Cumol

Cumol ist eine organisch-chemische Verbindung aus der Stoffgruppe der aromatischen Kohlenwasserstoffe. Aufgrund der eleganten Überführung in Phenol und Aceton nach dem Hock-Verfahren und dessen großtechnischer Verbreitung in den fünfziger Jahren wurde es zu einem bedeutenden Zwischenprodukt der chemischen Industrie.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Cumol
Andere Namen	(Propan-2-yl)benzen (IUPAC) Isopropylbenzol 2-Phenylpropan Cumenylwasserstoff Cumen Retinyl (1-Methylethyl)benzol
Summenformel	C9H12
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit mit scharfem, aromatischem Geruch[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 98-82-8 EG-Nummer 202-704-5 ECHA-InfoCard 100.002.458 PubChem 7406 Wikidata Q410107
Eigenschaften
Molare Masse	120,19 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig[1]
Dichte	0,86 g·cm−3 (20 °C)[1]
Schmelzpunkt	−96 °C[1]
Siedepunkt	152 °C[1]
Dampfdruck	5,3 hPa (20 °C)[1] 8 hPa (30 °C)[1] 30 hPa (50 °C)[1]
Löslichkeit	sehr schwer in Wasser (0,05 g·l−1 bei 20 °C)[1] löslich in Alkohol und Diethylether[2]
Brechungsindex	1,49146 (20 °C)[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[4] ggf. erweitert[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 226​‐​304​‐​335​‐​350​‐​411 P: 210​‐​233​‐​240​‐​273​‐​301+310+331[1]
MAK	DFG: 10 ml·m−3 bzw. 50 mg·m−3[1] Schweiz: 20 ml·m−3 bzw. 100 mg·m−3[5]
Toxikologische Daten	1400 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[1]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Geschichte

Cumol wurde 1840 bei der Decarboxylierung von Cuminsäure entdeckt. Der erste Namensvorschlag der Entdecker war Cumen, sie verwendeten den ersten Wortbestandteil der Cuminsäure. Justus v. Liebig schlug dann den Namen Cumol vor, der fortan Eingang in die deutsche Literatur fand.^[6]

Decarboxylierung von Cuminsäure zu Cumol

Gewinnung und Darstellung

Die technisch ausschließlich genutzte Methode zur Herstellung von Cumol beruht auf der Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzol mit Propen. Die Umsetzung erfolgt entweder in der Flüssig- oder Gasphase. Als Katalysatoren werden vorwiegend Lewis- oder Brønsted-Säuren sowie neuerdings auch saure Zeolithe eingesetzt.

Flüssigphase

Im Flüssigphasenprozess setzt man Benzol mit Propen bei 35–40 °C und niedrigem Propendruck von etwa 7 bar in Gegenwart von Aluminiumchlorid (AlCl₃) zu Cumol um.^[7]

Umsetzung von Benzol mit Propen zu Cumol in Gegenwart eines Aluminiumchlorid-Katalysators

Außerdem ist ein Verfahren mit Fluorwasserstoff bei 50–70 °C und ebenfalls geringem Propendruck bekannt. Bei der säurekatalysierten Alkylierung wird selten und vereinzelt noch Schwefelsäure eingesetzt.^[7]

Gasphase

Die Alkylierung von Benzol mit Propen in der Gasphase wird bei Temperaturen von 200–250 °C und Drücken von 20–40 bar an Phosphorsäure-Katalysatoren, welche auf Siliciumdioxid geträgert sind und Bortrifluorid als Promotor enthalten, durchgeführt. Die gesamte Reaktion läuft dabei im Festbettreaktor ab.^[7]

Umsetzung von Benzol mit Propen zu Cumol in Gegenwart von Phosphorsäure, die auf Siliciumdioxid geträgert ist und Bortrifluorid als Promotor enthält

Die Selektivitäten erreichen hierbei 96–97 % bezogen auf Benzol und 91–92 % bezogen auf Propen. Als Nebenprodukte entstehen nur geringe Mengen an Di- und Triisopropylbenzol sowie Propylbenzol. Nach einer destillativen Aufarbeitung erhält man Cumol in einer Reinheit von mehr als 99,5 %.^[7]

