Acrylsäureethylester

Strukturformel
Allgemeines
Name	Acrylsäureethylester
Andere Namen	Ethylacrylat Propensäureethylester Ethylpropenat
Summenformel	C5H8O2
CAS-Nummer	140-88-5
PubChem	8821
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch[1]
Eigenschaften
Molare Masse	100,12 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,92 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	< −75 °C[1]
Siedepunkt	100 °C[1]
Dampfdruck	39 hPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	schlecht in Wasser (15 g·l−1 bei 20 °C)[1]
Brechungsindex	1,404[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3] Gefahr H- und P-Sätze H: 225-302-312-332-315-317-319-335 P: 210-​233-​280-​302+352-​304+340-​305+351+338Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3] Leicht- entzündlich Gesundheits- schädlich (F) (Xn) R- und S-Sätze R: 11-20/21/22-36/37/38-43 S: (2)-9-16-33-36/37
MAK	5 ml·m−3 bzw. 21 mg·m−3[1]
LD50	400 mg·kg−1 (oral Ratte)[5]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

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Acrylsäureethylester, häufig auch Ethylacrylat genannt, ist eine organische chemische Verbindung aus der Gruppe der Carbonsäureester (genauer der Acrylsäureester). Sie liegt in Form einer leichtentzündlichen und flüchtigen Flüssigkeit mit unangenehm stechendem Geruch vor.

Geschichte

Acrylsäureethylester wird seit den frühen 1930er Jahren kommerziell hergestellt.^[6] Ethylacrylat ist inzwischen mit einer Jahresproduktionsmenge von ca. 500.000 Tonnen nach Acrylsäurebutylester der weltweit wichtigste Acrylsäureester. So wurden im Jahr 2006 in den USA 262 kt, in Westeuropa 63 kt, in Südafrika 35 kt und in Südkorea 50 kt^[7] sowie im Jahr 2009 in China 94 kt Acrylsäureethylester produziert.^[8]

Gewinnung und Darstellung

Acrylsäureethylester kann durch mehrere Verfahren hergestellt werden. So kann es durch Reaktion von Acrylnitril mit Ethanol und Schwefelsäure als Katalysator gewonnen werden. Es kann weiterhin aus Acetylen, Kohlenmonoxid und Ethanol gewonnen werden. Nach einem Verfahren der Celanese Corp. wurde in USA Ethylacrylat auch durch Umsetzung von Acrylsäure mit Ethylen und Schwefelsäure über die intermediär entstehenden Schwefelsäureester Ethylsulfat bzw. Diethylsulfat hergestellt.^[9]

In einer Pilotanlage der ADM Corp. wird die katalytische Umwandlung von Biomasse (Maisstengel) in der Reaktionssequenz Glucose → Glycerin → Acrolein → Acrylsäure + Ethanol → Acrylsäureethylester untersucht.^[10]

Heute wird Ethylacrylat praktisch ausschließlich durch direkte Veresterung von Acrylsäure mit Ethanol hergestellt (Ausbeute ca. 93 % d.Th.).

Eigenschaften

Acrylsäureethylester ist chemisch instabil und neigt unter dem Einfluss von Licht, bei erhöhter Temperatur und bei Kontakt mit Peroxiden auch in stabilisierter Form zur spontanen (z. T. explosiven) Polymerisation. Es besitzt eine Viskosität von 0,55 mPa·s bei 25 °C und eine spezifische Wärmekapazität von 1,98 kJ/(kg·K).^[2] Wegen der hohen Polymerisationsneigung wird Ethylacrylat handelsüblich mit 15±5 ppm MEHQ stabilisiert. Bei Lagerung in unter Lichtausschluss in Anwesenheit von polymerisationsinhibierend wirkendem Sauerstoff und bei Temperaturen unter 35°C ist jedoch eine Lagerdauer von einem Jahr gegeben. ^[11]

Verwendung

Acrylsäureethylester reagiert unter Katalyse durch Lewis-Basen in einer Michael-Addition mit Aminen in hohen Ausbeuten zu β-Alanin-Derivaten^[12]

Die nucleophile Addition an Acrylsäureethylester als α,β-ungesättigte Carbonylverbindung ist das wiederkehrende Motiv bei der Synthese von pharmazeutischen Zwischenprodukten, die zu (inzwischen obsoleten) Wirkstoffen wie dem Hypnotikum Glutethimid oder dem Vasodilatator Vincamin^[13] oder neueren Therapeutika wie dem COPD-Wirkstoff Cilomilast oder dem Nootropikum Leteprinim führen.^[14]

