Was ist Adipinsäure?
Adipinsäure ist eine organische Verbindung mit der chemischen Formel (CH2)4(COOH)2. Sie ist die wichtigste Dicarbonsäure in der Industrie und ist ein weißes, geruchloses, kristallines Pulver. Sie ist auch bekannt als Hexandisäure und 1,4-Butandicarbonsäure.
Adipinsäure kommt in der Natur nur selten vor, ist aber in einigen Pflanzen enthalten. Historisch gesehen wurde sie durch Oxidation verschiedener Fette hergestellt, daher der Name Adipinsäure, von lateinisch adeps, adipis = tierisches Fett.
Eigenschaften der Adipinsäure
Sie ist löslich in Ethanol, in heißem Wasser und Aceton. Adipinsäure ist schwach löslich in Wasser und sauer in wässriger Lösung.
Sie gehört zu den zweibasigen Säuren mit zwei sauren Gruppen pro Molekül und ist in der Lage, zwei Protonen in Wasser freizusetzen, was eine zweistufige Protonendissoziation bei pKa-Werten von 4,4 und 5,4 bewirkt.
Da die beiden Carbonsäuregruppen durch vier Methylengruppen getrennt sind, kommt es bei der Adipinsäure zu einer intramolekularen Kondensationsreaktion. Wenn sie mit Bariumhydroxid bei hohen Temperaturen behandelt wird, ketonisiert sie zu Cyclopentanon.
(CH2)4(CO2H)2 → (CH2)4CO + H2O + CO2
Adipinsäure kann auch bei hohen Temperaturen erhitzt werden, um wasserfreie Adipinsäure zu bilden.
Verfahren zur Herstellung von Adipinsäure
Adipinsäure wird durch Oxidation von Cyclohexan gewonnen. Zunächst wird ein Gemisch aus Cyclohexanon und Cyclohexanol, das so genannte Ketonalkoholöl, hergestellt, das dann mit Salpetersäure oxidiert wird, um über einen mehrstufigen Weg Adipinsäure zu erhalten. Zu Beginn der Reaktion wird Cyclohexanol in Keton umgewandelt und salpetrige Säure freigesetzt.
C6H11OH + HNO3 → (CH2)5CO + HNO2 + H2O
In einem mehrstufigen Reaktionsprozess wird Cyclohexanon nitrosiert und die C-C-Bindung nach der folgenden Gleichung gespalten
HNO2 + HNO3 → NO+NO3- + H2O OC6H10 + NO+ → OC6H9-2-NO + H+
Zu den Nebenprodukten dieses Prozesses gehören Glutarsäure und Bernsteinsäure. Dabei entsteht Distickstoffoxid (N2O) in einem molaren Verhältnis von etwa 1:1 zur Adipinsäure.
Es wurden alternative Herstellungsverfahren vorgeschlagen, bei denen kein Lachgas entsteht, wie z. B. die Hydrocarboxylierung von Butadien gemäß der folgenden Formel oder die oxidative Spaltung von Cyclohexen mit Wasserstoffperoxid.
CH2=CH-CH=CH2 + 2 CO + 2 H2O → HO2C(CH2)4CO2H
Anwendungen von Adipinsäure
Adipinsäure wird als Rohstoff für verschiedene organische Synthesen verwendet und findet vor allem als Ausgangsmonomer bei der Herstellung von Polymeren wie Nylon-66 und Polyesterharzen breite Verwendung. Sie wird auch als synthetischer Rohstoff für Alkydharze und Pharmazeutika verwendet.
Adipinsäure wird auch als Lebensmittelzusatzstoff in Säuerungsmitteln, Qualitätsverbesserern und Expander verwendet. Sie wird auch als Standardsubstanz für Säuren und für die Bestimmung von alkalischen Standardlösungen verwendet.
Diethylester, die durch Veresterung von Adipinsäure mit Octylalkohol, Decylalkohol usw. gewonnen werden, werden als Weichmacher und synthetische Schmiermittel verwendet.
Sicherheit beim Gebrauch von Adipinsäure
Adipinsäure ist, wie andere Carbonsäuren auch, leicht hautreizend. Sie ist leicht toxisch, mit einer mittleren tödlichen Dosis von 3600 mg/kg bei oraler Aufnahme durch Ratten.
Was die Umwelt betrifft, so ist das bei der Herstellung von Adipinsäure freigesetzte Distickstoffoxid (N2O) eine Substanz, die zum Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre führt und einen Treibhauseffekt hat, der etwa 300 Mal größer ist als der von Kohlendioxid. Daher ist es notwendig, diese Emission zu kontrollieren. Die Hersteller von Adipinsäure haben ein Verfahren eingeführt, das Distickstoffoxid katalytisch nach folgender Formel in Stickstoff und Sauerstoff umwandelt:
2 N2O → 2 N2 + O2