Hydroxyethylmethacrylat

Strukturformel
Strukturformel von 2-Hydroxyethylmethacrylat
Allgemeines
NameHydroxyethylmethacrylat
Andere Namen
  • Methacrylsäure-2-hydroxyethylester
  • Glycolmethacrylat
  • HEMA (INCI)[1]
SummenformelC6H10O3
Kurzbeschreibung

farblose Flüssigkeit mit fruchtigem Geruch[2]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer868-77-9
EG-Nummer212-782-2
ECHA-InfoCard100.011.621
PubChem13360
WikidataQ424799
Eigenschaften
Molare Masse130,14 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

1,07 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

−12 °C[2]

Siedepunkt

250 °C[2]

Dampfdruck

0,08 hPa (20 °C)[2]

Löslichkeit

mischbar mit Wasser[2]

Brechungsindex

1,453 (20 °C)[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[4] ggf. erweitert[2]
Gefahrensymbol

Achtung

H- und P-SätzeH: 319​‐​315​‐​317
P: 280​‐​305+351+338​‐​302+352 [2]
Toxikologische Daten

5050 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[2]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

2-Hydroxyethylmethacrylat, kurz HEMA[5], ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der substituierten Carbonsäureester und Alkohole.

Gewinnung und Darstellung

2-Hydroxyethylmethacrylat wird durch Umsetzung von Methacrylsäure mit Ethylenoxid in Gegenwart von Hydrochinon dargestellt.[6] 1999 wurden weltweit etwa 42.000 t hergestellt. Damit gehört 2-Hydroxyethylmethacrylat zu den chemischen Substanzen, die in großen Mengen hergestellt werden („High Production Volume Chemical“, HPVC) und für die von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) eine Datensammlung zu möglichen Gefahren („Screening Information Dataset“, SIDS) angefertigt wurde.[7]

Eigenschaften

2-Hydroxyethylmethacrylat ist eine schwer entzündliche, farblose Flüssigkeit mit fruchtigem Geruch. Ihre wässrige Lösung reagiert sauer.[2] Die Polymerisationswärme beträgt −50 kJ·mol−1 bzw. −384 kJ·kg−1.[8] Der Verteilungskoeffizient log Kow (Medium: Octanol-Wasser) beträgt 0,42.[2]

Die Dämpfe von 2-Hydroxyethylmethacrylat können mit Luft (Flammpunkt 101 °C) ein explosionsfähiges Gemisch bilden[2], ab 375 °C tritt Selbstentzündung ein[3].

Spektroskopie

NMR-Spektroskopie

Das 1H-NMR-Spektrum (gemessen in CDCl3) zeigt fünf Signale: δ: 1,90 (t, 3 H, Me, J = 1,3 Hz), 3,80 (t, 2 H, CH2O, J = 6,5 Hz), 4,25 (t, 2 H, CH2O, J = 6,5 Hz), 5,10 (t, 1H, =CH2, J = 1,3 Hz), 6,10 (s, 1H, =CH2) ppm.[9] Wird in DMSO-d6 gemessen, so ist auch das Proton der Alkoholgruppe sichtbar und es ergeben sich sechs Signale.[10]

IR-Spektroskopie

Charakteristische IR-Banden von HEMA (gemessen als Film zwischen KBr-Scheiben) sind u. a. die breite O-H-Streckschwingung der durch Wasserstoffbrückenbindungen gebildeten Assoziate um 3500 cm−1, die starken asymmetrischen C-H-Streckschwindungen bei ca. 2970 cm−1, die starke Bande bei ca. 1720 cm−1, welche mit der C=O-Streckschwingung (Ester) assoziiert ist und welcher sich bei ca. 1640 cm−1 die schmale, mittelstarke C=C-Streckschwingung der Vinylidengruppe anschließt.[11] Insgesamt sind im IR-Spektrum alle Banden gut den funktionellen Gruppen zuzuordnen.[9][11]

Verwendung

2-Hydroxyethylmethacrylat wird als Reaktivverdünner bei der radikalischen Strahlenhärtung und als Comonomer für die Herstellung von Acrylharzen verwendet.[2] Es wird auch zur Herstellung von Acryl-Polymeren (als PolyHEMA oder auch als Copolymer mit Methacrylsäure, Styrol, Methylmethacrylat, Butylacrylat und weiteren), die als Zahnfüllungskunststoffe, Kontaktlinsen, künstliche Fingernägel (hergestellt aus UV-Licht-gehärteten Acrylaten), in der Druckformherstellung (Druckindustrie) und in Acrylharz-Lacken[12] verwendet werden. Wicherle und Lim zeigten als erste, dass ein Hydrogel auf der Basis von Hydroxyethylmethacrylat sich als biokompatibles Material eignen könnte.[13] 1953 hat Otto Wichterle zusammen mit dem Chemiker Drahoslav Lím ein Verfahren zur Herstellung patentieren lassen.