Mit Dienen geht Ethylacrylat als Dienophil Diels-Alder-Reaktionen ein, die z.B. mit 1,3-Butadien in einer [4+2]-Cycloaddition mit hoher Ausbeute zu einem Cyclohexen-Carbonsäureester reagieren.^[15]

Acrylsäureethylester ist Edukt für homologe Acrylsäureester (Alkylacrylate) durch Umesterung mit höheren Alkoholen mittels saurer oder basischer Katalyse. So werden Spezialacrylate zugänglich, wie z.B. das für druckempfindliche Klebstoffe verwendete 2-Ethylhexylacrylat (aus 2-Ethylhexanol), das für Automobilklarlacke verwendete Cyclohexylacrylat (aus Cyclohexanol), das z.B. mit Diisocyanaten zu quellbaren Gelen vernetzbare 2-Hydroxyethylacrylat (aus Ethylenglycol), die als Comonomer für Kammpolymere, die den Erstarrungspunkt von Paraffinölen herabsetzen, brauchbaren langkettigen Acrylate (aus C₁₈₊-Alkoholen)^[16] sowie das zur Herstellung von Flockungsmitteln für die Abwasserklärung und Papierherstellung wichtige 2-Dimethylaminoethylacrylat (aus Dimethylaminoethanol^[17]).

Als reaktives Monomer findet Ethylacrylat Verwendung in Homopolymeren und Copolymeren mit u.a. Ethylen, Acrylsäure und seinen Salzen, Amiden und Estern, Methacrylaten, Acrylnitril, Maleinsäureestern, Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, Butadien, ungesättigten Polyestern,^[18]

Copolymere von Acrylsäureethylester mit Ethylen (engl. EEA ethylene-ethyl acrylate copolymers) eignen sich wie Ethylen-Vinylacetat (EVA)- Copolymere als Klebstoffe und Polymeradditive,^[19] Copolymere mit Acrylsäure erhöhen die Reinigungswirkung von flüssigen Waschmitteln^[20], Copolymere mit Methacrylsäure werden als magensaftresistente Tablettenüberzüge (Eudragit®) eingesetzt.^[21]

Die große Zahl möglicher Comonomer-Einheiten und deren Kombination in Co- und Terpolymeren mit Ethylacrylat erlaubt die Realisierung unterschiedlicher Eigenschaften der Acrylat-Copolymere in einer Vielzahl von Anwendungen von Anstrichfarben und Klebstoffen über Papier-, Textil- und Lederhilfsmittel zu Kosmetik- und Pharmaprodukten.

Acrylsäureethylester wird auch als Aromastoff verwendet. Es wurde als flüchtiger Bestandteil in Ananas und Beaufort-Käse^[22] gefunden und ist eine Nebenkomponente im Vanille-Aroma, die bei der Heißextraktion von Vanille in Mengen bis über 1ppm anfällt und in derart hohen Konzentrationen das Extraktaroma negativ beeinflusst.^[23]Angesichts seiner Toxikologiedaten^[24][25]ist der gezielte Einsatz von Acrylsäureethylester als Aromastoff in Konsumgütern kritisch zu bewerten.

Sicherheitshinweise

Die Dämpfe von Acrylsäureethylester bilden mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch (Flammpunkt 9 °C, Zündtemperatur 350 °C). Bei Kontakt mit Ethylacrylat besteht die Gefahr der Sensibilisierung der Haut. Hinweise aus Tierversuchen auf eine mögliche Cancerogenität von Acrylsäureethylester^[26] sind nicht übertragbar auf Menschen.^[27]Die hohe Giftigkeit von Ethylacrylat (LD₅₀ 1,000mg/kg Ratte oral und LD₅₀ 1,800mg/kg Kaninchen dermal^[26]) macht die Handhabung der Substanz in geschlossenen Kompartimenten erforderlich. Der stechende Geruch des Ethylacrylats ist jedoch schon bei Konzentrationen von ca. 1 ppb wahrnehmbar,^[28] die weit unter dem Richtwert für die akute Exposition (Acute Exposure Guideline Level, AEGL-1) der U.S. Environmental Protection Agency von 8,3ppm liegen.^[29]

Einzelnachweise