Die weltweiten Herstellkapazitäten für Cumol betrugen im Jahr 2004 mehr als 10,5 Millionen Jahrestonnen.^[7] Im Jahr 2019 steigerte sich die globale Kapazität auf 19 Millionen Tonnen.^[8] Seit den 1990ern werden zunehmend Zeolite als Katalysatoren verwendet.^[9]

Eigenschaften

Cumol hat einen charakteristischen, aromatischen Geruch, die Geruchsschwelle liegt bei 0,04–6,4 mg·m⁻³. In vielen gängigen organischen Lösungsmitteln, z. B. Ether und Ethanol, ist Cumol löslich, in Wasser hingegen sehr schwer löslich.

Physikalische Eigenschaften

Cumol ist eine farblose Flüssigkeit, die unter Normaldruck bei 152 °C siedet.^[1] Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,05419, B = 1455,811 und C = −65.948 im Temperaturbereich von 343,2 K bis 426,5 K.^[10] Wichtige thermodynamische Größen werden in der folgenden Tabelle gegeben:

Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften

Eigenschaft	Typ	Wert [Einheit]	Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie	ΔfH0liquid ΔfH0gas	−41,2 kJ·mol−1[11] 3,92 kJ·mol−1[11]	als Flüssigkeit als Gas
Verbrennungsenthalpie	ΔcH0liquid	−5215,44 kJ·mol−1[11]	als Flüssigkeit
Wärmekapazität	cp	215,4 J·mol−1·K−1 (25 °C)[12] 1,79 J·g−1·K−1 (25 °C)	als Flüssigkeit
Kritische Temperatur	Tc	631 K[13]
Kritischer Druck	pc	32,1 bar[13]
Kritische Dichte	ρc	2,32 mol·l−1[14]
Verdampfungsenthalpie	ΔVH	41,2 kJ·mol−1[15]	bei 364 K
Schmelzenthalpie	ΔfusH	7,326 kJ·mol−1[12]	am Schmelzpunkt

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Cumol bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von 31 °C.^[1] Der Explosionsbereich liegt zwischen 0,8 Vol.‑% (40 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 6 Vol.‑% (300 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).^[1][16] Der untere Explosionspunkt liegt bei 29 °C.^[1] Die Grenzspaltweite wurde mit 1,05 mm bestimmt.^[1][16] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA.^[16] Die Zündtemperatur beträgt 420 °C.^[1][16] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2.

Verwendung

Cumol dient als Zwischenprodukt zur Herstellung von Phenol und Aceton nach dem Cumolhydroperoxid-Verfahren (Hock-Verfahren).^[17]

Gesamtreaktion des Cumolhydroperoxid-Verfahrens

In seltenen Fällen wird es auch als Lösungsmittel eingesetzt. Cumol wird auch als Klopfschutzmittel im Flugtreibstoff verwendet. Gegenüber dem auch verwendbaren Benzol besitzt es einen wesentlich niedrigeren Stockpunkt von ca. −96 °C.

Sicherheitshinweise

Cumol ist entzündlich und reizt die Atmungsorgane. Es kann zudem die Haut (Brennen/Jucken) und die Augen reizen, die Leber schädigen und zu Schwindel und Benommenheit führen. Die Internationale Agentur für Krebsforschung stufte Cumol im Jahr 2013 als möglicherweise krebserzeugend ein.^[18]

Cumol wurde auf der Grundlage neuer Karzinogenitätsdaten aus den USA neu bewertet. Cumol zeigte eine krebserregende Aktivität bei Ratten und Mäusen aufgrund erhöhter Inzidenzen von Nasen- und Nierentumoren bei Ratten und Lungen- und Lebertumoren bei Mäusen. Die PDE für Cumol wurde von 55 mg/Tag (Klasse 3) auf 0,7 mg/Tag (Klasse 2) gesenkt.^[19]

Weblinks

Commons: Cumol – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Eintrag zu Cumol. In: P. J. Linstrom, W. G. Mallard (Hrsg.): NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD