Strukturformel
Allgemeines
Name	Ethen (IUPAC)
Andere Namen	Ethylen Äthen Äthylen Vinylwasserstoff R-1150 (als Kältemittel)
Summenformel	C2H4
Kurzbeschreibung	hochentzündliches, farbloses Gas mit schwach süßlichem Geruch[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 74-85-1 EG-Nummer 200-815-3 ECHA-InfoCard 100.000.742 PubChem 6325 Wikidata Q151313
Eigenschaften
Molare Masse	28,05 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig, fluid bei Transport
Dichte	1,178 kg·m−3 (15 °C)[1]
Schmelzpunkt	−169,18°C[1]
Siedepunkt	−103,8 °C[1]
Dampfdruck	4,1 MPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	sehr schlecht in Wasser (130 mg·l−1)[1]
Dipolmoment	0[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[3] ggf. erweitert[1] Gefahr H- und P-Sätze H:220​‐​280​‐​336 P:210​‐​260​‐​304+340​‐​315​‐​377​‐​381​‐​405​‐​403[1]
MAK	Schweiz: 10000 ml·m−3 beziehungsweise 11500 mg·m−3[4]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	52,4 kJ/mol (Gas)[5]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Ethen (auchÄthen,Ethylen oder älterÄthylen) ist eine gasförmige, farblose, hochentzündliche, süßlich riechendeorganische Verbindung mit derSummenformel C₂H₄. Es handelt sich um das einfachsteAlken, einen ungesättigtenKohlenwasserstoff mit einerKohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung.

Mit einer Jahresproduktion von über 100 Millionen Tonnen ist Ethen die meistproduzierte organischeBasischemikalie. Ethen ist ein wichtiger Baustein, der in der chemischen Industrie zur Herstellung einer Vielzahl von Folgeprodukten verwendet wird. Etwa die Hälfte des Ethens wird für die Produktion vonPolyethylen und anderenPolyolefinen verwendet. Weitere großtechnisch hergestellte Folgeprodukte sindEthylenoxid,Styrol,Vinylchlorid,Ethanol oderα-Olefine.

Großwirtschaftlich wird Ethen durchSteamcracken einer Vielzahl von Kohlenwasserstoffen hergestellt. InEuropa undAsien wird Ethen hauptsächlich aufNaphtha- oderGasöl-Basis hergestellt, in denVereinigten Staaten,Kanada und imNahen Osten zudem ausEthan,Propan undFlüssiggas. Andere Verfahren wie dasMethanol-to-Olefins-Verfahren oder dieFischer-Tropsch-Synthese bieten die Möglichkeit, Ethen ausErdgas,Kohle,Erdölprodukten oderBiomasse zu gewinnen. Die Ethenherstellung auf Basis vonBioethanol bietet die Möglichkeit, Ethen ausnachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Im Vergleich zum Steamcracken haben diese Verfahren jedoch nur eine untergeordnete Bedeutung.

Ethen ist einPflanzenhormon, das viele Aspekte der pflanzlichenMorphogenese reguliert und für die Beschleunigung der Reifungklimakterischer Früchte verantwortlich ist. Bei der Verbrennungfossiler Brennstoffe, bei Waldbränden oder der Verbrennung von Ernterückständen entsteht Ethen, in Städten sind Kraftfahrzeugabgase eine Quelle für Ethen in der Umgebungsluft. Das Einatmen von Ethen in hohen Konzentrationen kann beim Menschen zu Sehstörungen undnarkotischen Wirkungen führen. In Gegenwart von Oxidationsmitteln wieOzon oderChlor kann Ethen explosiv reagieren.

Die BezeichnungEthylen ist in Nordamerika und Europa gebräuchlich, die offizielleIUPAC-Bezeichnung lautet jedochEthen. In den IUPAC-Nomenklaturregeln von 1979 wurde der NameEthylen zunächst belassen, diese Entscheidung wurde jedoch 1993 rückgängig gemacht. In derIUPAC-Nomenklatur ist der NameEthylen für die Gruppe –CH₂CH₂– reserviert.^[6] Daher sind Bezeichnungen wieEthylenoxid oderEthylendibromid zulässig und üblich.

Imalten Ägypten wurde Ethen unbewusst zum Reifen vonMaulbeer-Feigen genutzt. Dazu wurde einige Feigen angeritzt, um einen ganzen Strauch reifen zu lassen.^[7] Imalten China wurdenRäucherstäbchen, die beim Verbrennen geringe Mengen Ethen freisetzen, in einem Lagerraum fürBirnen abgebrannt, um die Früchte reifen zu lassen.^[8]

Möglicherweise war Ethen Bestandteil eines Gasgemisches ausKohlenwasserstoffen undKohlenstoffdioxid, das imAdyton desApollon-Tempels inDelphi austrat und diePythia in Trance versetzte, die daraufhin die Orakelsprüche des Gottes verkündete.^[9] Dies wurde bereits vonCicero beschrieben, der in seinem WerkDe divinatione (Über die Weissagung) auf die Existenz dieser Gase hinwies: „Im Übrigen meine ich, dass es auch gewisse Ausdünstungen der Erde gab, die in den Geist eindrangen, so dass er Orakel ausstieß.“^[10] Das Erwachen aus derTrance soll schnell erfolgt sein, und außer dem Gefühl, vom GottApollon besessen zu sein, hatte Pythia keine Erinnerung an die Ereignisse während der Trance. Diese Wirkungen ähneln denen, die vonToxikologen für Patienten unter leichter Ethen-Narkose beschrieben wurden.^[9]

Die erste Erwähnung von Ethen alsGas findet sich im Jahr 1669 in dem WerkActorum Laboratorii Chymici Monacensis, seu Physicae subterraneae des deutschenAlchemistenJohann Joachim Becher. Becher erhielt das Gas durch Erhitzen vonEthanol mitSchwefelsäure.^[11] Bereits 1777 soll der niederländische MedizinerJan Ingenhousz über die in Amsterdam erfolgte Synthese von Ethen durchHenricus Aeneae (Enée) und dessen Mitarbeiter John Cuthbertson erfahren haben.^[12][13]

Im Jahr 1795 wurde von den niederländischen ChemikernJohan Rudolph Deiman,Adriaan Paets van Troostwijk, Anthonie Lauwerenburgh undNicolaas Bondt die Synthese von1,2-Dichlorethan aus Ethen undChlor entdeckt. Da das Produkt alsÖl der holländischen Chemiker bezeichnet wurde, wurde das 1669 von Becker entdeckte und 1799 vonJoseph Priestley untersuchte Ethen (im Deutschen ursprünglich Äthylen) im Französischengaz oléfiant („ölbildendes Gas“), im Englischenolefiant gas, genannt.^[14] 1807 versuchteJohn Dalton eine Strukturformel aufzustellen.^[15] In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts gelang die synthetische Darstellung pflanzlicher Säuren wie zum Beispiel derBernsteinsäure aus Ethen.^[16]

Auf dieanästhetischen Eigenschaften von Ethen hatte 1864 derPhysiologeLudimar Hermann hingewiesen.^[17] Das Gas war alsAnästhetikum nebenLachgas vor allem bei schwachen Betäubungen in Gebrauch. Es wirkt narkotisch und muskelentspannend. Im Jahr 1923 wurde es in Chicago zum ersten Mal öffentlich benutzt, die narkotische Wirkung des Ethens ist etwas stärker als die des Lachgases und hat einen ähnlichen Wirkmechanismus. Nach der 1923 erschienenen Publikation von A. Luckhardt und J. B. Carter von derUniversity of Chicago über Narkosen mit Ethen bei über 100 Operationen fand es zunächst vermehrt Anwendung.^[17][18][19] Später wurde es jedoch nicht mehr verwendet, da es brennbar und in Verbindung mit Sauerstoff hoch explosiv ist und unangenehm riecht. Außerdem war die Narkosewirkung des Ethens im Vergleich zu anderen gebräuchlichen Narkosemitteln nicht sehr gut; um eine gute Wirkung zu erzielen, musste das Narkosegemisch etwa 90 % Ethen enthalten.^[20]

Ende des 19. Jahrhunderts studierte der russische BiologeDimitri Nelyubov die Reaktion derErbse aufLeuchtgas. Dabei entdeckte er, dass das im Leuchtgas enthaltene Ethen der Bestandteil war, auf den die Erbsen reagierten. Der Wissenschaftler Frank Denny vomLandwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten erkannte, dass die unter Landwirten verbreitete Praxis,Zitrusfrüchte in Schuppen unterKerosinbeleuchtung reifen zu lassen, ebenfalls auf das bei der Verbrennung von Kerosin in Spuren entstehende Ethen zurückzuführen ist.^[8] Er hatte festgestellt, dass die Kerosinabgase unwirksam wurden, wenn sie durch eineBromwasserlösung geleitet wurden, wobei das Ethen zu 1,2-Dibromethan reagiert.

