Формула, властивості, ризики та застосування етилового спирту



The етиловий спирт, Етанол або спирт є органічною хімічною сполукою класу спиртів, що містяться в спиртних напоях і виробляється дріжджами або нафтохімічними процесами. Це безбарвна, легкозаймиста рідина і, крім того, психоактивна речовина, як дезінфікуючий засіб і антисептик, як джерело чистого палива згорання, в обробній промисловості або як хімічний розчинник.

Хімічна формула етилового спирту - C2H5OH і його розширена формула є CH3CH2OH. Вона також написана як EtOH, а назва IUPAC - етанол. Тому його хімічні компоненти - вуглець, гідрогенний і кисень. Молекула утворена ланцюгом з двох атомів вуглецю (етан), в якій H замінений на гідроксильну групу (-OH). Його хімічна структура представлена ​​на фіг.1.

Це другий найпростіший алкоголь. Всі атоми вуглецю і кисню є sp3, що дозволяє вільно обертати межі молекул. (Етиловий спирт Формула, С.Ф.).

Етанол можна знайти широко в природі, оскільки він є частиною процесу метаболізму дріжджів Saccharomyces cerevisiae, Він також присутній у стиглих фруктах. Це також виробляється деякими рослинами через анеробіоз. Він також був знайдений у космосі.

Етанол може бути отриманий дріжджами з використанням ферментації цукрів, що містяться в зернах, таких як кукурудза, сорго і ячмінь, а також шкури картоплі, рису, цукрового очерету, цукрових буряків і дворових обрізок; або органічним синтезом.

Органічний синтез здійснюється шляхом гідратації етилену, отриманого в нафтохімічній промисловості, і використання сірчаної або фосфорної кислоти в якості каталізатора при 250-300 ºC:

CH2= CH2 + H2O → CH3CH2OH

Індекс

  • 1 Виробництво етилового спирту
  • 2 Фізико-хімічні властивості
  • 3 Реактивність і небезпека
    • 3.1 Очі
    • 3.2 Шкіра
    • 3.3 Вдихання
    • 3.4
  • 4 Використання
    • 4.1 Медицина
    • 4.2 Відпочинок
    • 4.3 Паливо
    • 4.4 Інші види використання
  • 5 Біохімія
  • 6 Важливість гідроксильної групи в спиртах
  • 7 Посилання

Виробництво етилового спирту

Етанол від ферментації цукрів є основним процесом виробництва алкогольних напоїв і біопалива. Він використовується в основному в таких країнах, як Бразилія, де дріжджі використовуються для біосинтезу етанолу цукрового очерету.

Кукурудза є основним інгредієнтом для етанолу як палива в США. Це пов'язано з його великою кількістю і низькою ціною. Цукровий очерет і буряк є найбільш поширеними інгредієнтами, які використовуються для виробництва етанолу в інших частинах світу.

Оскільки алкоголь створюється за рахунок ферментації цукру, цукрові культури є найлегшими інгредієнтами для перетворення в алкоголь. Бразилія, другий за величиною у світі виробник паливного етанолу, виробляє більшу частину етанолу з цукрової тростини.

Більшість автомобілів у Бразилії здатні працювати на чистому етанолі або в суміші бензину та етанолу.

Фізико-хімічні властивості

Етанол є прозорою, безбарвною рідиною з характерним запахом і смаком, що горять (Королівське хімічне товариство, 2015 р.).

Молярна маса етилового спирту становить 46,06 г / моль. Його температура плавлення і кипіння становить -114 ° С і 78 ° С відповідно. Це летюча рідина, її щільність становить 0,789 г / мл. Етиловий спирт також є вогненебезпечним і виробляє блакитне полум'я без диму.

Він змішується з водою і в більшості органічних розчинників, таких як оцтова кислота, ацетон, бензол, чотирихлористий вуглець, хлороформ і ефір.

Цікавим фактом є те, що етанол також змішується в аліфатичних розчинниках, таких як пентан і гексан, але його розчинність залежить від температури (Національний центр інформації про біотехнології, базу даних PubChem, CID = 702, 2017).

