Metanol - Methanol

Må ikke forveksles med mentol , metanal , metadol eller methabol .

Skjelettformel for metanol med noen eksplisitte hydrogener tilsatt
Romfyllingsmodell av metanol
Stereoskjelettformel for metanol med alt eksplisitt hydrogen tilsatt
Ball and stick modell av metanol
prøve av metanol
Navn
Uttale / M ɛ é ə n ɒ l /
Foretrukket IUPAC -navn
Metanol
Andre navn
Carbinol
colombiansk ånder
hydroksymetansulfonsyre
MeOH-
metyl alkohol
metyl-hydroksid
Methylic alkohol
methylolinnhold
Methylene hydrat
Pyroligneous ånd
Wood alkohol
Wood nafta
Wood ånd
Identifikatorer
3D -modell ( JSmol )
3DMet
1098229
ChEBI
CHEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.599 Rediger dette på Wikidata
EC -nummer
449
KEGG
MeSH Metanol
RTECS -nummer
UNII
FN -nummer 1230
  • InChI = 1S/CH4O/c1-2/h2H, 1H3 kryss avY
    Nøkkel: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N kryss avY
  • InChI = 1/CH4O/c1-2/h2H, 1H3
    Nøkkel: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYAX
  • CO
Egenskaper
CH
3OH eller CH
4O
Molar masse 32,04 g mol −1
Utseende Fargeløs væske
Lukt Søt og skarp
Tetthet 0,792 g / cm 3
Smeltepunkt −97,6 ° C (−143,7 ° F; 175,6 K)
Kokepunkt 64,7 ° C (148,5 ° F; 337,8 K)
blandbare
logg P −0,69
Damptrykk 13,02 kPa (ved 20 ° C)
Surhet (p K a ) 15.5
Konjugat syre Metyloksonium
Konjugert base Metanolat
−21,40 · 10 −6 cm 3 /mol
1.33141
Viskositet 0,545 mPa · s (ved 25 ° C)
1,69 D
Termokjemi
725,7 kJ/mol, 173,4 kcal/mol, 5,77 kcal/g
Farer
viktigste farer Metanol og dets damper er brannfarlige.

Moderat giftig for små dyr - Meget giftig for store dyr og mennesker - Kan være dødelig/ dødelig eller forårsake blindhet og skade på lever , nyrer og hjerte ved svelging - Toksisitetseffekter ved gjentatt overeksponering har en akkumulerende effekt på sentralnervesystemet , spesielt synsnerven - Symptomer kan bli forsinket, bli alvorlige etter 12 til 18 timer og somle i flere dager etter eksponering

Sikkerhetsdatablad Se: dataside
[1]
GHS -piktogrammer GHS02: Brannfarlig GHS06: Giftig GHS08: Helsefare
GHS Signalord Fare
H225 , H301 , H311 , H331 , H370
P210 , P233 , P240 , P241 , P242 , P243 , P260 , P264 , P270 , P271 , P280 , P301+330+331 , P310 , P302+352 , P312 , P303+361+353 , P304+340 , P311 , P305+ 351+338 , P307+311 , P337+313 , P361 , P363 , P370+378 , P403+233
NFPA 704 (brann diamant)
1
3
0
Flammepunkt 11 til 12 ° C (52 til 54 ° F; 284 til 285 K)
470 ° C (878 ° F; 743 K)

385 ° C (725 ° F; 658 K)

Eksplosive grenser 6–36%
Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC):
LD 50 ( median dose )
 5628 mg/kg (rotte, oral)
7300 mg/kg (mus, oral)
12880 mg/kg (rotte, oral)
14200 mg/kg (kanin, oral)
64.000 ppm (rotte, 4 timer)
33 082 spm (katt, 6 t) 37
594 spm (mus, 2 t)
NIOSH (amerikanske helseeksponeringsgrenser):
PEL (tillatt)
 TWA 200 ppm (260 mg/m 3 )
REL (anbefalt)
 TWA 200 ppm (260 mg/m 3 ) ST 250 ppm (325 mg/m 3 ) [hud]
IDLH (Umiddelbar fare)
 6000 spm
Relaterte forbindelser
Relaterte forbindelser
 Metantiol
Silanol
Etanol
Supplerende dataside
Brytningsindeks ( n ),
Dielektrisk konstant (ε r ), etc.
Termodynamiske
data
 Faseadferd
fast – væske – gass
UV , IR , NMR , MS
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N bekreft  ( hva er   ?) kryss avY☒N
Infobox -referanser

Metanol , også kjent som metylalkohol eller metylhydrat , blant andre navn, er en kjemikalie og den enkleste alkoholen , med formelen C H 3 O H (en metylgruppe knyttet til en hydroksylgruppe , ofte forkortet MeOH). Det er en lett, flyktig , fargeløs, brannfarlig væske med en karakteristisk alkoholisk lukt som ligner på etanol (alkohol). Et polart løsningsmiddel, metanol, fikk navnet trealkohol fordi det en gang ble produsert hovedsakelig av destruktiv destillasjon av tre . I dag produseres metanol hovedsakelig industrielt ved hydrogenering av karbonmonoksid .

Metanol består av en metylgruppe knyttet til en polær hydroksylgruppe . Med mer enn 20 millioner tonn produsert årlig, brukes det som en forløper til andre råvarekjemikalier , inkludert formaldehyd , eddiksyre , metyl-tert-butyleter , metylbenzoat, anisol, peroksysyrer, i tillegg til en rekke mer spesialiserte kjemikalier.

Hendelse

Små mengder metanol er tilstede hos normale, friske mennesker. En studie fant et gjennomsnitt på 4,5  ppm i utåndet pust hos testpersoner. Den gjennomsnittlige endogene metanol på mennesker på 0,45 g/d kan metaboliseres fra pektin som finnes i frukt; ett kilo eple produserer opptil 1,4 g metanol.

Metanol produseres av anaerobe bakterier og planteplankton .

Interstellar medium

Metanol finnes også i store mengder i stjernedannende områder i rommet og brukes i astronomi som en markør for slike regioner. Det oppdages gjennom sine spektrale utslippslinjer.

I 2006 oppdaget astronomer som brukte MERLIN -serien av radioteleskoper ved Jodrell Bank Observatory en stor sky av metanol i verdensrommet, 463 milliarder km på tvers. I 2016 oppdaget astronomer metanol i en planetdannende plate rundt den unge stjernen TW Hydrae ved bruk av ALMA radioteleskop.

Giftighet

Hovedartikkel: Metanol toksisitet
Se også: Liste over metanolforgiftningshendelser

Inntak av så lite som 10 ml ren metanol kan forårsake permanent blindhet ved ødeleggelse av synsnerven . 30 ml er potensielt dødelig. Median dødelig dose er 100 ml, dvs. 1-2 ml/kg kroppsvekt av ren metanol. Den referansedose for metanol er 0,5 mg / kg i en dag. Giftige effekter begynner timer etter inntak, og motgift kan ofte forhindre permanent skade. På grunn av likhetene i både utseende og lukt til etanol (alkoholen i drikkevarer), er det vanskelig å skille mellom de to; slik er det også med denaturert alkohol , forfalsket brennevin eller alkoholholdige drikker av svært lav kvalitet.

Metanol er giftig av to mekanismer. For det første kan metanol være dødelig på grunn av effekter på sentralnervesystemet, og fungere som et sentralnervedempende middel på samme måte som etanolforgiftning . For det andre metaboliseres det i en toksisasjonsprosess til maursyre (som er tilstede som formiationen) via formaldehyd i en prosess som initieres av enzymet alkohol dehydrogenase i leveren . Metanol omdannes til formaldehyd via alkoholdehydrogenase (ADH) og formaldehyd omdannes til maursyre (formiat) via aldehyddehydrogenase (ALDH). Konverteringen til formiat via ALDH forløper fullstendig, uten at det kan påvises formaldehyd. Formiat er giftig fordi det hemmer mitokondrielt cytokrom c -oksidase , forårsaker hypoksi på cellenivå og metabolsk acidose , blant en rekke andre metabolske forstyrrelser.

Utbrudd av metanolforgiftning har hovedsakelig skjedd på grunn av forurensning av alkohol . Dette er mer vanlig i utviklingsland . I 2013 skjedde det likevel mer enn 1700 tilfeller i USA. De som rammes er ofte voksne menn. Resultatene kan være gode med tidlig behandling. Giftighet for metanol ble beskrevet allerede i 1856.

På grunn av sine toksiske egenskaper brukes metanol ofte som et denaturerende tilsetningsstoff for etanol produsert til industriell bruk. Denne tilsetningen av metanol unntar industriell etanol (vanligvis kjent som " denaturert alkohol " eller "metylert sprit") fra avgifter på brennevin i USA og noen andre land.

