Перекиси ацетона: получение, свойства и применение

Перекиси ацетона представляют собой органические соединения, содержащие перекисные группы в молекуле ацетона. Они могут существовать в виде мономера, димера (диперекись ацетона), тримера (триперекись ацетона) и полимера. Эти вещества отличаются нестабильностью и склонностью к взрывному разложению.

История открытия

Впервые перекиси ацетона были получены в 1895 году немецким химиком Рихардом Вольфенштейном в процессе изучения взаимодействия ацетона с перекисью водорода. Он обнаружил, что при смешивании этих веществ в присутствии фосфорной кислоты как катализатора образуются кристаллы триперекиси ацетона.

В 1899 году немецкие химики Адольф Байер и Виктор Виллигер синтезировали димерную форму - диперекись ацетона.

Получение перекисей ацетона

Основным методом получения перекисей ацетона является окисление ацетона перекисью водорода в присутствии минеральных кислот в качестве катализатора:

ацетон + перекись водорода -> перекиси ацетона

В зависимости от условий реакции и типа кислоты могут образовываться разные формы перекисей:

• триперекись ацетона (основной продукт)
• диперекись ацетона
• моноперекись и полиперекись ацетона (в следовых количествах)

Для селективного синтеза диперекиси ацетона используют реакцию персульфата калия с ацетоном в присутствии разбавленной серной кислоты.

Свойства и применение

Перекиси ацетона характеризуются высокой нестабильностью и склонностью к взрывному разложению даже при комнатной температуре. Особенно опасна триперекись ацетона, которая может детонировать от трения, удара, искры или нагревания. Эта особенность ограничивает применение этих соединений, но делает их привлекательными для изготовления самодельных взрывных устройств.

Официально перекись ацетона разрешена для использования только как пищевая добавка E929, улучшающая качество мучных изделий. Однако на практике она практически не применяется в пищевой промышленности.

Перекиси ацетона часто фигурируют в уголовных делах, связанных с незаконным изготовлением взрывчатых веществ. Из-за простоты синтеза из гражданских химикатов они популярны у террористов и преступников.

Из-за высокой опасности и сложности обращения перекисью ацетона европейские ученые разработали ее безопасную имитацию в виде спрея для обучения служебных собак и тестирования детекторов взрывчатки.

Меры предосторожности

При работе с перекисями ацетона необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Проводить синтез в вытяжном шкафу, избегать попадания паров на кожу и в дыхательные пути
• Использовать перчатки, защитные очки и респиратор
• Не нагревать, не трясти емкости с перекисью ацетона
• Хранить в прохладном, темном месте, вдали от горючих материалов
• При обнаружении признаков разложения перекиси (помутнение, выделение газов) следует немедленно покинуть помещение

Несоблюдение правил безопасности при работе с перекисями ацетона может привести к взрыву, ожогам и отравлению парами ацетона.

Ацетон, сода, перекись водорода

Одним из вариантов получения перекисей ацетона является реакция ацетона, перекиси водорода и пищевой соды. В этом случае сода выступает в роли основания, нейтрализующего кислотность среды и предотвращающего разложение образующейся перекиси ацетона. Однако выход целевого продукта в такой реакции невысок, поэтому этот метод имеет лишь ознакомительное значение.

Совместное получение ацетона и перекиси водорода

Для синтеза перекисей ацетона целесообразно получать ацетон и перекись водорода раздельно. Совместный синтез этих реагентов усложняет процесс и снижает выход целевого продукта.

Однако в лаборатории для демонстрационных целей допустимо проводить окисление изопропилового спирта кислородом воздуха в присутствии катализатора с получением ацетона и перекиси водорода в одном реакторе. Затем реакционную массу обрабатывают минеральной кислотой с образованием перекисей ацетона.

Перекись плюс сода плюс ацетон

Реакция перекиси водорода, пищевой соды и ацетона при определенных условиях позволяет получить перекиси ацетона. Сода в данном случае выступает в роли нейтрализатора кислотности, что предотвращает преждевременное разложение образующейся перекиси. Однако выход продукта в таких условиях невысок, поэтому эту реакцию используют в основном в демонстрационных и учебных целях.

Применение перекисей ацетона

Несмотря на высокую опасность, перекиси ацетона иногда все же находят применение в промышленности и науке. Так, диперекись ацетона может использоваться как химический инициатор полимеризации некоторых мономеров. Однако ее высокая стоимость ограничивает такое применение.

Применение в органическом синтезе

Перекиси ацетона обладают окислительными свойствами, поэтому в небольших количествах могут применяться в органическом синтезе для окисления различных субстратов. Например, с их помощью можно проводить эпоксидирование алкенов, окисление спиртов в карбонильные соединения.

Применение в аналитической химии

Для обнаружения и идентификации перекисей ацетона можно использовать такие методы, как тонкослойная хроматография, газовая хроматография, масс-спектрометрия. Эти методы позволяют проводить качественный и количественный анализ перекисей на содержание примесей и продуктов разложения.

Применение в криминалистике

Поскольку перекиси ацетона часто используются для изготовления самодельных взрывных устройств, методы их обнаружения и идентификации широко применяются в криминалистике. С помощью химического анализа можно доказать факт незаконного изготовления взрывчатки на основе перекисей.

Прочие области применения

В единичных случаях сообщалось об использовании перекисей ацетона в составе топлива для микроБПЛА. Преимуществом является высокая энергоемкость перекисей при относительно небольшой массе.

Также перекиси ацетона могут применяться в научных исследованиях для изучения механизмов окислительно-восстановительных реакций и процессов горения.

Токсичность перекисей ацетона

Помимо взрывоопасности, перекиси ацетона обладают выраженной острой токсичностью при вдыхании паров, попадании на кожу и слизистые оболочки, при проглатывании.

Основным токсическим действием является раздражающее и прижигающее действие на ткани организма. Возможно поражение дыхательных путей и легких, печени, почек, ЦНС.

Симптомы отравления: кашель, одышка, резь в горле, тошнота, рвота, головная боль, головокружение, потеря сознания.