Етанол є найбільш відомим представником спиртів. У цій молекулі гідроксильна група знаходиться в кінцевому вуглеці, що призводить до високої поляризації молекули.

Отже, етанол може утворювати сильні взаємодії, такі як водневі зв'язки та диполь-дипольні взаємодії. У воді етанол змішується і взаємодія між двома рідинами настільки високі, що дає початок суміші, відомій як азеотроп, з характеристиками, відмінними від двох компонентів..

Ацетилхлорид і бромід реагують сильно з етанолом або водою. Суміші спиртів з концентрованою сірчаною кислотою і сильним перекисом водню можуть викликати вибухи. Також суміші етилового спирту з концентрованим перекисом водню утворюють потужні вибухові речовини.

Алкіл-гіпохлорити є сильнодіючими вибуховими речовинами. Вони легко одержуються шляхом взаємодії хлорнуватистої кислоти і спиртів у водному розчині або змішаних розчинах водного чотирихлористого вуглецю.

Хлор і спирти також продукують алкіл-гіпохлорити. Вони розкладаються на холоді і вибухають при дії сонячного світла або тепла. Третинні гіпохлорити є менш нестійкими, ніж вторинні або первинні гіпохлорити.

Реакції ізоціанату з каталізованими підставами спиртами слід проводити в інертних розчинниках. Такі реакції за відсутності розчинників часто відбуваються при вибуховому насильстві (DENATURED ALCOHOL, 2016).

Реактивність і небезпека

Етиловий спирт класифікується як стабільний, летючий і легкозаймистий склад. Він легко запалюватиметься теплом, іскрою або полум'ям. Пари можуть утворювати вибухонебезпечні суміші з повітрям. Вони можуть пересуватися до джерела запалювання і назад.

Більшість парів важче повітря. Вони будуть поширюватися по землі і збиратимуться в низьких або закритих зонах (каналізація, підвали, резервуари). Існує небезпека вибуху пари в приміщеннях, на відкритому повітрі або в каналізаціях. Контейнери можуть вибухнути при нагріванні.

Етанол є токсичним при вживанні у великих кількостях або у великих концентраціях. Він діє на центральну нервову систему як депресант і сечогінний засіб. Він також подразнює очі і ніс.

Він легкозаймистий і бурхливо реагує з пероксидами, ацетилхлоридом і ацетилбромидом. При контакті з деякими платиновими каталізаторами він може запалюватися.

Симптомами при інгаляції є кашель, головний біль, втома, сонливість. Він може виробляти суху шкіру. Якщо речовина вступає в контакт з очима, це призведе до почервоніння, болю або відчуття печіння. При попаданні в організм він викликає відчуття печіння, головний біль, сплутаність, запаморочення і втрату свідомості (IPCS, S.F.).

Очі

Якщо з'єднання потрапляє в очі, слід перевірити та видалити контактні лінзи. Очі слід негайно промити великою кількістю води протягом принаймні 15 хвилин холодною водою.

Шкіра

У разі контакту з шкірою, уражену ділянку слід негайно промити великою кількістю води протягом щонайменше 15 хвилин при видаленні забрудненого одягу та взуття..

Покриття роздратованої шкіри пом'якшувальним засобом. Вимийте одяг і взуття перед тим, як повторно використовувати їх. Якщо контакт важкий, змийте дезінфікуючим милом і накрийте шкіру, забруднену антибактеріальним кремом

Вдихання

У разі інгаляції потерпілого слід перемістити в прохолодне місце. Якщо ви не дихаєте, дається штучне дихання. Якщо дихання важке, виділіть кисень.

Прийом всередину

Якщо з'єднання проковтнуте, блювота не повинна бути викликана, якщо це не призначено медичним персоналом. Ослабте щільний одяг, наприклад, комір сорочки, ремінь або краватку.

У всіх випадках необхідно негайно отримати медичну допомогу (Паспорт безпеки матеріалу Етиловий спирт 200 Доказ, 2013).

