare Masse	72,06 g·mol^−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,15 g·cm^−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	−33 °C
Siedepunkt	155 °C (Zersetzung)
Dampfdruck	3 hPa (20 °C) 5 hPa (30 °C) 12 hPa (50 °C)
Löslichkeit	löslich in Wasser, Ethanol, Aceton und Chloroform
Brechungsindex	1,4105 (20 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H: 330​‐​315​‐​319​‐​350 P: 280​‐​302+352​‐​304+340+310​‐​305+351+338​‐​362
MAK	nicht vergeben, da krebserzeugend Schweiz: 0,5 ml·m^−3 bzw. 1,5 mg·m^−3
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf^0	−329,9 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

Propiolacton wird industriell durch Umsetzung von Formaldehyd mit Keten in Gegenwart von Aluminiumchlorid, Zinkchlorid oder Bortrifluorid als Katalysator hergestellt.

Reaktion von Formaldehyd und Keten zu β-Propiolacton in Gegenwart eines Aluminiumchlorid-Katalysators

Die Selektivität zu Propiolacton beträgt hierbei 90 %. Die Reaktion kann in einem Lösungsmittel oder in der Gasphase durchgeführt werden.

2010 wurde die Synthese von Propiolacton durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines komplexstabilisierten Carbonylcobaltats in einem höhersiedenden dipolar aprotischen Lösemittel mit Umsatz und Selektivität von bis zu 99 % beschrieben.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Propiolacton ist gut wasserlöslich und löst sich ebenfalls in Ethanol. Bei Raumtemperatur liegt Propiolacton als brennbare, farblose Flüssigkeit mit schwach süßlichem Geruch vor. Die Substanz reizt Augen und Haut und gilt als krebserregend. Propiolacton hat eine desinfizierende Wirkung.

Chemische Eigenschaften

Die hochreaktive Verbindung ist in Wasser gelöst einige Stunden stabil; erst bei starker Verdünnung oder Stehenlassen über mehrere Stunden hydrolysiert das Lacton zur β-Hydroxypropionsäure:

Die Verbindung kann analog mit Aminen, Thiolen und anderen Nucleophilen unter Ringöffnung reagieren, wobei dann die entsprechenden Amide, Thiolcarbonsäuren oder andere Carbonsäurederivate der 3-Hydroxypropionsäure entstehen.

Propiolacton reagiert bei 140–180 °C und 25–250 bar mit Orthophosphorsäure und Kupferpulver als Katalysator quantitativ zu Acrylsäure und bei Anwesenheit eines Alkohols zu den entsprechenden Acrylsäureestern.

Toxikologische Eigenschaften

Der LD₅₀ (oral, Ratte) wurde auf 50–100 mg/kg KG bestimmt. Die toxische Wirkung ist gekennzeichnet durch einen raschen Wirkungseintritt. Zu den Vergiftungssymptomen zählen Zittern, Keuchen, blutige Durchfälle, Tremor und Krämpfe. In Tierversuchen trat der Tod innerhalb von Stunden bis Tagen durch Lungenödeme, Darmblutungen oder Hirnödeme ein.

In verschiedenen Versuchen erwies es sich als mutagen und kanzerogen (sowohl lokale als auch systemische Tumoren konnten induziert werden).

Verwendung

Propiolacton wird unter anderem zur Virusinaktivierung und zur Sterilisation von Impfstoffen eingesetzt. Dabei sind 0,2 bis 0,4%ige wässrige Lösungen über einen weiten pH-Bereich viruzid wirksam. Da der Stoff im wässrigen Medium innerhalb weniger Stunden zerfällt, verbleibt kein Rückstand des toxischen Lactons.

Literatur

• W. Stephan: Inactivation of hepatitis viruses and HIV in plasma and plasma derivatives by treatment with beta-propiolactone/UV irradiation. In: Current studies in hematology and blood transfusion. Nummer 56, 1989, S. 122–127, PMID 2642784 (Review).

Einzelnachweise

1. Eintrag zu Propiolacton in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. Juli 2016. (JavaScript erforderlich)
2. Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Koordinatoren): Lexikon der Chemie in drei Bänden, Spektrum Verlag, Heidelberg, Band 3, 1999, ISBN 3-8274-0381-2, S. 105.
3. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-408.
4. Eintrag zu Propiolactone im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
5. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 57-57-8 bzw. β-Propiolacton), abgerufen am 6. November 2020.
6. 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. 5-23.
7. Hans-Jürgen Arpe: Industrielle Organische Chemie - Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte. 6. Auflage. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2007, ISBN 978-3-527-31540-6, S. 322. 
8. Patentanmeldung WO 2010/118128: Process for beta-lactone production. Scott D. Allen et al., Novomer Inc., published 14 October 2010.
9. F. v. Rheinbaben, M. H. Wolff: Handbuch der viruswirksamen Desinfektion. Springer, 2002, ISBN 978-3-540-67532-7.
10. H. P. Latscha, U. Kazmaier, H. A. Klein: Organische Chemie: Chemie-Basiswissen II, 6. Auflage, Springer, 2008, ISBN 978-3-540-77106-7, S. 281.
11. Manfred Metzler, Frank J. Hennecke: Toxikologie für Naturwissenschaftler und Mediziner Stoffe, Mechanismen, Prüfverfahren. 3., überarb. und aktualisierte Auflage. Weinheim 2005, ISBN 978-3-527-30989-4, S. 26–267.