I løpet av COVID-19-pandemien fant den amerikanske Food and Drug Administration en rekke hånddesinfeksjonsprodukter som ble merket som inneholdende etanol, men testet positivt for metanolforurensning. På grunn av de toksiske effektene av metanol når de absorberes gjennom huden eller svelges, i motsetning til den relativt sikrere etanolen, beordret FDA tilbakekalling av slike håndspritprodukter som inneholder metanol, og utstedte en importvarsel for å stoppe disse produktene fra ulovlig å komme inn på det amerikanske markedet .

applikasjoner

Formaldehyd, eddiksyre, metyl -tert -butyleter

Metanol omdannes hovedsakelig til formaldehyd , som er mye brukt på mange områder, spesielt polymerer. Konverteringen innebærer oksidasjon:

Eddiksyre kan produseres fra metanol.

De Cativa prosess omvendte metanol til eddiksyre .

Metanol og isobuten kombineres for å gi metyl -tert -butyleter (MTBE). MTBE er en stor oktanforsterker innen bensin.

Metanol til hydrokarboner, olefiner, bensin

Kondensering av metanol for å produsere hydrokarboner og til og med aromatiske systemer er grunnlaget for flere teknologier knyttet til gass ​​til væsker . Disse inkluderer metanol-til-hydrokarboner (MTH), metanol til bensin (MTG), metanol til olefiner (MTO) og metanol til propylen (MTP). Disse omdannelsene katalyseres av zeolitter som heterogene katalysatorer . MTG -prosessen ble en gang kommersialisert på Motunui på New Zealand.

Bensin tilsetningsstoff

Det europeiske drivstoffkvalitetsdirektivet tillater drivstoffprodusenter å blande opptil 3% metanol, med like mye co -løsningsmiddel, med bensin som selges i Europa. Kina bruker mer enn 4,5 milliarder liter metanol per år som transportdrivstoff i blandinger med lavt nivå for konvensjonelle kjøretøyer, og blandinger på høyt nivå i kjøretøyer designet for metanoldrivstoff.

Andre kjemikalier

Metanol er forløperen til de fleste enkle metylaminer , metylhalogenider og metyletere. Metylestere produseres av metanol, inkludert transesterifisering av fett og produksjon av biodiesel via transesterifisering .

Nisje og potensielle bruksområder

Energibærer

Metanol er en lovende energibærer fordi den som væske er lettere å lagre enn hydrogen og naturgass. Dets energitetthet er imidlertid lav gjenspeiler det faktum at det representerer delvis på forbrennings metan . Energitettheten er 15,6 MJ / L , mens etanol er 24 og bensin er 33 MJ / L.

Ytterligere fordeler for metanol er dets klare biologiske nedbrytbarhet og lave miljøgiftighet. Det vedvarer ikke verken i aerobe (oksygen-tilstedeværende) eller anaerobe (oksygen-fraværende) miljøer. Halveringstiden for metanol i grunnvann er bare en til syv dager, mens mange vanlige bensinkomponenter har halveringstid i hundrevis av dager (for eksempel benzen på 10–730 dager). Siden metanol er blandbart med vann og biologisk nedbrytbart, er det lite sannsynlig at det akkumuleres i grunnvann, overflatevann, luft eller jord.

Brensel

Hovedartikler: Metanoldrivstoff og metanoløkonomi

Av og til brukes metanol til drivstoff til forbrenningsmotorer . Det brenner og danner karbondioksid og vann:

Et problem med høye konsentrasjoner av metanol i drivstoff er at alkoholer tærer på noen metaller, spesielt aluminium . Metanolgass har blitt foreslått for bakketransport. Den største fordelen med en metanoløkonomi er at den kan tilpasses bensinforbrenningsmotorer med minimal modifikasjon av motorene og infrastrukturen som leverer og lagrer flytende drivstoff. Energitettheten er imidlertid bare halvparten av bensinen, noe som betyr at dobbelt så mye metanol ville være nødvendig.

Metanol er et alternativt drivstoff for skip som hjelper skipsindustrien med å møte stadig strengere utslippsforskrifter. Det reduserer utslippene av svoveloksider (SOx), nitrogenoksider (NOx) og partikler vesentlig. Metanol kan brukes med høy effektivitet i marine dieselmotorer etter mindre endringer ved bruk av en liten mengde pilotbrensel (Dual fuel).

I Kina gir metanol næring til industrielle kjeler, som brukes i stor utstrekning til å generere varme og damp til ulike industrielle applikasjoner og boligvarme. Bruken fordriver kull, som er under press fra stadig strengere miljøforskrifter.

Brenselceller med direkte metanol er unike i sin lave temperatur, atmosfæriske trykkoperasjon, noe som gjør at de kan miniatyriseres sterkt. Dette, kombinert med relativt enkel og sikker lagring og håndtering av metanol, kan åpne muligheten for brenselcelledrevet forbrukerelektronikk , for eksempel bærbare datamaskiner og mobiltelefoner.

