Isopren

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert

Gefahr

H- und P-Sätze

Flüssigkeit und Dampf extrem entzündbar.
Kann Krebs erzeugen (Expositionsweg angeben, sofern schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
Kann vermutlich genetische Defekte verursachen (Expositionsweg angeben, sofern schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
Schädlich für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.

Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellenarten fernhalten. Nicht rauchen.
Vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen.
Vorgeschriebene persönliche Schutzausrüstung verwenden.
Freisetzung in die Umwelt vermeiden.
Bei Exposition oder falls betroffen: Ärztlichen Rat Einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.

MAK

Schweiz: 3 ml/m³ bzw. 8,5 mg/m³

Isopren ist der Trivialname für den ungesättigten Kohlenwasserstoff 2-Methylbuta-1,3-dien. Es ist ein Derivat des 1,3-Butadiens. Isopren ist die Grundeinheit der Terpene, wird selbst aber meist nicht zu diesen gezählt. Isopren wird von vielen Pflanzen produziert und in die Erdatmosphäre abgegeben. Es ist neben Methan der Kohlenwasserstoff mit der höchsten Emissionsrate.

Strukturformel

Allgemeines
Name	Isopren
Andere Namen	2-Methylbuta-1,3-dien
Summenformel	C₅H₈
Kurzbeschreibung	farblose, hochentzündliche Flüssigkeit mit mildem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer	78-79-5
EG-Nummer	201-143-3
ECHA-InfoCard	100.001.040
PubChem	6557
Eigenschaften
Molare Masse	68,12 g/mol
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,68 g/cm³
Schmelzpunkt	−146 °C
Siedepunkt	34 °C
Dampfdruck	604 hPa (20 °C)
Löslichkeit	sehr schlecht in Wasser (0,7 g/l bei 20 °C) gut in Ethanol und Diethylether
Brechungsindex	1,4218

Geschichte

1860 isolierte Charles Hanson Greville Williams durch Destillation die Zersetzungsprodukte des Naturkautschuks und nannte das leichteste „Isopren“. Die Strukturformel stammte von William A. Tilden (1882), der auch Isopren in Terpentinöl fand. Korrekte Vorstellungen vom Aufbau von Naturkautschuk aus Isopren hatte Hermann Staudinger (1920), wobei er in Samuel Pickles (1906) einen Vorläufer hatte.

Synthese

Es gibt eine Vielzahl von Synthesen für Isopren. Ethen reagiert mit Propen zu 2-Methylbuten. 2-Methylbuten wird an Chromoxid-Aluminiumoxid-Katalysatoren zum Isopren dehydriert.

Eine weitere Möglichkeit ist die Dimerisierung von Propen zu 2-Methylpenten und die nachfolgende Abspaltung von Methan:

Weitere Synthesen sind z. B. die Thermolyse von Terpentin (in der Isoprenlampe nach C. H. Arries) oder die Pyrolyse von Dipenten oder Limonen. Die am häufigsten verwendete Synthese ist die säurekatalysierte Additionsreaktion von Formaldehyd an Isobuten über die Prins-Reaktion, bei der 1,3-Dioxan entsteht, das in der Gasphase bei 200 bis 300 °C über einem Säurekatalysator wie Phosphorsäure zu Isopren gespalten wird. Eine weitere Synthese ausgehend von Isobuten und Formaldehyd erzeugt 2-Methyl-1-buten-4-ol, das bei 100 °C in einer Lösung aus Salzsäure und Natriumchlorid dehydatisiert wird. Ebenso kann Isopren aus 2-Methylbutanal erzeugt werden, das durch Rhodium-katalysierte Hydroformylierung von 2-Buten und anschließende Dehydratisierung erzeugt wird.

Bedeutung und Vorkommen

Isoprenproduktion durch Pflanzen

Vom Isopren lassen sich formal viele Naturstoffe ableiten, die zu den isoprenoiden Naturstoffen zusammengefasst werden. Ein Beispiel hierfür sind die Steroide und Terpene. Der direkte Vorläufer und Ausgangspunkt der Biosynthese der Isoprenoide ist jedoch nicht Isopren, sondern das biochemisch aktivierte Isopentenyl-Pyrophosphat (IPP) und dessen Isomer Dimethylallyl-Pyrophosphat (DMAPP). Isopren selbst wird von vielen Bäumen und Phytoplankton produziert; der Grund dafür ist aber nicht geklärt. Gemäß einer Hypothese soll das gasförmige Isopren die Pflanzen vor Oxidation durch bodennahes Ozon schützen.

Eine Pflanze, deren freigesetztes Isopren bei Windstille an heißen Tagen angezündet werden kann, ist Diptam (Dictamnus sp.) (englisch: gas plant). Die Pflanze nimmt dabei keinen Schaden.

Isopren kommt verknüpft in wiederholenden Einheiten in Membranen der Archaea vor. Dort bilden sie die hydrophoben Anteile der Lipide und sind über Etherbindungen mit Glycerinmolekülen verknüpft. Die Isopreneinheiten der äußeren und inneren Schicht können sich verbinden, sodass eine einlagige Lipidschicht entsteht.

>Isopren in der Atmosphäre

Isopren wird von Pflanzen in die Atmosphäre abgegeben. Die jährliche Emission beträgt etwa 600 Megatonnen, die Hälfte davon stammt aus tropischen Bäumen. Das entspricht etwa den jährlichen Methanemissionen. Isopren wird durch die Reaktion mit OH-Radikalen und Ozon abgebaut, dabei entstehen Aldehyde, Peroxide und organische Nitrate, die sich in Tröpfchen lösen oder Partikel bilden können.

Verwendung

Zur Herstellung von Isopren-Kautschuk (IR), daneben auch für Naturstoffsynthesen, z.;B. für α-Terpineol.

Sicherheitshinweise und Toxikologie

Isopren ist nur von geringer akuter Toxizität: Der orale LD₅₀-Wert für Ratten ist > 2000 mg/kg. Isopren kann inhalativ und durch Verschlucken aufgenommen werden. Der Kontakt mit Augen und Haut erzeugt Rötungen und Schmerz, eine Inhalation ruft Husten, Übelkeit, Brennen und flachen Atem hervor. Im Tierversuch wirkt Isopren krebserregend und erbgutverändernd.

Reaktionen

Isopren dimerisiert im Sinne einer Diels-Alder-Reaktion beim Erhitzen zu Limonen; die Reaktion gelang erstmals Gustave Bouchardat im Jahr 1878.

Isopren wird mit Acrylsäuremethylester in einer Diels-Alder-Reaktion zu racemischem 4-Methylcyclohex-3-en-1-carbonsäuremethylester umgesetzt. Dieser ergibt in einer Grignard-Reaktion mit Methylmagnesiumbromid (CH₃MgBr, Grignard-Reagenz) nach der Hydrolyse α-Terpineol als Racemat:

Synthese von (±)-α-Terpineol [(RS)-α-Terpineol].

Basierend auf einem Artikel in:

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