Nach der Entdeckung der reifungsfördernden Wirkung von Ethen bei Zitrusfrüchten wurde es bald bei anderen Früchten eingesetzt. Da reife Bananen wegen ihrer Empfindlichkeit nicht aus den Tropen zu den Märkten in Europa und den USA transportiert werden konnten, war es üblich, grüneBananen zu verschiffen. Diese wurden am Bestimmungsort zunächst mit Hilfe von Kerosinöfen nachgereift. Da die Ethenreifung bei niedrigeren Temperaturen erfolgt und dadurch weniger Fäulnis auftritt, wurde die Kerosinreifung bald verdrängt. Das Verfahren wurde schließlich für die Reifung vonTomaten,Ananas,Melonen,Birnen,Mangos,Paprika,Avocados,Äpfeln,Pflaumen und vielen anderen Früchten eingesetzt.^[21]

In den 1930er Jahren entdeckte Richard Gane, dass Pflanzen Ethen synthetisieren, und er bewies, dass Ethen ein endogenes Pflanzenhormon ist. Von den 1960er bis zu den frühen 1980er Jahren wurde die Ethen-Biosynthese in Pflanzen aufgeklärt und membrangebundene Ethenbindungsstellen entdeckt und charakterisiert. In den 1990er Jahren begann die Aufklärung des Wirkungsmechanismus.^[22]

Technisch wurde Ethen zunächst durchDehydratisierung vonEthanol oder durch Isolierung ausKokereigas gewonnen. Eine erste großtechnische Herstellung von Ethen aus Ethanol erfolgte 1913 in den Elektrochemischen Werken in Bitterfeld.^[23] Das so gewonnene Ethen wurde zu Kühlzwecken benutzt.Die FirmaImperial Chemical Industries entdeckte 1933 in Laborversuchen die Hochdruckpolymerisation von Ethen. Nach der Patenterteilung 1937 begann 1938 der Bau der ersten Polyethylenanlage inGroßbritannien. In den Vereinigten Staaten begann die industrielle Produktion 1943 durchDuPont.^[24] Mit der Möglichkeit, Polyethylen durch Hochdruckpolymerisation herzustellen, stieg die Nachfrage nach Ethen sprunghaft an.

Der deutsche Inlandsbedarf an Ethen, der 1944 bei 200.000 Tonnen pro Jahr lag, stieg in der Nachkriegszeit rasch an. Als Rohstoff für eine Vielzahl von Produkten, darunter Glycole, Polyglycole, Ethylenoxid und Ethanol, gewann Ethen schnell an Bedeutung. Diese Entwicklung wurde durch die Entdeckung derNiederdruckpolyethylensynthese durchKarl Ziegler Anfang der 1950er Jahre noch verstärkt.^[25] In den ersten Nachkriegsjahren standen für die Produktion die Teilhydrierung von Ethin, das über dieCarbidroute aus Kohle und Kalk hergestellt wurde, die Dehydratisierung von Ethanol und die Abtrennung aus Kokerei- und Crackgasen durch Verflüssigung zur Verfügung. In Frankreich wurde ein Verfahren angewandt, bei dem Kokereigase durch eineSchwefelsäurelösung geleitet wurden. Das Ethen wurde dabei als Schwefelsäureester abgefangen und durch Hydrolyse zu Ethanol freigesetzt.^[26]

Das technisch relevante Verfahren ist dasSteamcracken von Naphtha oder höherenKohlenwasserstoffgemischen wieHydrowax. Während in den Vereinigten Staaten die Ethenproduktion 1950 noch bei 675.000 Tonnen lag, stieg sie bis 1962 bereits auf etwa 1.800.000 Tonnen.^[27]

Aufgrund des steigenden Bedarfs wurde in den 1960er Jahren eine Ethen-Pipeline konzipiert, die Ethen zwischen den Herstellern und Verbrauchern in denNiederlanden,Belgien undDeutschland transportiert. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Sicherheit wird Ethen grundsätzlich nur per Pipeline transportiert. In Deutschland und Teilen der Niederlande und Belgiens wurde 1974 dieEthylene-Pipeline ARG zum Transport von Ethen zwischen den Chemiestandorten vonRotterdam überAntwerpen in den RaumKöln und in dieEmscher-Lippe-Region sowie in dasRhein-Main-Gebiet und nachLudwigshafen am Rhein in Betrieb genommen. Die Ethylene-Pipeline ARG hat eine Länge von etwa 500 Kilometern und transportiert jährlich bis 2,0 Millionen Tonnen Ethen zu etwa 20 direkt angeschlossenen petrochemischen Unternehmen.^[28]

InBayern verbindet dieEthylen-Pipeline Münchsmünster-Gendorf dasBayrische Chemiedreieck im Südosten mit dem Chemiestandort beiIngolstadt. Nach einer sechsjährigen Bauzeit wurde 2013 die 370 Kilometer langeEthylen-Pipeline Süd vonMünchsmünster nach Ludwigshafen am Rhein in Betrieb genommen, eines der größten Infrastrukturprojekte der deutschen chemischen Industrie im 21. Jahrhundert. Sie verbindet das nordwest-deutsche Netz mit den bayerischen Chemiestandorten.^[29] Sie verläuft von Münchsmünster weitgehend in westlicher Richtung entlang derTransalpinen Ölleitung, quert den Rhein beiKarlsruhe und führt dann nach Norden bis Ludwigshafen. Die Ethylen-Pipeline Süd hat eine Kapazität von 400.000 Tonnen Ethen pro Jahr und kann sowohl von Münchsmünster nach Ludwigshafen als auch in umgekehrter Richtung pumpen.^[30]

Erst 1981 wurde der Prozess der Dehydratisierung von Ethanol in Brasilien von Salgema Indústrias Químicas wieder aufgenommen. Salgema produzierte etwa 100.000 Tonnen pro Jahr, basierend auf einem Patent derPetrobras. Ausgangsmaterial für das „Green Ethylene“ ist Ethanol ausZuckerrohr. Im Jahr 2010 errichtete dieBraskem ein Werk zur Dehydratisierung von Ethanol inTriunfo inRio Grande do Sul mit einer Jahreskapazität von 200.000 Tonnen.^[23]

Ab den 1990er Jahren wurde billiges Ethan aus Erdgas, das durchFracking gewonnen wurde, zum neuen Ausgangsstoff für die Ethenproduktion in den USA. Dies veranlasste die US-amerikanischen Chemieproduzenten zum Bau neuer Ethancracker-Kapazitäten. Allein zwischen 2017 und 2020 wurden rund 10 Millionen Tonnen zusätzliche Kapazität installiert.^[31]

Im Jahr 2010 wurden weltweit etwa 123 MillionenTonnen an Ethen hergestellt.^[32] Das Produktionsvolumen in Deutschland lag zwischen 2013 und 2022 bei 4,32 bis 5,2 Millionen Tonnen.^[33] Der weltweite Ethenmarkt hatte 2022 ein Volumen von rund 137 Milliarden US-Dollar.^[34] Der Ethan-Steamcracker TX-9 der Dow inOyster Creek,Texas, besitzt eine Nennkapazität von 2 Millionen Tonnen Ethen pro Jahr und war damit 2020 die größte Ethen-produzierende Anlage der Welt.^[35] In den Jahren nach der weltweitenCOVID-19-Pandemie konnten die US-Hersteller ihren Wettbewerbsvorteil der niedrigen Rohstoffkosten weiter ausbauen. Andererseits belasteten dieInflation und dieEnergiekostenproblematik dieRentabilität der Herstellung von Ethen und seinen Folgeprodukten im europäischen Raum.^[36]

Die Ethenkonzentration in der Atmosphäre wird weltweit überwiegend von natürlichen Quellen verursacht und liegt in der globalenTroposphäre, der untersten Schicht der Erdatmosphäre, meist unter 0,1 parts per billion (ppb).^[37] Ein kleiner Teil des Ethens gelangt in dieStratosphäre. Die Ethenproduktion erfolgt hauptsächlich biotisch durchhöhere undniedere Pflanzen sowie durch mikrobiologische Aktivitäten, etwa Bakterien der GattungPseudomonas oderSchimmelpilze der GattungMucor. Abiotisch entsteht Ethen beispielsweise durch den nicht-enzymatischen Abbau vonEthionin, Eisen(II)-Ionen katalysieren die abiotische Bildung von Ethen ausMethionin. In der Landwirtschaft werden zum TeilDünger mit Ethen freisetzenden Substanzen wie2-Chlorethylphosphonsäure eingesetzt.^[38] Ethen entsteht ebenfalls bei Waldbränden oder Brandrodungen.

Lokale Ethenemittenten, von denen im Jahr 2022 weltweit 336 identifiziert wurden, sind in der chemischen und petrochemischen Industrie, der Kohleförderung und -verarbeitung, der Metallurgie sowie in einigen städtischen Gebieten zu finden. Die höchste Dichte an lokalen Ethenemittenten findet sich in Europa, Russland, dem Nahen Osten, Indien und Ostasien.^[37] Der Autoverkehr trägt in städtischen Gebieten zur Ethenbelastung bei.

Ethen wird in der Atmosphäre schnell abgebaut, aber es trägt als Vorläufersubstanz vonFormaldehyd und bodennahemOzon zur Luftverschmutzung bei. Die Verweilzeit von Ethen in der Atmosphäre hängt von der Konzentration derHydroxyl-Radikale und des Ozons ab und beträgt im Mittel 24 bis 34 Stunden. In industriellen oder städtischen Gebieten mit örtlich höheren Konzentrationen von Hydroxyl-Radikalen und Ozon kann die Verweilzeit kürzer sein.^[37]

Ethen ist ein Produkt derMethan-Chemie in den Atmosphären der äußeren Planeten. Es wurde unter anderem in den Atmosphären desJupiters, desSaturns und desNeptuns nachgewiesen.^[39][40][41] Auch aufMakemake, einemZwergplaneten und einem der größten bisher bekannten Objekte imKuipergürtel, wurde Ethen nachgewiesen. Das Ethen liegt dort in fester Form als Etheneis vor, dass wahrscheinlich auf strahlenchemischen Weg aus Methan entstanden ist.^[42]

Ethen fällt teilweise alsKuppelprodukt an und kann durch Isolierung aus zwangsläufig anfallenden Gemischen von gasförmigen Paraffinen und Olefinen oder durch gezielte Verfahren zur Ethenherstellung gewonnen werden. Ethen fällt beispielsweise als Nebenprodukt in Raffinerie- und Kokereigasen, bei derFischer-Tropsch-Synthese mit Eisenkatalysatoren und bei der Acetylenherstellung an. Zu den direkten Verfahren gehören das Steamcracken, die Dehydrierung von Ethan, verschiedene Pyrolyseverfahren, die Teilhydrierung von Acetylen, die Dehydrierung von Ethanol und andere Verfahren. Im Jahr 2016 wurden etwa 97 % des Ethens durch Steamcracken hergestellt.^[43] Die weltweiten Produktionskapazitäten beliefen sich im Jahr 2019 auf 187 Millionen Tonnen bei einem Bedarf von 164 Millionen Tonnen. Damit war Ethen vorPropen undBenzol die meistproduzierte organische Basischemikalie.^[44][45]

Der größte Teil des benötigten Ethens wird durch Steamcracken von Kohlenwasserstoffen gewonnen. Als Rohstoffe werden meistEthan,Erdgas,Naphtha oder höhersiedende Destillatschnitte vonErdöl verwendet, die mit Wasserdampf auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Der Wasserdampf dient als Wärmeträger und reduziert die Koksbildung in den Cracköfen. Die Dampfeinspritzung senkt außerdem den Partialdruck der entstehenden Olefine und vermindert dadurch Sekundärreaktionen wie die Polymerisation.^[46]

Obwohl es verschiedene Arten von Crackern gibt, besteht der wesentliche Verfahrensschritt darin, Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf bei Temperaturen von 800 bis 900 °C in einen Crackofen einzuspritzen, wobei die Temperaturen für das Cracken von Ethan höher sind als für schwerere Rohstoffe. Die Verweilzeit liegt im Bereich von einer Sekunde oder darunter.^[46]

Die Verteilung der entstehenden Produkte hängt neben den Crackbedingungen von den eingesetzten Rohstoffen ab, wobei leichtere Rohstoffe einen höheren Anteil an Ethen liefern. Das Steamcracken von Ethan liefert eine Ausbeute von bis zu 76 % Ethen, während die Ausbeute bei Naphtha bei etwa 31 % liegt.^[47]

Das Steamcracken ist ein energieintensiver Prozess, der jährlich etwa 40 % des gesamten Energieeinsatzes der petrochemischen Industrie erfordert.^[48] Pro Tonne produziertem Ethen entstehen beim Steamcracken etwa 1,5 Tonnen Kohlenstoffdioxid, was im Jahr 2020 zu einem Ausstoß von etwa 260 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid beim Steamcracken führte. Dieser Wert entsprach etwa 0,8 % der weltweiten Kohlenstoffdioxidemissionen 2020, die auf 34 Milliarden Tonnen geschätzt wurden.^[49]

Die Dehydratisierung von Ethanol spielt in Ländern mit einer großenBioethanolproduktion wieBrasilien eine wichtige Rolle. Dort begann in den 1970er Jahren ein Programm zur Herstellung von Ethanol ausZuckerrohr, um die Abhängigkeit von Erdölimporten zu verringern. Die Anbaufläche für Zuckerrohr belief sich 2007 auf rund 7,8 Millionen Hektar, von denen etwa die Hälfte für die Herstellung von Bioethanol genutzt wird.^[50]

Die Dehydratisierung erfolgt sowohl intramolekular unter Bildung von Ethen als auch intermolekular und Bildung vonDiethylether. Diethylether kann in einem zweiten Schritt weiter zu zwei Molekülen Ethen dehydratisiert werden. Beide Reaktionen sind endotherm.^[50]

${\displaystyle {\text{C}}_2^{}{\text{H}}_5^{}\text{OH}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}+{\text{H}}_2^{}\text{O}}$ ΔH_298 K = 45,3 kJmol⁻¹

${\displaystyle 2{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_5^{}\text{OH}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_5^{}{\text{OC}}_2^{}{\text{H}}_5^{}+{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

${\displaystyle {\text{C}}_2^{}{\text{H}}_5^{}{\text{OC}}_2^{}{\text{H}}_5^{}⟶2{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}+{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

Ältere Anlagen nutzten auf Trägern fixiertePhosphorsäure alsKatalysator. Diese Katalysatoren lieferten Produkte hoher Reinheit, waren jedoch korrosiv und nur wenig aktiv. Neuere Anlagen nutzen Katalysatoren auf Basis vonAluminiumoxid undKieselsäure. Dabei wird Ethanol gasförmig über die Katalysatoren geleitet, die Reaktion findet in einem Temperaturbereich von 350 bis 500 °C statt, wobei eine Ethenselektivität von etwa 97 bis 99 % erreicht wird.^[50]

Die Ethenherstellung auf Basis von Bioethanol ist dem konventionellen Steamcracking aus ökologischer Sicht überlegen. Durch den Einsatznachwachsender Rohstoffe, niedrigere Prozesstemperaturen bei der Dehydratisierung von Ethanol und eine höhere Selektivität entstehen insgesamt weniger Schadstoffe.^[51]

Mobil entwickelte Anfang der 1970er Jahre ein Verfahren, bei dem Erdgas zunächst inSynthesegas und anschließend inMethanol umgewandelt wird. Das Methanol reagiert in Gegenwart einesZeolithkatalysators zuOlefinen. Im ersten Schritt wird Methanol zuDimethylether dehydratisiert, der durch weitere Dehydratisierung zu Ethen reagiert.

${\displaystyle 2{\text{CH}}_3^{}\text{OH}⟶{\text{CH}}_3^{}{\text{OCH}}_3^{}+{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

${\displaystyle {\text{CH}}_3^{}{\text{OCH}}_3^{}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}+{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

Der Zeolithkatalysator ZSM-5 ist ein in der Industrie häufig verwendeter Katalysator für das Methanol-to-Olefins-Verfahren (MTO). Beim Einsatz dieses Katalysators entsteht jedoch eine breite Palette von Produkten, darunter Aromaten und Paraffine. Der vonUnion Carbide in den 1980er Jahren entwickelte Siliziumaluminiumphosphatkatalysator SAPO-34 weist dagegen eine höhere Selektivität für Olefine auf und wird bevorzugt eingesetzt, wenn diese das Zielprodukt der Reaktion sind. SAPO-34 besitzt eine Käfigstruktur, während ZSM-5 eine Kanalstruktur aufweist. Typische Reaktionsbedingungen liegen bei einer Temperatur von 500 °C und einem Druck von 2,2 bis 3,5 bar.^[47]

Es gibt zwei Möglichkeiten, Ethen durch dieFischer-Tropsch-Synthese herzustellen. Zum einen kann Ethen in höheren Konzentrationen direkt in der Fischer-Tropsch-Synthese bei hohen Temperaturen inWirbelschichtreaktoren hergestellt werden. Dabei werden niedermolekulare Olefine und Benzin hergestellt. Die bestehenden Hochtemperatur-Synthol-Fischer-Tropsch-Anlagen vonSasol produzieren große Mengen Ethen, Ethan und Propen. Zur Gewinnung von Ethen wurden Ethen-Rückgewinnungsanlagen installiert, die Produktion wurde durch eine Erhöhung der Ethan-Cracker-Kapazität weiter gesteigert. Weiterhin kann das erzeugte Benzin als Einsatzstoff für Steamcracker verwendet werden. Dadurch kann eine hohe Ausbeute an Ethen erzielt werden.^[52]

Fluid Catalytic Cracking (FCC) ist ein Konversionsverfahren, das eingesetzt wird, um aus hochsiedenden Kohlenwasserstofffraktionen des Erdöls Benzin,Olefine und andere Produkte herzustellen. Das Zielproduct des Fluid Catalytic Cracking sindMotorenbenzine, Ethen fällt dabei in prozentual geringen Mengen als Nebenprodukt an.^[51]

Ethen kann durch die heterogenkatalytische oxidative Kopplung von Methan hergestellt werden.^[53] Bei dieser Reaktion reagiert Methan zunächst oxidativ zu Ethan und danach weiter zu Ethen.^[54]

${\displaystyle 4{\text{CH}}_4^{}+{\text{O}}_2^{}⟶2{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_6^{}+2{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

${\displaystyle 2{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_6^{}+{\text{O}}_2^{}⟶2{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}+2{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

Dabei entsteht Ethan durch die Kopplung von Methylradikalen in der Gasphase. Die Methylradikale entstehen an katalytisch aktiven Stellen an der Oberfläche des heterogenen Katalysators. Möglicherweise handelt es sich dabei um reaktive Sauerstoffionen. Der Umsatz beträgt etwa 20 %, wobei eine Selektivität zu Ethan und Ethen von 80 % erreicht wird. Die Reaktion findet bei einer Temperatur von 700 bis 800 °C statt. Als Nebenprodukte fallen Wasserstoff, Wasser, Kohlenstoffdioxid und -monoxid sowie Propan, Propen und Ethin an.^[55]

Bei derMetathese von Propen entstehen Ethen und2-Buten.

Diese Technologie wurde bisher in einer Anlage im kanadischenShawinigan und an der Golfküste der USA eingesetzt. Da die Propenproduktion in Ethan-Crackern die Nachfrage nach Propen nicht decken kann, hat die umgekehrte Reaktion, die Metathese zur Herstellung von Propen aus Ethen und 2-Buten, an Bedeutung gewonnen.^[56]

Beim Cracken von Naphtha zur Herstellung von Ethen fällt in geringen Mengen Ethin an, das bei der Polyethylenherstellung die Ziegler-Katalysatoren vergiftet. Um dies zu vermeiden, muss das Ethin partiell zu Ethen hydriert werden.^[57] Vor dem Aufkommen des Steamcrackens als Hauptroute zu Ethen war die partielle Hydrierung von Ethin ausCalciumcarbid in Deutschland ein gängiges technisches Verfahren, mit dem etwa die Hälfte des Ethenbedarfs gedeckt wurde.^[58]

Zur Herstellung von Ethen ausEthin wird ein Gemisch aus Wasserstoff, Ethin und Wasserdampf über einen heterogenenKieselgel-Palladium-Katalysator geleitet, dessen Palladiumkonzentration etwa 0,01 % beträgt. Die Reaktion bei etwa 200 °C wird im Wasserstoffüberschuss gefahren und je nach Katalysatoraktivität so gesteuert, dass die Restethinmenge unter 1 % liegt. Die Standzeit des Katalysators beträgt etwa ein Jahr, die Deaktivierung erfolgt durch Ablagerung von Ethinpolymerisaten auf der Katalysatoroberfläche. Der Katalysator wird bei 600 °C mit einem Luft-Wasserdampf-Gemisch regeneriert.^[58]

Neben dem Cracken ist die Dehydrierung vonEthan, das in großen Mengen inSchiefergasen vorkommt, eine technisch mögliche Route. Die katalytische nicht-oxidativeDehydrierung von Ethan zu Ethen mitPlatin- undChromkatalysatoren wurde eingehend untersucht. Die Reaktion ist in hohem Maße endotherm und gegenüber dem Steamcracken nicht konkurrenzfähig.^[59]

${\displaystyle {\text{C}}_2^{}{\text{H}}_6^{}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}+{\text{H}}_2^{}}$ ΔH_298 K = 136 kJmol⁻¹

Ethen ist ein planares Molekül mit einer Doppelbindung. Aufgrund der sp²-Hybridisierung der Kohlenstoffatome ist dasMolekülplanar, das heißt, alle Atome liegen in einer Ebene. Ethen besitzt diePunktgruppe D_2h.^[60]

Die H-C-H-Bindungswinkel betragen je 117° und weichen damit nur leicht vom theoretisch idealen Wert dertrigonal planaren Form mit 120° ab. Die C=C-Doppelbindung ist mit einerBindungslänge von 134 Picometern deutlich kürzer als die C-C-Einfachbindung inEthan mit 154 Picometern.^[61]

Die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen in Ethen sind jedoch nicht gleich stark. DieBindungsenergie der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung beträgt 611 Kilojoule pro Mol und damit weniger als das Doppelte der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung im Ethan, die etwa 347 Kilojoule pro Mol beträgt.^[62][63] Allgemein ist Ethen aufgrund der hohenElektronendichte zwischen den beiden Kohlenstoff-Atomen wesentlich reaktiver als zum Beispiel das einfach gebundene Ethan.

Auf Grund der reaktiven C=C-Doppelbindung ist dieAddition an diese Bindung eine typische Reaktion des Ethens. In Wasser sind nur 130 mg/l Ethen löslich, in organischen (unpolaren) Lösungsmitteln ist Ethen jedoch gut löslich. Ethen hat einen leicht süßlichen, unangenehmen Geruch. DieGeruchsschwelle liegt bei 260 ml/m³. DerHeizwert von Ethen beträgt 58,9 MJm⁻³.^[64]

Weitere Eigenschaften:

• MolareSchmelzenthalpie: 3,35 kJ/mol^[62]
• MolareVerdampfungsenthalpie: 13,55 kJ/mol^[62]
• C_p: 42,9 J/(mol·K)^[62]
• Δ_fH⁰_g: 52,32 kJ/mol^[61]
• S⁰: 220 J/(mol·K)^[61]

Ethen kristallisiert bei −175 °C in einer rhombischen Elementarzelle mit zwei Molekülen pro Zelle und denGitterparameterna = 6,46 Å,b = 4,87 Å,c = 4,14 Å. Die Dichte beträgt 0,717 g/cm³.^[65]

DerFlammpunkt liegt bei −136 °C, derZündpunkt bei 425 °C.^[66]

Verschiedene Stoffklassen wieHalogene,Halogenwasserstoffe oder Wasser reagieren mit Ethen in einerElektrophilen Addition. Dabei wird die π-Bindung unter Bildung von zwei neuen σ-Bindungen gespalten. Die Reaktion wird durch den Angriff einesElektrophils X⁺ an der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung ausgelöst. Die positive Ladung oder Partialladung des Elektrophils wird auf die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung übertragen und es entsteht unter Bildung einer Elektrophil-Kohlenstoff-Bindung einCarbokation. Im zweiten Schritt reagiert das Carbokation mit einer elektronenreichen Spezies Y⁻ und bildet eine weitere kovalente Bindung.^[67]

Beim Einsatz von Halogenen entstehen 1,2-Dihalogenethane, beim Einsatz von Halogenwasserstoffen monosubstituierte Halogenalkane. In der sauer katalysierten Reaktion mit Wasser entsteht Ethanol.

Die freie Radikaladdition beginnt mit dem Zerfall eines Radikalstarters in zwei freie Radikale oder mit einer strahlen- oder photochemisch initiierten Radikalbildung. Die freien Radikale lagern sich im nächsten Schritt an die Doppelbindung des Ethens an, wobei ein um eine Etheneinheit verlängertes Radikal entsteht. An dieses Radikal können sich weitere Ethenmoleküle anlagern, so dass durch radikalischeKettenpolymerisation lineare und verzweigte Polymere entstehen können. Durch die Kombination zweier Radikale kommt es zu einer Abbruchreaktion.^[68]

Ethen reagiert in einerEn-Reaktion, einerpericyclische Reaktion mit einer Verbindung, dieWasserstoff inallylischer Position aufweist, etwaPropen.^[69]

Dies geschieht unter Bindungsbildung zwischen einemKohlenstoffatom der Doppelbindung und dem Enophil unter Übertrag des allylischen Wasserstoffs auf das Enophil.

