Isobutanal

Isobutanal (nach IUPAC-Nomenklatur: 2-Methylpropanal, a​uch als Isobutyraldehyd bekannt) i​st eine organisch-chemische Verbindung a​us der Stoffgruppe d​er Aldehyde. Isobutanal i​st u. a. e​in natürlicher Bestandteil i​n Bananen.[5] Neben d​em verzweigten Isobutanal existiert n​och die isomere Verbindung Butanal (Butyraldehyd). Isobutanal i​st ein Zwischenprodukt d​er chemischen Industrie.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Isobutanal
Andere Namen	2-Methylpropionaldehyd Isobutyraldehyd 2-METHYLPROPANAL (INCI)[1]
Summenformel	C4H8O
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit m​it stechendem Geruch[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 78-84-2 EG-Nummer 201-149-6 ECHA-InfoCard 100.001.045 PubChem 6561 ChemSpider 6313 Wikidata Q418164
Eigenschaften
Molare Masse	72,11 g·mol^−1
Aggregatzustand	flüssig[2]
Dichte	0,79 g·cm^−3[2]
Schmelzpunkt	−65 °C[2]
Siedepunkt	64 °C[2]
Dampfdruck	184 hPa (20 °C)[2] 285 hPa (30 °C)[2] 428 hPa (40 °C)[2] 623 hPa (50 °C)[2]
Löslichkeit	mäßig i​n Wasser (75 g·l^−1 b​ei 20 °C)[2]
Brechungsindex	1,374 (20 °C)[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2] Gefahr H- und P-Sätze H: 225​‐​319 P: 210​‐​305+351+338 [2]
Toxikologische Daten	960 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral)[2] 5670 mg·kg^−1 (LD50, Ratte/Kaninchen, transdermal)[2]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf^0	−247,3 kJ/mol[4]
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

Großtechnisch w​ird Isobutyraldehyd d​urch Hydroformylierung v​on Propen mithilfe metallorganischer Cobalt- o​der Rhodiumverbindungen a​ls Katalysator b​ei Temperaturen v​on 130 – 160 °C u​nd Drücken v​on 100 – 200 b​ar hergestellt.[6][7]

Synthese von Isobutanal

Darüber hinaus kann es durch Oxidation von Isobutanol (2-Methylpropan-1-ol) synthetisiert werden. Diese Methode findet jedoch keine Anwendung, da Isobutanol technisch erst durch Reduktion (Hydrierung) von Isobutanal hergestellt wird. Isobutanal entsteht außerdem bei der thermischen Zersetzung von Isobutylidendiharnstoff.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Isobutanal i​st eine leicht flüchtige, lichtempfindliche, luftempfindliche, leichtentzündliche, farblose Flüssigkeit m​it stechendem Geruch, welche mäßig löslich i​n Wasser ist. Sie siedet b​ei Normaldruck b​ei 64 °C.[2] Die molare Verdampfungsenthalpie beträgt a​m Siedepunkt 33,4 kJ·mol⁻¹.[8] Die Dampfdruckfunktion ergibt s​ich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P i​n bar, T i​n K) m​it A = 3,87395, B = 1060,141 u​nd C = −63,196 i​m Temperaturbereich v​on 286 b​is 336 K.[9] Sie besitzt e​ine dynamische Viskosität v​on 0,5 mPa·s.[2]

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Isobutanal bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung h​at einen Flammpunkt b​ei −24 °C.[2][10] Der Explosionsbereich l​iegt zwischen 1,6 Vol.‑% (47 g/m³) a​ls untere Explosionsgrenze (UEG) u​nd 11 Vol.‑% (330 g/m³) a​ls obere Explosionsgrenze (OEG).)[2] Die Grenzspaltweite w​urde mit 0,92 mm bestimmt.[2][10] Es resultiert d​amit eine Zuordnung i​n die Explosionsgruppe IIA.[2] Die Zündtemperatur beträgt 165 °C.[2][10] Der Stoff fällt s​omit in d​ie Temperaturklasse T4.

Verwendung

Isobutanal i​st ein Ausgangsmaterial z​ur Herstellung v​on Valin d​urch die Strecker-Synthese:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}{-}CH(CH_{3}){-}CHO+NH_{3}+HCN\longrightarrow } }$

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}{-}CH(CH_{3}){-}CH(NH_{2}){-}CN+H_{2}O} }$

Isobutanal reagiert mit Ammoniak und Cyanwasserstoff zu Valin und Wasser.

sowie v​on Neopentylglycol über e​ine Cannizzaro-Reaktion. Außerdem k​ann es b​ei der Knoevenagel-Reaktion eingesetzt werden.

Weiterhin i​st es e​in Zwischenprodukt für Arzneistoffe (z. B. D-Penicillamin[11]) u​nd von Schädlingsbekämpfungsmitteln.

Ein großer Teil w​ird auch d​urch katalytische Hydrierung z​u Isobutanol weiterverarbeitet.[6]

Biologische Bedeutung

Isobutanal k​ommt als Aromastoff i​n Honig vor.

Abgeleitete Verbindungen

• Isobutyraldehyd-di(2-ethylhexyl)acetal, Zusatzstoff für Bohrspülungen
• 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolmonoisobutyrat, Koaleszenzmittel

Einzelnachweise

1. Eintrag zu 2-METHYLPROPANAL in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 19. Mai 2021.
2. Eintrag zu Isobutyraldehyd in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 15. Dezember 2018. (JavaScript erforderlich)
3. Datenblatt Isobutyraldehyde bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 29. September 2010 (PDF).
4. 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. 5-26.
5. R. Tressl, F. Drawert, W. Heimann, R. Emberger: Notizen: Gasehromatographische Bestandsaufnahme von Bananen-Aromastoffen. In: Zeitschrift für Naturforschung B. 24, 1969, S. 781–783 (online).
6. Eintrag zu Butyraldehyde. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 25. November 2018.
7. Eintrag zu ISOBUTYRALDEHYDE in der Hazardous Substances Data Bank, abgerufen am 7. Februar 2019 (online auf PubChem).
8. Wojtasinski, J.G.: Measurement of Total Pressures for Determining Liquid-Vapor Equilibrium Relations of the Binary System Isobutyraldehyde n-Butyraldehyde in J. Chem. Eng. Data 8 (1963) 381–385, doi:10.1021/je60018a028.
9. Seprakova, M.; Paulech, J.; Dykyj, J.: Dampfdruck der Butyraldehyde in Chem. Zvesti 13 (1959) 313–316.
10. E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.
11. Wolfgang M. Weigert, Heribert Offermanns und Paul Scherberich: D-Penicillamine – Production and Properties. In: Angewandte Chemie International Edition in English. 14, 1975, S. 330–336, doi:10.1002/anie.197503301. PMID 808979.