Toxizität

Toxikokinetik

HEMA wird in Säugetieren durch Esterasen schnell zu Ethylenglykol (EG) und Methacrylsäure (MAA) hydrolysiert. Letzte Metabolite sind CO2, welches abgeatmet wird und Oxalsäure, welche mit dem Urin ausgeschieden wird. Die geschätzte Halbwertzeit von HEMA im Säugetiermetabolismus liegt in der Größenordnung weniger Minuten.[2]

Inhalative Toxizität

Die mögliche Inhalation von HEMA ist angesichts des niedrigen Dampfdrucks kein relevanter Expositionsweg, potentiell toxische Konzentrationen können so nicht erreicht werden.[2][14]

Orale Toxizität

HEMA weist in Studien an Ratten eine geringe akute orale Toxizität auf. Verfügbare Studien geben durchweg einen oralen LD50 für Ratten von > 5.000 mg/kg KG an.[2][14]

Der orale NOAEL-Wert für Ratten wird mit 30 mg/kg KG angegeben.[14]

Dermale Toxizität

Bei Kaninchen wird der dermale LD50 in den verfügbaren Studien durchweg mit > 3.000 mg/kg KG angegeben.[14]

Die Gefahr der Resorption toxischer Dosen beim Menschen scheint auch aufgrund der schnellen Metabolisierung von HEMA gering.[14]

Sensibilisierung

HEMA wurde im Tierversuch und am Menschen als sensibilisierend eingestuft.[14]

Gentoxizität und Mutagenität

Es liegen für HEMA sowohl positive, als auch negative Resultate in in vitro und in in vivo Mutagenitäts-/Genotoxizitätstests vor. Insgesamt wird es nach international anerkannten Kriterien als nicht mutagen eingestuft.[14]

Risikobewertung

Hydroxyethylmethacrylat wurde 2013 von der EU gemäß der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH) im Rahmen der Stoffbewertung in den fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft (CoRAP) aufgenommen. Hierbei werden die Auswirkungen des Stoffs auf die menschliche Gesundheit bzw. die Umwelt neu bewertet und ggf. Folgemaßnahmen eingeleitet. Ursächlich für die Aufnahme von Hydroxyethylmethacrylat waren die Besorgnisse bezüglich Verbraucherverwendung, hoher (aggregierter) Tonnage, hohes Risikoverhältnis (Risk Characterisation Ratio, RCR) und weit verbreiteter Verwendung sowie der Gefahren ausgehend von einer möglichen Zuordnung zur Gruppe der CMR-Substanzen und der vermuteten Gefahren durch sensibilisierende Eigenschaften. Die Neubewertung fand ab 2014 statt und wurde von Frankreich durchgeführt. Anschließend wurde ein Abschlussbericht veröffentlicht.[15][16]

Einzelnachweise

  1. ↑ Eintrag zu HEMA in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 23. Oktober 2021.
  2. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p Eintrag zu 2-Hydroxyethylmethacrylat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
  3. ↑ a b Datenblatt 2-Hydroxyethyl methacrylate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 12. November 2018 (PDF).
  4. ↑ Eintrag zu 2-hydroxyethyl methacrylate im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  5. ↑ Lehrbuch der organischen Chemie, Beyer/Walter
  6. ↑ Eintrag zu (2-Hydroxyethyl)methacrylat. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. November 2014.
  7. ↑ OECD: Screening Information Dataset (SIDS) Initial Assessment Report (SIAR) für 2-Hydroxyethyl methacrylate, abgerufen am 3. Oktober 2014.
  8. ↑ Brandrup, J.; Immergut, E.H.; Grulke, E.A.; Abe, A.; Bloch, D.R.: Polymer Handbook, 4th Edition, Wiley-VCH 2003, ISBN 978-0-471-47936-9, S. II/369.
  9. ↑ a b Seda A. Torosyan, Yulia N. Biglova, Vladimir V. Mikheev, Zarina T. Khalitova, Fanuza A. Gimalova: Synthesis of fullerene-containing methacrylates. In: Mendeleev Communications. Band 22, Nr. 4, 2012, S. 199–200, doi:10.1016/j.mencom.2012.06.009.
  10. ↑ Prantik Mondal, Prasanta Kumar Behera, Nikhil K. Singha: A healable thermo-reversible functional polymer prepared via RAFT polymerization and ultrafast ‘click’ chemistry using a triazolinedione derivative. In: Chemical Communications. Band 53, Nr. 62, 2017, S. 8715–8718, doi:10.1039/C7CC02980B.
  11. ↑ a b Eintrag zu 2-hydroxyethyl methacrylate in der Spectral Database for Organic Compounds (SDBS) des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), abgerufen am 17. November 2019.
  12. ↑ Informationen zu Kontaktallergenen
  13. ↑ Jörg Zimmermann: Polyol- und Azlacton-Makromonomere für Netzwerksysteme, neue Werkstoffe und biomedizinische Anwendungen. Dissertation, Universität Freiburg, 2001 DNB 96377381x/34
  14. ↑ a b c d e f g Registrierungsdossier zu 2-hydroxyethyl methacrylate (Abschnitt 1) bei der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 17. November 2019.
  15. ↑ Europäische Chemikalienagentur (ECHA): Substance Evaluation Conclusion and Evaluation Report.
  16. ↑ Community rolling action plan (CoRAP) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA): 2-hydroxyethyl methacrylate, abgerufen am 6. März 2022.

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Struktur von 2-Hydroxyethylmethacrylat