Mit1,3-Butadien reagiert Ethen alsDienophil in einerDiels-Alder-Reaktion zuCyclohexen.^[70]

Von demdänischen ChemikerWilliam Christopher Zeise wurde 1830 die erstemetallorganische Verbindung mit einem Ethen-Liganden, dasZeise-Salz mit derSummenformel K[PtCl₃(C₂H₄)]H₂O, synthetisiert.^[71]

Mit Übergangsmetallen bildet Ethen π-Komplexe, mitNickel zum Beispiel bildet Ethen den KomplexTris-(ethen)-nickel(0).^[72] Bei dem Komplex handelte es sich um den ersten binären Metall-Ethen-Komplex. Ethen lässt sich etwa durch Substitutionsreaktionen oder durch reduktive Spaltung in Metallkomplexe einführen.

Die Bindungsverhältnisse in metallorganischen Ethenkomplexen lassen sich durch dasDewar-Chatt-Duncanson-Modell beschreiben.

Dabei erfolgt die Hinbindung über eine σ-Donor-Bindung aus dem besetzten π-Orbital des Ethens in ein d-Orbital des Metalls und die Rückbindung über eine π-Donor-Bindung aus einem besetzten d-Orbital in die antibindenden π*-Orbitale des Ethens. Beide Effekte führen zu einer Verlängerung der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung gegenüber dem freien Ethen und gegebenenfalls zum Verlust der planaren Ethenstruktur. Je nach Stärke der Bindungen können ein planarer Metall-Ethen-π-Komplex oder ein Metallacyclopropan als Grenzfälle betrachtet werden.

Durch photochemische oder thermische Anregung kann es zu einer Umlagerung eines Ethen-Komplexes in einen Vinylhydrid-Komplex kommen.^[73]

Die Bildung eines Ethen-π-Komplexes ist der erste Schritt in vielenhomogenkatalytischen Reaktionen wie derHydroformylierung. Nach der Bildung der aktiven Katalysatorspezies durch den Verlust eines Kohlenstoffmonoxidliganden erfolgt die Komplexierung des 16-Elektronen-Hydridocobaltcarbonylkomplex mit Ethen zu einem 18-Elektronenkomplex. Anschließend erfolgt die Insertion des Ethens in die Wasserstoff-Cobalt-Bindung unter Bildung eines 16-Elektronen-Alkylkomplexes. Dieser Alkylkomplex nimmt einen weiteren Kohlenstoffmonoxidliganden auf. Durch Insertion eines Kohlenstoffmonoxid-Liganden in die Metall-Alkyl-Bindung entsteht ein Acylkomplex. Durch oxidative Addition von molekularem Wasserstoff und Freisetzung von Propionaldehyd entsteht schließlich wieder der 16-Elektronen-Ausgangskomplex. Die Hydroformylierung von Ethen mitKohlenstoffmonoxid undWasserstoff ist ein technischer Weg zur Darstellung vonPropionaldehyd (R = H).^[74]

Dieser sogenannte Heck-Breslow-Mechanismus der Cobalt-katalysierten Hydroformylierung wurde 1960 vom späteren NobelpreisträgerRichard F. Heck und von David Breslow aufgeklärt.^[75]

Durch Addition mitFormaldehyd reagiert Propionaldehyd zuTrimethylolethan, einem Zwischenprodukt für die Herstellung vonAlkydharzen. Proprionaldehyd wird weiterhin zur Synthese von Aromastoffen wie3-(p-Cumenyl)-2-methylpropionaldehyd und2-(4-tert-Butylbenzyl)propionaldehyd verwendet.

Durch Nickelkatalysatoren wird dieHydrocyanierung von Ethen mitCyanwasserstoff zuPropionitril katalysiert (R = H).^[76]

Durch Hydrierung entstehtPropylamin, durch säurekatalysierte HydrolysePropionsäure.

${\displaystyle {\text{CH}}_3^{}{\text{CH}}_2^{}\text{CN}+2{\text{H}}_2^{}⟶{\text{CH}}_3^{}{\text{CH}}_2^{}{\text{CH}}_2^{}{\text{NH}}_2^{}}$

${\displaystyle {\text{CH}}_3^{}{\text{CH}}_2^{}\text{CN}+2{\text{H}}_2^{}\text{O}+{\text{H}}^{+}⟶{\text{CH}}_3^{}{\text{CH}}_2^{}{\text{CO}}_2^{}\text{H}+{\text{NH}}_4^{+}}$

Propylamin wird zum Beispiel zur Synthese vonFungiziden wieProchloraz eingesetzt. Propionsäure wird neben vielfältigen Verwendungen in der chemischen Industrie als Konservierungsmittel sowohl in Futtermitteln als auch in Lebensmitteln verwendet. Auf diese Anwendung entfällt etwa die Hälfte der weltweiten Propionsäureproduktion.

Ethen verbrennt bei ausreichender Sauerstoffzufuhr zu Wasser und Kohlenstoffdioxid.

${\displaystyle {\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}+3{\text{O}}_2^{}⟶2{\text{CO}}_2^{}+2{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

Bei 25 °C und 1,01325 bar beträgt die Verbrennungsenthalpie −1411 Kilojoule pro Mol.^[77] Ethen wird als möglicher Treibstoff fürStaustrahltriebwerke, so genannteScramjets, mit Überschallverbrennung untersucht. Mit einem Scramjet-Triebwerk können FlugzeugeÜberschallgeschwindigkeit erreichen, was einen schnellen globalen Verkehr und einen kostengünstigen Zugang zum Weltraum ermöglichen kann.^[78]

Ethen lässt sich mit Wasserstoff unter hohem Druck und in Anwesenheit metallischer Katalysatoren wiePlatin,Palladium undNickel zu Ethanhydrieren.

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}={\text{CH}}_2^{}+{\text{H}}_2^{}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_6^{}}$

Ethen dient als Modellmolekül für dieheterogenkatalytische Hydrierung von Verbindungen mitDoppelbindung, da nur ein Produkt entsteht. Durch die Messung vonMessung von Konzentrations-Zeit-Profilen und die Anwendungoberflächenanalytischer Methoden lässt sich die Reaktion detailliert untersuchen.^[79]

Bei Hitze und unter Luftabschluss zerfällt Ethen zu Methan und Kohlenstoff.

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}={\text{CH}}_2^{}⟶{\text{CH}}_4^{}+\text{C}}$

MitDischwefeldichlorid reagiert Ethen zuSenfgas.

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}={\text{CH}}_2^{}+{\text{S}}_2^{}{\text{Cl}}_2^{}⟶{\text{ClCH}}_2^{}-{\text{CH}}_2^{}-\text{S}-{\text{CH}}_2^{}-{\text{CH}}_2^{}\text{Cl}+\text{S}}$

Dem belgischen ChemikerCésar-Mansuète Despretz gelang auf diesem Weg 1822 erstmals die Darstellung von Senfgas. Im Jahr 1916 regten die beiden deutschen ChemikerWilhelm Lommel undWilhelm Steinkopf, von deren Initialen der NameLost abgeleitet ist, seine Verwendung alschemische Waffe an.^[80]

Palladiumkomplexe katalysieren die alternierendeCopolymerisation von Ethen und Kohlenstoffmonoxid, die sogenanntePolyketonsynthese, die 1984 bei Shell entwickelt wurde.^[81] Ethen lässt sich ebenfalls mitSchwefeldioxid copolymerisieren.^[82]

Ethen ist in der chemischen Industrie Ausgangsstoff für dieSynthese von über 30 % allerPetrochemikalien, es hat dasEthin nach dem Zweiten Weltkrieg weitestgehend verdrängt, weil Ethin teurer herzustellen ist, wohingegen Ethen bei industriellen Prozessen massenhaft anfällt, seitdem Erdöl in großen Mengen zur Verfügung steht.