Metanol er også et mye brukt drivstoff i camping- og båtovner. Metanol brenner godt i en brenner uten trykk, så alkoholovner er ofte veldig enkle, noen ganger litt mer enn en kopp for å holde drivstoff. Denne mangelen på kompleksitet gjør dem til en favoritt blant turgåere som tilbringer lengre tid i villmarken. På samme måte kan alkoholen geles for å redusere risikoen for lekkasje eller søl, som med merket " Sterno ".

Metanol blandes med vann og injiseres i diesel- og bensinmotorer med høy ytelse for å øke effekten og redusere temperaturen på inntaksluften i en prosess som kalles vannmetanolinjeksjon .

Andre applikasjoner

Metanol brukes som denatureringsmiddel for etanol, produktet er kjent som " denaturert alkohol " eller "metylert sprit". Dette ble ofte brukt under forbuds å hindre inntak av bootlegged brennevin, og endte opp med å forårsake flere dødsfall. Denne typen praksis er nå ulovlig i USA, og regnes som drap.

Metanol brukes som løsningsmiddel og som frostvæske i rørledninger og spylervæske . Metanol ble brukt som et kjølevæske mot frost i bilen på begynnelsen av 1900 -tallet. Fra mai 2018 ble metanol forbudt i EU for bruk i vindusvask eller avriming på grunn av risikoen for konsum som følge av metanolforgiftninger i Tsjekkia i 2012 .

I noen renseanlegg tilsettes en liten mengde metanol i avløpsvannet for å gi en karbonmatkilde for denitrifiserende bakterier , som omdanner nitrater til nitrogengass og reduserer nitrifikasjonen av følsomme vannførende stoffer .

Metanol brukes som et fargestoff i polyakrylamidgelelektroforese .

Produksjon

Fra syntesegass

Karbonmonoksid og hydrogen reagerer over en katalysator for å produsere metanol. I dag er den mest brukte katalysatoren en blanding av kobber og sinkoksider , støttet på aluminiumoksyd , som første gang brukt av ICI i 1966. Ved 5–10 MPa (50–100 atm) og 250 ° C (482 ° F) er reaksjon er preget av høy selektivitet (> 99,8%):

Produksjonen av syntesegass fra metan produserer tre mol hydrogen for hvert mol karbonmonoksid, mens syntesen bruker bare to mol hydrogengass per mol karbonmonoksid. En måte å håndtere overflødig hydrogen på er å injisere karbondioksid i metanolsyntesereaktoren, der den også reagerer for å danne metanol i henhold til ligningen:

Når det gjelder mekanisme, skjer prosessen via innledende konvertering av CO til CO 2 , som deretter hydrogeneres :

hvor H 2 O-biproduktet resirkuleres via den vann-gass-skiftreaksjonen

Dette gir en samlet reaksjon, som er den samme som angitt ovenfor.

Biosyntese

Den katalytiske omdannelsen av metan til metanol utføres av enzymer inkludert metanmonooksygenaser . Disse enzymene er oksygenaser med blandet funksjon, dvs. oksygenering er koblet til produksjon av vann og NAD + .

Både Fe- og Cu-avhengige enzymer har blitt karakterisert. Det er gjort en intens, men stort sett resultatløs innsats for å etterligne denne reaktiviteten. Metanol oksideres lettere enn metanet, så reaksjonene har en tendens til ikke å være selektive. Noen strategier finnes for å omgå dette problemet. Eksempler inkluderer Shilov-systemer og zeolitter som inneholder Fe- og Cu. Disse systemene etterligner ikke nødvendigvis mekanismene som brukes av metalloenzymer , men henter litt inspirasjon fra dem. Aktive steder kan variere vesentlig fra de som er kjent i enzymene. For eksempel er et dinukleært aktivt sted foreslått i sMMO- enzymet, mens et mononukleært jern ( alfa-oksygen ) er foreslått i Fe-zeolitten.

Sikkerhet

Metanol er svært brannfarlig. Dampene er litt tyngre enn luft, kan bevege seg og antennes. Metanolbranner bør slukkes med tørr kjemikalie , karbondioksid , vannspray eller alkoholbestandig skum.

Kvalitetsspesifikasjoner og analyse

Metanol er tilgjengelig kommersielt i forskjellige renhetsklasser. Kommersiell metanol er generelt klassifisert i henhold til ASTM renhetsklasser A og AA. Både renhet A og klasse AA er 99,85 vekt% metanol. Grade "AA" metanol inneholder også spor av etanol.