Використання

Медицина

Етанол використовується в медицині як антисептик. Етанол вбиває організми шляхом денатурації їх білків і розчинення їх ліпідів і є ефективним проти більшості бактерій, грибів і багатьох вірусів. Однак етанол неефективний проти бактеріальних спор.

Етанол можна вводити як антидот при отруєнні метанолом і етиленгліколем. Це пов'язано з конкурентним інгібуванням ферменту, який погіршує їх називається алкогольдегідрогеназа.

Рекреаційні

Як депресант центральної нервової системи, етанол є одним з найбільш споживаних психоактивних засобів.

Кількість етанолу в організмі зазвичай кількісно визначається вмістом алкоголю в крові, який тут береться як маса етанолу на одиницю об'єму крові.

Малі дози етанолу, загалом, викликають ейфорію і релаксацію. Люди, які відчувають ці симптоми, мають тенденцію бути балакучими і менш гальмуються, і можуть виявляти невтішне судження.

При більш високих дозах етанол діє як депресант центральної нервової системи, виробляючи прогресивно більш високі дози, порушення сенсорної та рухової функції, зниження пізнання, оглушення, втрату свідомості та можливу смерть..

Етанол зазвичай споживається як рекреаційний препарат, особливо під час спілкування. Ви також можете побачити, які ознаки і симптоми алкоголізму?

Паливо

Найбільше використання етанолу в якості палива двигуна і паливної добавки. Використання етанолу може зменшити залежність від викидів нафти і парникових газів (EGI).

Використання палива етанолу в Сполучених Штатах різко збільшилося, з приблизно 1 700 млн. Галонів в 2001 році до близько 13 900 млн. У 2015 році (американське відділення енергетики, С.Ф.).

Е10 і Е15 являють собою суміші етанолу та бензину. Число після "Е" вказує відсоток етанолу за обсягом.

Більша частина бензину, що продається в США, містить до 10% етанолу, кількість якого залежить від зони. Всі виробники автомобілів схвалюють суміші до E10 у своїх бензинових автомобілях.

У 1908 році Генрі Форд розробив свою модель Т, дуже стару машину, яка працювала з сумішшю бензину і спирту. Форд назвав цю суміш паливом майбутнього.

У 1919 р. Етанол був заборонений, оскільки вважався алкогольним напоєм. Його можна продавати тільки при змішуванні з маслом. Етанол був використаний в якості палива знову після того, як Заборона закінчилася в 1933 році (управління енергоінформацією США, S.F.).

Інші види використання

Етанол є важливим промисловим інгредієнтом. Вона має широке застосування в якості попередника інших органічних сполук, таких як етилгалогеніди, етилові ефіри, діетиловий ефір, оцтова кислота та етилові аміни..

Етанол змішується з водою і є хорошим розчинником для загального використання. Зустрічається у фарбах, барвниках, маркерах та засобах особистої гігієни, таких як полоскання для рота, духи та дезодоранти.

Однак полісахариди осаджуються з водного розчину в присутності спирту, і осадження етанолом використовується з цієї причини при очищенні ДНК і РНК.

Через низьку температуру плавлення (-114,14 ° С) і низьку токсичність етанол іноді використовується в лабораторіях (з сухим льодом або іншими холодоагентами) в якості охолоджуючої ванни для зберігання контейнерів при температурах нижче Заморожування води З цієї ж причини він також використовується як активна рідина в спиртових термометрах.

Біохімія

Окислення етанолу в організмі дає кількість енергії 7 ккал / моль, проміжну між вуглеводами і жирними кислотами. Етанол виробляє порожні калорії, що означає, що він не забезпечує жодного типу поживних речовин.

Після перорального введення етанол швидко всмоктується в кров із шлунка і тонкої кишки і розподіляється по всій воді тіла..

Оскільки поглинання відбувається швидше з тонкої кишки, ніж з шлунка, затримки спорожнення шлунка затримують поглинання етанолу. Звідси поняття не пити на порожній шлунок.

Більше 90% етанолу, що надходить в організм, повністю окислюється до ацетальдегіду. Решта етанолу виводяться через піт, сечу і дихання (дихання).

Існує три способи, якими організм метаболізує алкоголь. Основним шляхом є фермент алкогольдегідрогенази (АДГ). АДГ знаходиться в цитоплазмі клітин. Вона виявляється головним чином в печінці, хоча вона також зустрічається в шлунково-кишковому тракті, нирках, слизовій оболонці носа, яєчках і матці..

Цей фермент залежить від окисленого коферменту NAD. Вона є найбільш важливою при окисленні етанолу, оскільки вона метаболізує від 80 до 100% поглиненого етанолу в печінці. Його функція полягає в окисленні спирту до ацетальдегіду відповідно до реакції:

CH3CH2OH + NAD+ → CH3CHO + NADH + H+

Іншим способом метаболізму алкоголю є фермент каталази, який використовує пероксид водню для окислення спирту до ацетальдегіду наступним чином:

CH3CH2OH + H2O2 → CH3CHO + 2H2O

Цей шлях обмежений низькими показниками породження Н2O2 які виробляються в клітинних умовах за допомогою ферментів ксантиноксидази або NADPH-оксидази.

Третій спосіб метаболізму алкоголю - мікросомальна система окислення етанолу (SMOE). Це система усунення токсичних речовин організму, розташованих в печінці, що складається з ферментів оксидаз змішаної функції цитохрому Р450.

Окислення модифікують препарати і чужорідні сполуки (ксенобіотики) шляхом гідроксилювання, роблячи їх нетоксичними. У конкретному випадку етанолу реакція:

CH3CH2OH + NADPH + H+ + O2 → CH3CHO + NADP+ + 2H2O

Коли етанол перетворюється в ацетальдегід за допомогою цих трьох ферментів, він окислюється до ацетату дією ферменту альдегіддегідрогенази (ALDH). Цей фермент залежить від окисленого коферменту NAD і реакція:

CH3CHO + NAD + + H2O → CH3СООН + NADH + H+

Ацетат активується коферментом А з отриманням ацетилу CoA. Це переходить до циклу Кребса для виробництва енергії (Національна медична бібліотека США, 2012 р.).

Важливість гідроксильної групи в спиртах

Гідроксильна група являє собою молекулу, що складається з атома кисню і атома водню.

Це призводить до того, що молекула, подібна до води з негативним чистим зарядом, зв'язується з вуглецевим ланцюгом.

Ця молекула робить вуглецевий ланцюг спиртом. Крім того, він забезпечує певні загальні характеристики для отриманої молекули.

На відміну від алканів, які є неполярними молекулами через їх вуглецеві та водневі ланцюги, коли гідроксильна група прилипає до ланцюга, вона набуває здатності розчинятися у воді, завдяки подібності молекули OH з водою..

Однак ця властивість змінюється в залежності від розміру молекули і положення гідроксильної групи в вуглецевому ланцюзі.

Фізико-хімічні властивості змінюються в залежності від розміру молекули і розподілу гідроксильної групи, але в цілому спирти зазвичай є рідкими з характерним запахом..

Список літератури

  1. ДЕНАТУРОВАНИЙ АЛКОГОЛЬ. (2016). Отримано з cameochemicals.noaa.gov.
  2. Етиловий спирт Формула. (S.F.). Відновлено з softschools.com.
  3. (S.F.). ЕТАНОЛ (ANHYDROUS). Відновлено з сайту inchem.org.
  4. Паспорт безпеки матеріалу Етиловий спирт 200 Доказ. (2013, 21 травня). Відновлено з sciencelab.com.
  5. Національний центр біотехнологічної інформації. База даних PubChem Compound; CID = 702. (2017, 18 березня). База даних PubChem Compound; CID = 702. Отримано з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  6. Королівське хімічне товариство. (2015). Етанол. Отримано з chemspider.com
  7. Відділ енергетики. (S.F.). Етанол. Відібрані від fueleconomy.gov.
  8. Адміністрування енергетичної інформації. (S.F.). Етанол. Відновлено з eia.gov.
  9. Національна медична бібліотека ім. (2012, 20 грудня). HSDB: ETHANOL. Отримано з toxnet.nlm.nih.gov.