Die wichtigsten Folgeprodukte des Ethens sindPolyethylen,Ethylendichlorid zur Herstellung vonPVC,Ethylenoxid zur Herstellung des Polyester-Vorprodukts Ethylenglycol oder von nichtionischenTensiden sowieEthylbenzol zur Herstellung vonPolystyrol. Daneben ist Ethen Ausgangsstoff zur Herstellung zahlreicherorganischer Verbindungen wieAnthracen,2-Chlorethanol,Chlorethan,Propanal,Isopren,Vinylacetat,Propansäure,Buten,Styrol,Ethandiol und weiteren Stoffen. ImWacker-Hoechst-Verfahren wird Ethen großtechnisch unter Verwendung von molekularem Sauerstoff inAcetaldehyd umgesetzt.^[83]

Ethen lässt sich radikalisch unter hohem Druck oder mit Hilfe vonZiegler-Katalysatoren oderMetallocenen zuPolyethylenpolymerisieren.^[85]

Es gibt Polyethylen hoher Dichte (High Density Polyethylene, HDPE) und lineares Polyethylen niedriger Dichte (Linear Low Density Polyethylene, LLDPE), die mit Ziegler- oder Metallocenkatalysatoren hergestellt werden. Polyethylen niedriger Dichte (Low Density Polyethylene, LDPE) wird durch radikalische Polymerisation unter hohem Druck hergestellt. Im Jahr 2020 wurden weltweit etwa 102 Millionen Tonnen Polyethylen produziert, davon 33 Millionen Tonnen LDPE. Polyethylen kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere für Verpackungen.^[86]

Mit anderen Olefinen wiePropylen reagiert Ethen zuEthylen-Propylen-Copolymeren, unter Zusatz vonDienen zuEthylen-Propylen-Dien-Kautschuk.^[87] MitTetrafluorethylen reagiert Ethen zuEthylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren. Mit anderen ungesättigten Verbindungen und Mischungen davon reagiert Ethen zu den entsprechenden Copolymeren wieEthylen-Vinylacetat-Copolymeren,Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymeren und vielen weiteren Copolymeren.

Ethylbenzol wird großtechnisch fast ausschließlich durch die säurekatalysierte Reaktion von Benzol mit Ethen hergestellt. Mehr als die Hälfte des Benzolverbrauchs entfällt auf die Herstellung von Ethylbenzol. Die Alkylierung erfolgt entweder in flüssiger Phase mitAluminiumchlorid oder anderenFriedel-Crafts-Katalysatoren unter Zusatz vonChlorethan als Promotor. Der bei der Alkylierung mit Chlorethan entstehendeChlorwasserstoff dient als Cokatalysator. In der Gasphase wird die Reaktion mit trägergebundenerPhosphorsäure,Aluminiumsilikat oder einemZeolith wie ZSM-5 als Katalysator durchgeführt.^[88]

Bei hohen Reaktortemperaturen oder hohen Ethenkonzentrationen kann Ethen unter Bildung vonDiethylbenzol mit Ethylbenzol reagieren. Diethylbenzol wird durch Destillation abgetrennt und in den Prozess zurückgeführt, wo es mit Benzol unterTransalkylierung wieder zu Ethylbenzol reagiert.^[89] Der größte Teil des Ethylbenzols wird zu Styrol dehydriert, das alsMonomer für Polystyrol und andere Polymere verwendet wird. Die Dehydrierung erfolgt in der Dampfphase unter Zugabe von Wasserdampf über einem Eisenoxidkatalysator.^[88]

Mit Luft oder Sauerstoff und Silber alsKatalysator erfolgt bei einer Temperatur von 220 bis 280 °C und erhöhtem Druck eine Epoxidation zuEthylenoxid.^[91]

Als wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie wird Ethylenoxid in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt. Durch Umsetzung des Ethylenoxids mit Wasser entstehenEthylenglycol sowie im geringeren Maße höhere Glycole wieDiethylenglycol,Triethylenglycol sowiePolyethylenglycole.

${\displaystyle {\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}\text{O}+{\text{H}}_2^{}\text{O}⟶{\text{HOCH}}_2^{}{\text{CH}}_2^{}\text{OH}}$

MitAmmoniak reagiert es zuMono-,Di- undTriethanolamin, mitFettalkoholen zu Fettalkoholethoxylaten. In der Reaktion mit Alkoholen entstehen Ethylenglycolether wie etwaEthylenglycolmonobutylether. Die direkten Folgeprodukte wiederum werden für die Herstellung einer Vielzahl weitere Produkte eingesetzt.^[90]

UnterNickelkatalyse lässt sich Ethen zu α-Olefinen mit einer breitenMolekulargewichtsverteilungoligomerisieren.

Die C4- bis C8-Olefine werden für die Herstellung von linearem Polyethylen niederer Dichte verwendet, die Fraktion der C12- bis C18-Olefine wird nach Hydroformylierung und Hydrierung in Fettalkohole mit teilweiser Monomethylverzweigung überführt, die als Rohstoffe für die Herstellung von Tensiden dienen. Höhermolekulare Olefine werden zu innenständigen Olefinen isomerisiert und durch Ethenolyse wieder in kurzkettige Olefine überführt, wobei ein Gemisch aus α-Olefinen mit ungerader und gerader Kohlenstoffkettenlänge entsteht. Diese Reaktionen werden großtechnisch imShell Higher Olefin Process angewandt.^[92]

Durch die Reaktion mitTriethylaluminium oligomerisiert Ethen in einerZiegler-Synthese zu einem Trialkylaluminium, das in einem weiteren Schritt zuZiegler-Alkoholen oxidiert und hydrolisiert werden kann.

Ziegler-Alkohole dienen als naturidentische Fettalkohole zur Herstellung von Tensiden. Die Fettalkohole können durch Ethoxylierung mit Ethylenoxid zunichtionischen Tensiden umgesetzt werden. Die Alkoholethoxylate mit kurzer Ethoxylatkette werden durchSulfatierung mitSchwefeltrioxid undNeutralisation mitNatronlauge zuAlkylethersulfaten umgesetzt.

Bei der Herstellung dieser Stoffe entsteht1,4-Dioxan, das auch in den daraus hergestellten Produkten enthalten ist. Deutschland beabsichtigt, derEuropäischen Chemikalienagentur (ECHA) einen Vorschlag zur Beschränkung dieser Tenside vorzulegen.^[93] In den Vereinigten Staaten haben Bundesstaaten wieNew York den 1,4-Dioxangehalt in Tensiden auf 1 ppm beschränkt.^[94]

ImWacker-Hoechst-Verfahren wird Ethen unterPalladium-Katalyse zuAcetaldehyd oxidiert. Der Sauerstoff der Aldehydfunktion stammt dabei aus dem eingesetzten Wasser. Die Reaktionsfolge wird durch den folgenden katalytischen Zyklus dargestellt:^[83]

Bis zum Aufkommen desMonsanto- undCativa-Prozesses war die Ethenoxidation nach dem Wacker-Hoechst-Verfahren die großindustrielle Route zur Herstellung vonEssigsäure. Die Produktionskapazität für Essigsäure nach diesem Verfahren betrug 2009 noch etwa 2 Millionen Tonnen pro Jahr.^[95]

Ethen reagiert mit Chlor zu1,2-Dichlorethan in einerAdditionsreaktion.

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}={\text{CH}}_2^{}+{\text{Cl}}_2^{}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_4^{}{\text{Cl}}_2^{}}$

Alternativ kann 1,2-Dichlorethan durchOxychlorierung von Ethen mittelsChlorwasserstoff (HCl) undSauerstoff (O₂) hergestellt werden. Der bei der thermischen Spaltung von 1,2-Dichlorethan entstehende Chlorwasserstoff wird in den Prozess zurückgeführt. AlsKatalysator wirdKupfer(II)-chlorid verwendet, die Reaktion findet bei Temperaturen von etwa 225 °C und einem Druck von 2 bis 4 bar statt. Da bei der Herstellung von Vinylchlorid Chlorwasserstoff alsKoppelprodukt anfällt, sind Chlorierungs- und Oxychlorierungsanlagen häufig integriert. Ein Teil des 1,2-Dichlorethans wird durch Chlorierung und ein anderer Teil durch Oxychlorierung hergestellt.^[96] Die einzelnen Reaktionsschritte sind:

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}={\text{CH}}_2^{}+2{\text{CuCl}}_2^{}⟶{\text{CH}}_2^{}\text{Cl}-{\text{CH}}_2^{}\text{Cl}+2\text{CuCl}}$

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}\text{Cl}-{\text{CH}}_2^{}\text{Cl}⟶{\text{CH}}_2^{}=\text{CHCl}+\text{HCl}}$

${\displaystyle 4\text{CuCl}+{\text{O}}_2^{}⟶2\text{CuO}+2{\text{CuCl}}_2^{}}$

${\displaystyle \text{CuO}+2\text{HCl}⟶{\text{CuCl}}_2^{}+{\text{H}}_2^{}\text{O}}$

Dichlorethan wird zur Herstellung vonVinylchlorid verwendet sowie alsAbbeizmittel. Früher wurde es zusammen mit1,2-Dibromethan alsScavenger in mitTetraethylblei versetzten Kraftstoffen verwendet, um Bleioxidrückstände im Motorraum in flüchtige Bleichloride zu überführen. Weiterhin dient es als Lösungsmittel. Vinylchlorid wird zuPolyvinylchlorid (PVC) polymerisiert.^[96]

Durch Umsetzen mitSchwefelsäure entsteht ein Schwefelsäurehalbester, der durch Hydrolyse inEthanol umgesetzt werden kann. Diese Syntheseroute zumIndustriealkohol wurde durch diePhosphorsäure katalysierte Umsetzung mit Wasser ersetzt.^[97]

${\displaystyle {\text{CH}}_2^{}={\text{CH}}_2^{}+{\text{H}}_2^{}{\text{SO}}_4^{}⟶{\text{CH}}_3^{}{\text{CH}}_2^{}{\text{OSO}}_3^{}\text{H}}$

${\displaystyle {\text{CH}}_3^{}{\text{CH}}_2^{}{\text{OSO}}_3^{}\text{H}+{\text{H}}_2^{}\text{O}⟶{\text{C}}_2^{}{\text{H}}_5^{}\text{OH}+{\text{H}}_2^{}{\text{SO}}_4^{}}$

Ethen wird zum Reifen unreifer klimakterischer Früchte wieÄpfel,Bananen undTomaten sowie zur Induktion der Blütenbildung benutzt, entweder durch Begasung in geschlossenen Gewächshäusern, Obstlagern oder im Freien über Wirkstoffe, die Ethen in der Pflanzenzelle freisetzen, wie etwaEthephon oderEtacelasil. Ethen wird für dasDegreening von Zitrusfrüchten eingesetzt, Nebeneffekt ist das Weichwerden der Schale, was diese für Pilzwachstum anfällig macht.^[98]Äpfel,Cherimoya,Physalis,Maracujas undSapotengewächse setzen besonders viel Ethen frei.^[99] Bei verschiedenen Apfelsorten wurden je nach Lagerzeit bei kühler Lagerung eine Freisetzung zwischen etwa einem und zehn Mikrolitern Ethen pro Kilogramm Äpfel und Stunde gemessen.^[100]

Ethen ist des Weiteren ein Brenngas und wird für Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen verwendet. Außerdem wird es zur Herstellung vonSchädlingsbekämpfungsmitteln und chemischer Waffen wie demSenfgas (2,2-Dichlordiethylsulfid) verwendet. Während desZweiten Weltkrieges wurde Ethengas von dem SpezialtruppTaifun beim Angriff aufFestungen experimentell eingesetzt.^[101]

Es wird von Pflanzen ausgehend von derAminosäureL-Methionin schrittweise enzymatisch synthetisiert, teilweise stimuliert durch das PhytohormonAuxin.^[103] Dabei entsteht in einem ersten Schritt durch die Kopplung anAdenosin dasS-Adenosylmethionin (SAM). Aus dem Folgeprodukt1-Aminocyclopropancarbonsäure (ACC) wird durch die ACC-Oxidase Ethen freigesetzt.^[102] Die Bildung der ACC-Oxidase wird durch Ethen selbst stimuliert, wodurch wie bei einerautokatalytischen Reaktion in benachbarten Zellen die Ethenbildung vorangetrieben wird. Als gasförmiger Stoff findet sich Ethen dabei vor allem in den Räumen zwischen den Zellen, denInterzellularen. Es diffundiert ständig aus der Pflanze, so dass Abbaureaktionen keine Bedeutung haben.^[102]

Das zweite Reaktionsprodukt der ACC-Synthase-Reaktion,5′-Methylthioadenosin (MTA), wird über denYang-Zyklus wieder in das AusgangsproduktL-Methionin umgewandelt. Pflanzen, die ständigL-Methionin zur Bildung von Ethen benötigen, gewinnen es durch diesen Kreisprozess zurück, ohne es energieaufwändig neu synthetisieren zu müssen. Dies ist etwa bei Früchten nach der Trennung von der Mutterpflanze von Belang.^[102] Ein bedeutender Ansatzpunkt der natürlichen und künstlichen Regulierung der Ethenbiosynthese ist die ACC-Synthase.^[22] Synthetische ACC-Synthase-Hemmer wie 1-Aminoethoxyvinylglycin und Aminooxyessigsäure hemmen effektiv die Wirkung endogenen Ethens.

Ethen ist einPflanzenhormon und reguliert als solches zahlreiche Wachstums- und Entwicklungsprozesse, darunter Zellteilung und -wachstum, Gewebedifferenzierung, Samenkeimung, Wurzelhaarbildung,Blüte,Fruchtreifung und Geschlechtsdeterminierung.^[22] Auch ist es beteiligt beim Abwurf der Blätter im Herbst sowie das Absterben von Pflanzenteilen und derAlterung.^[104] Es spielt eine wichtige Rolle bei der Reaktion der Pflanzen aufbiotischen und abiotischen Stress, ausgelöst zum Beispiel durch Infektionen mit Krankheitserregern, Salzgehalt, Trockenheit, Staunässe, Sauerstoffmangel, Nährstoffmangel, Verletzung, Bodenverdichtung, Kälte und Hitze.^[22][105] Bereits in Konzentrationen von nur 0,1 Parts per million in der Luft hat es Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum und die Entwicklung.^[104][106]

Im Allgemeinen hemmt Ethen das Wachstum vonterrestrischen Pflanzen. Beisemiaquatischen Pflanzen wieReis (Oryza sativa) dagegen beobachtet man eine Förderung des Sprosswachstums. Vieleklimakterische Früchte wie Äpfel, Bananen und Tomaten zeigen im späten grünen Stadium einen steilen Anstieg der Ethylensynthese. Als Folge werdenChlorophylle ab- und andere Pigmente aufgebaut. Die typische Farbe der Fruchtwand entsteht. Die Aktivität etlicher für den Reifeprozess benötigter Enzyme nimmt zu. Stärke und organische Säuren, in einzelnen Fällen (z. B. bei derAvocadofrucht) auch Öle, werden zu Zuckern metabolisiert.Pektine, die den hauptsächlichen Bestandteil der Mittellamelle ausmachen, werden abgebaut. Die Früchte werden weich. Die Umsetzungen sind mit einer intensiven Zellatmung und einem hohen Sauerstoffverbrauch verbunden. In Trenngeweben ist der Ethengehalt besonders hoch was schließlich dieAbszission der Früchte zur Folge hat. Reifende Früchte setzen Ethen frei und stimulieren damit in der Nähe befindliche spätreife Früchte zu einer frühen Reife. Da es für die Lagerung von Früchten wünschenswert ist, die Bildung oder die Verbreitung von Ethen zu verhindern, werden in der Obstwirtschaft Früchte bei Unterdruck gelagert, um frei werdendes Ethen zu entfernen.^[107]

Ein Großteil der Erkenntnisse zum physiologischen Wirkungsmechanismus des Ethens wurde an der ModellpflanzeAcker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) gewonnen. Ethen entfaltet seine Wirkung alsInversagonist anEthylenrezeptoren, die sich auf derMembran desendoplasmatischen Retikulums und desGolgiapparats befinden und dort als Homo- und Hetero-Dimere in Clustern vorkommen.^[22] Es komplexiert mit seiner π-Bindung hochaffin über denCofaktor Kupfer(I) an die in derTransmembrandomäne befindliche Ligandbindungsstelle derRezeptoren.^[108] Neben dem vorherrschendenSignaltransduktionspfad über dieSerin/Threonin-Kinase CTR1 gibt es auch alternative CTR1-unabhängige Pfade.^[105] Ethen führt zur Deaktivierung der konstitutiv aktiven Rezeptoren, indem CTR1 deaktiviert wird, was wiederum zurDephosphorylierung des ProteinsEIN2 führt. Infolgedessen wird derC-terminale Teil von EIN2proteolytisch abgespalten und in denZellkern verlagert. Dort stabilisiert es direkt oder indirekt dieTranskriptionsfaktoren EIN3/EIL1/2, die dieTranskription von hunderten primären und sekundären Ethenantwortgenen aktivieren.^{[109][106][105]} Das erste identifizierte Zielgen dieser Proteine wurde als Ethen-Response-Faktor 1 (ERF1) beschrieben. Dieser Faktor steuert wiederum mehrere Gene, sodass bei der Wirkung von Ethen auf dieses System immer eine ganze Reihe von genetischen Aktivitäten ausgelöst wird.^[110] Bei der Fruchtreifung müssen etwa verschiedeneEnzyme zur Erweichung der Zellwand gebildet werden, bei der Seneszenzchitin- und celluloseabbauende Enzyme (Chitinasen,Cellulasen). Sehr umfangreich ist das Repertoire beimPflanzenstress, also der durch Ethen ausgelösten Reaktion auf Schädlinge und Verwundungen. Produziert werden in dieser Situation unter anderen Chitinasen als Abwehrstoff gegenInsekten,Glucanasen,Proteinase-Inhibitoren, das sind Hemmstoffe für proteinabbauende Enzyme, gegen Pilze, und viele weitere Abwehrstoffe.

Bereits 1901 zeigte Dimitri Neljubov, dass Ethen bei Pflanzen die so genannte „Dreifachantwort“ auslöst. Diese tritt bei keimenden Wurzeln auf, die mit Ethen begast werden. Aufgefallen war der Effekt bei Pflanzen entlang defekterStadtgasleitungen, die ein ungewöhnliches Wachstum zeigten. Es handelt sich dabei um eine Hemmung des Längenwachstums in Zusammenwirken mit einer Verdickung desStängels und eine Deaktivierung desGravitropismus, also des Wachstums in Richtung derErdanziehungskraft. Diese Wirkung kommt zustande durch eine Umorientierung derMicrotubuli, die als Skelettstrukturen die Wachstumsrichtung (Anlagerung vonCellulosefasern) des Keimes vorgeben. Sie werden von einer vertikalen in eine horizontale Orientierung gebracht. Als biologischer Sinn wird die Überwindung von Hindernissen angenommen: Ethen wird während des gesamten Wachstums gebildet und staut sich vor Hindernissen, an diesen kommt es zumDickenwachstum und somit zu einer größerenKraftentfaltung durch die Wurzelspitze.^[22]

Der Ethen-Signalweg findet sich in derSüßwassergrünalgeSpirogyra pratensis, also im aquatischen Vorfahr der sich während desLandgangs spätestens imOrdovizium entwickelnden Landpflanzen. Reguliert wird die Ethenantwort von anderen Hormonen wieAuxinen,Brassinosteroiden undJasmonaten.^[106] Ethendiffundiert aufgrund seinerLipophilie und geringen Molekülgröße leicht durchBiomembranen und wird nicht metabolisiert. ACC wird über das Leitgewebe in der Pflanze auch über größere Strecken zum Wirkort transportiert.

1-Methylcyclopropen, das als Begasungsmittel zur Verlängerung der Haltbarkeit sowohl von Obst als auch Schnittblumen eingesetzt wird, wirkt als Ethylenrezeptor-Agonist und antagonisiert kompetitiv die Ethenwirkung. Auf dieselbe Weise wirkenNorbornadien undtrans-Cycloocten.^[105]Die Wechselwirkung zwischen dem Ethylenrezeptor und EIN2 lässt sich durch das synthetischeOctapeptid NOP-1 stören und die Weiterleitung des Ethen-Signals dadurch verzögern. Durch Behandlung mit NOP-1 lässt sich die Fruchtreifung etwa in Tomaten und Äpfeln unterdrücken.^[111]

Die zweite Funktion des Ethens bezieht sich auf verschiedene Alterungsprozesse der Pflanze. Dazu gehören sowohl die Reifung von Früchten und die Entwicklung von Blüten als auch der Abwurf von Blättern (Abszission) oder das Absterben von Pflanzenteilen (Seneszenz). Wichtig für diese Funktionen ist die lawinenartige Steigerung der verfügbaren Ethenmenge, die dadurch zustande kommt, dass die Synthese von Ethen durch die Präsenz desselben aktiviert wird. Auf diese Weise reift etwa eine Frucht an allen Stellen zugleich. Die Wirkung bei der Reifung von Früchten wird in derLandwirtschaft ausgenutzt, um unreif geerntete Früchte nachträglich zu Stoffwechselvorgängen zu veranlassen, die die Früchte reifen lassen.^[112]

Ebenfalls essentiell ist Ethen als „Alarmstoff“ beiSchädlingsbefall an der Pflanze sowie bei Verwundungen. Gemeinsam mit anderen Stoffen wie derSalicylsäure undJasmonaten bewirkt das Ethen eine Abgrenzung des betroffenen Bereiches sowie die Bereitstellung von pflanzlichenGiften. Als Gas wirkt Ethen dabei auf benachbarte Pflanzenteile oder Pflanzen alsPheromon und setzt dort die Alarmkaskade in Gang. So kommunizierenAkazien über die Ausscheidung von Ethen an umstehende Akazien Gefahr, wenn sie vonAntilopen oderGiraffen beweidet werden.^[113]

Das Züchten von Pflanzen mit verringerter Ethen-Biosynthese oder veränderter Reizübertragung ist insbesondere in der Zierpflanzenindustrie bereits gängige Praxis.^[114] In Tomaten wurde die Unterdrückung der Ethenbildung durchGegenstrang-Expression der ACC-Synthase oder ACC-Oxidase erreicht. Daneben wurde einmutierter und damit defekter Ethylenrezeptor in die Pflanze eingebracht.^[107]

Ethen verbrennt an der Luft mit leicht rußender, leuchtender Flamme. Ethen ist hochentzündlich. Ethenbehälter müssen an einem gut belüfteten Ort aufbewahrt werden. Von Zündquellen ist es fernzuhalten und es müssen Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung getroffen werden. In Volumenanteilen von 2,4 bis 32,6 Mol-% in Luft bildet es explosive Gemische.^[1] In hoher Konzentration wirkt Ethen narkotisch und reduziert in Luft den zum Atmen nötigen Sauerstoffgehalt.

Im Jahr 2008 kam es durch Reparaturarbeiten an einer Ethenpipeline inKöln-Worringen zum Austritt von Ethen. Das unter hohem Druck stehende Gas entzündete sich und führte zumBrand der Ethenpipeline und eines nahegelegenenAcrylnitriltanks. Das Feuer führte zum größten Feuerwehreinsatz in Deutschland seit demZweiten Weltkrieg.^[115]

Nach einer Exposition wird Ethen kaum verstoffwechselt und unverändert ausgeatmet. Bei hoher Exposition kann Ethen im Körper teilweise zu Ethylenoxid umgewandelt werden, einem bekannten Karzinogen. Bei Versuchstieren verursacht Ethylenoxid eine Reihe von bösartigen Tumoren, und auch beim Menschen wurdengenotoxische Wirkungen beobachtet. Ethen könnte damit zum Krebsrisiko desTabakrauchens beitragen.^[116] DieInternationale Agentur für Krebsforschung (IARC) ordnete Ethen derGruppe 3 zu. Dies sind nicht einstufbare oder wahrscheinlich nicht krebsauslösende Stoffe beim Menschen.^[117]

Die Doppelbindung des Ethens kann mit Hilfe vonBromwasser nachgewiesen werden, da bei der Reaktion der beiden Stoffe das Brom unter Bildung von1,2-Dibromethan verbraucht und dadurch das bräunliche Bromwasser entfärbt wird. Der Nachweis ist nicht spezifisch für Ethen und hat nur historische Bedeutung. Zu den Methoden für den Nachweis von Ethen in geringen Mengen, etwa bei der Untersuchung von durch Pflanzen freigesetzte Mengen, gehören dieGaschromatographie, der elektrochemische Nachweis und spektroskopische Methoden.^[118] Zu den Prozessüberwachungsinstrumenten gehören Gaschromatographen undExplosimeter, die mit der Messung der Wärmetönung oder mit Infrarot-Messverfahren arbeiten.^[56]

• Muhammad Arshad, William T. Frankenberger (Hrsg.):Ethylene: Agricultural Sources and Applications. Springer, New York, 2002,ISBN 978-0-306-46666-3.
• Pieter Imhof, Jan Cornelis van der Waal (Hrsg.):Catalytic Process Development for Renewable Materials. Wiley-VCH Verlag, 2013,ISBN 978-3-527-33169-7.
• Ehsan Kianfar, Mahmound Salini:A Review on the Production of Light Olefins from Hydrocarbons Cracking and Methanol Conversion. In: James C. Taylor (Hrsg.):Advances in Chemistry Research. Band 59, Nova Science Publishers, New York, 2020,ISBN 978-1-5361-7112-9.

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Wiktionary: Ethen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Eintrag zuEthen. In: P. J. Linstrom, W. G. Mallard (Hrsg.):NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69.National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD

• Gefährlicher Stoff mit harmonisierter Einstufung (CLP-Verordnung)
• Feuergefährlicher Stoff
• Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 40
• Betäubender Stoff
• Wikipedia:Lesenswert
• Alken
• Kohlenwasserstoff
• Pheromon
• Phytohormon
• Erdölprodukt