Metanol for kjemisk bruk tilsvarer normalt klasse AA. I tillegg til vann inkluderer typiske urenheter aceton og etanol (som er svært vanskelige å skille ved destillasjon). UV-vis-spektroskopi er en praktisk metode for å påvise aromatiske urenheter. Vanninnhold kan bestemmes ved Karl-Fischer-titrering .

Historie

I sin balsameringsprosess brukte de gamle egypterne en blanding av stoffer, inkludert metanol, som de hentet fra pyrolysen av tre. Ren metanol ble imidlertid først isolert i 1661 av Robert Boyle , da han produserte den via destillasjon av buxus (buksbom). Det ble senere kjent som "pyroxylic spirit". I 1834 bestemte de franske kjemikerne Jean-Baptiste Dumas og Eugene Peligot dets elementære sammensetning.

De introduserte også ordet "methylène" for organisk kjemi, og dannet det fra gresk mety = "alkoholholdig væske" + hȳlē = "skog, tre, tømmer, materiale". "Methylène" betegnet en "radikal" som var omtrent 14 vekt% hydrogen og inneholdt ett karbonatom. Dette ville være CH 2 , men på det tidspunktet ble karbon antatt å ha en atomvekt bare seks ganger det av hydrogen, så de ga formelen som CH. De kalte deretter trealkohol (l'esprit de bois) "bihydrate de méthylène" (bihydrat fordi de trodde formelen var C 4 H 8 O 4 = (CH) 4 (H 2 O) 2 ). Begrepet "metyl" ble avledet i omtrent 1840 ved tilbakeformering fra "metylen", og ble deretter brukt for å beskrive "metylalkohol". Dette ble forkortet til "metanol" i 1892 av den internasjonale konferansen om kjemisk nomenklatur . Den suffikset -yl , som i organisk kjemi , danner navn på carbongrupper, er fra ordet metyl .

Den franske kjemikeren Paul Sabatier presenterte den første prosessen som kunne brukes til å produsere metanol syntetisk i 1905. Denne prosessen antydet at karbondioksid og hydrogen kunne reageres for å produsere metanol. Tyske kjemikere Alwin Mittasch og Mathias Pier, som jobber for Badische-Anilin & Soda-Fabrik (BASF), utviklet et middel for å konvertere syntesegass (en blanding av karbonmonoksid , karbondioksid og hydrogen ) til metanol og fikk patent. Ifølge Bozzano og Manenti, ble BASF prosess først brukt i Leuna , Tyskland i 1923. Driftsbetingelser besto av "høy" temperatur (mellom 300 og 400 ° C) og trykk (mellom 250 og 350 atm) med en sink / kromoksyd -katalysator .

Amerikansk patent 1.569.775 ( US 1569775  ) ble søkt 4. september 1924 og utstedt 12. januar 1926 til BASF; den prosessen som brukes til en krom og mangan oksyd -katalysator med ekstremt kraftige betingelser: trykk i området 50-220 atm og temperaturer opp til 450 ° C. Moderne metanolproduksjon er blitt mer effektiv ved bruk av katalysatorer (vanligvis kobber) som kan fungere ved lavere trykk. Den moderne lavtrykksmetanolprosessen (LPM) ble utviklet av ICI på slutten av 1960 -tallet, US 3326956,  med teknologipatentet for lenge siden.

Under andre verdenskrig ble metanol brukt som drivstoff i flere tyske militære rakettdesign, under navnet M-Stoff, og i en omtrent 50/50 blanding med hydrazin , kjent som C-Stoff .

Bruken av metanol som motorbrensel fikk oppmerksomhet under oljekrisene på 1970 -tallet . På midten av 1990-tallet ble over 20 000 metanol " fleksible drivstoffkjøretøy " (FFV) som kan brukes på metanol eller bensin introdusert i USA. I tillegg ble lave metanolinnhold blandet i bensin som ble solgt i Europa i store deler av 1980-årene og tidlig på 1990-tallet. Bilprodusentene sluttet å bygge metanol FFV på slutten av 1990-tallet, og byttet oppmerksomhet til etanol-drevne kjøretøyer. Selv om metanol FFV-programmet var en teknisk suksess, økte metanolprisen på midten til slutten av 1990-tallet i en periode med fallende bensinpumpepriser redusert interessen for metanoldrivstoff.

På begynnelsen av 1970 -tallet ble det utviklet en prosess av Mobil for produksjon av bensin fra metanol.

Mellom 1960- og 1980 -årene dukket metanol opp som en forløper til råstoffkjemikaliene eddiksyre og eddiksyreanhydrid . Disse prosessene inkluderer syntesen av Monsanto eddiksyre , Cativa -prosessen og Tennessee Eastman eddiksyreanhydridprosess .

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker