Содержание
Спирты распространены в природе.
Большинство людей знакомы с этиловым спиртом (этанолом) – активным ингредиентом алкогольных напитков, но он является лишь одним из семейства органических соединений, известных как спирты.
Получение их, прежде всего этилового (винного в результате ферментативного брожения виноградного сока стало одним из первых химических техпроцессов, освоенных человечеством.
Номенклатура спиртов
Спирты представляет собой органические соединения гидроксильной (ОН) функциональной группы с алифатическим атомом углерода. Поскольку ОН является принадлежностью молекул всех спиртов, их часто представляют как производными воды с общей формулой ROH, где R обозначает алкильную группу.
Получение спиртов метанола (СН3ОН) и этанола (СН3СН2ОН), являющихся первыми двумя членами их гомологического ряда, является важной задачей химической промышленности многих стран. При содержании от одного до четырех атомов углерода их часто называют общими именами, в которых за названием алкильной группы следует слово спирт:
Можно видеть, что все четыре (две последние являются изомерами одного вещества) представленные выше молекулы спиртов содержат одну гидроксильную группу.
По этому признаку все они относятся к классу одноатомных спиртов (бывают и двух-, трех, четырех- и многоатомные).
Кроме того, все они являются производными предельных углеводородов из ряда алканов: метана, этана, пропана (названия спиртов получают добавлением к названию алкена окончания «-ол»). Поэтому их еще называют предельными одноатомными спиртами.
Одноатомные спирты
Получение, свойства (как физические, так и химические) этих соединений зависят от количества атомов углерода, присоединенных к его же атому, непосредственно связанному с группой ОН. Поэтому одноатомные спирты могут быть сгруппированы в три класса на этой основе.
- Первичные спирты имеют молекулу, в которой один атом углерода, связанный с ОН-группой, присоединен к еще одному атому C. Их общая формула RCH2ОН. Например, этанол – первичный спирт.
- Вторичные спирты имеют в молекуле один атом углерода с ОН-группой, присоединенный к двум другими атомам C. Их общая формула R2СНОН. К ним относятся пропиловый и изопропиловый спирты.
- Третичные спирты содержат в молекуле атом углерода с ОН-группой, присоединенный к трем другими атомам C. Их общая формула R3СОН.
Получение одноатомных спиртов в промышленности возможно целым рядом способов, которые будут рассмотрены ниже.
Метанол как продукт природного газа
Метанол получают смешиванием газа водорода и монооксида углерода при высоких температурах и давлениях (200 ат, 350 °C)в присутствии катализатора, состоящего из оксида цинка (ZnO) и оксида хрома (Cr2 O3) в качестве катализатора: 2H2 + CO → CH3OH.
При этом сырьем для получения реагентов являются природный газ и водяной пар, смешивая которые, получают синтез – газ, представляющий собой смесь CO и H2.
Метанол является важным растворителем и используется в качестве автомобильного топлива, либо в виде чистой жидкости – в некоторых гоночных автомобилях, либо в качестве высокооктановой добавки в бензин.
Получение и применение спиртов в мире, и в частности метанола, измеряется миллионами тонн. По итогам 2013 г. в мире было потреблено 66 млн т метанола, из них 65 % в Азии, 17 % – в Европе и 11 % – в США.
Получение предельных спиртов из алкенов
Многие простые весовые спирты, имеющие промышленное значение, производятся гидратацией (добавлением воды) алкенов (этилена, пропилена, бутена). Этанол, изопропанол, бутанол (вторичный и третичный) получают по этой реакции.
Известны прямой и косвенный способы получения спиртов гидратацией. Прямой позволяет избежать образования стабильных промежуточных продуктов, как правило, с помощью кислых катализаторов.
Катализатором обычно является фосфорная кислота, адсорбированная на пористом носителе, таком как силикагель или кизельгур. Этот катализатор был впервые использован для крупномасштабного производства этанола в США компанией “Шелл” в 1947 году. Реакцию проводят в присутствии пара высокого давления при 300 °C, причем между этиленом и паром поддерживается соотношение 1,0: 0,6.
Аналогичная реакция производства изопропилового спирта с катализаторов в виде серной кислоты выглядит следующим образом
Косвенный способ гидратации этилена
В косвенным способе, на практике впервые примененном в промышленном масштабе в 1930 году, но сегодня считающимся почти полностью устаревшим, реакция получения спиртов заключается в превращении алкена в сульфат эфиры, который затем гидролизуют. Традиционно алкен обрабатывают серной кислотой с получением алкильные сульфатных эфиров. В случае производства этанола, этот шаг может быть записан так: Н2SO4 + С2 Н4 → C2H5 -O-SO3H
Впоследствии этот сульфат эфира гидролизуют до регенерации серной кислоты и освобождения этанола: С2Н5-O-SO3H + H2O → H2SO4 + С2Н5ОН.
Способы получения спиртов чрезвычайно разнообразны, но нижеописанный процесс, пожалуй, известен, хотя бы понаслышке каждому читателю.
Спиртовое брожение
Это биологический процесс, в котором молекулы, такие как глюкоза, фруктоза и сахароза, преобразуются в клеточную энергию с параллельным производством этанола и углекислого газа в качестве продуктов метаболизма.
Брожение катализируется ферментами, содержащимися в дрожжах и протекает по сложному многоступенчатому механизму, которое включает в общем случае преобразование (на первом этапе) крахмала, содержащегося в растительных зернах, в глюкозу с последующим получением из нее этанола.
Поскольку дрожжи выполняют это преобразование в отсутствие кислорода, спиртовое брожение считается анаэробным процессом.
Реакции получения спиртов брожением можно представить следующим образом:
Способы получения алкогольных напитков
Весь этанол, содержащийся в алкогольных напитках производится посредством ферментации, вызванной дрожжами.
Вино производится путем ферментации из натуральных сахаров, присутствующих в винограде; сидр получают аналогичной ферментацией природного сахара в яблоках и грушах, соответственно; и другие фруктовые вина производятся ферментацией сахаров в любых других видах фруктов. Бренди и коньячные спирты (например, сливовица) производятся при перегонке напитков, получаемых брожением фруктовых сахаров.
Медовые напитки производятся путем ферментации из натуральных сахаров, присутствующих в меде.
Пиво, виски, и водка производятся путем ферментации зерен крахмала, которые преобразуются в сахар под действием фермента амилазы, присутствующей в зерновых ядрах, подвергшихся солодовому проращиванию. Другие источники крахмала (например, картофель и не солодовое зерно) могут быть добавлены к смеси, так как амилаза будет действовать также и на их крахмал.
Рисовые вина (в том числе саке) получают путем брожения зерновых крахмалов, превращаемых в сахар грибками Aspergillus огугае.
Ром и некоторые другие напитки получают ферментацией и дистилляцией сахарного тростника. Ром, как правило, производится из продукта сахарного тростника – патоки.
Во всех случаях брожение должно происходить в сосуде, который позволяет двуокиси углерода выходить, но предотвращает приход наружного воздуха. Это нужно потому, что воздействие кислорода предотвращает образование этанола, а накопление диоксида углерода создает риск разрыва сосуда .
Реакция нуклеофильного замещения
Получение спиртов в лабораториях производится способами, которые используют в качестве исходных продуктов для реакций химические вещества самых разнообразных классов, от углеводородов до карбонильных соединений. Существует несколько способов, которые сводятся к нескольким основным реакциям.
Первичные галогеналканы реагируют с водными растворами щелочей NaOH или КОН, образуя, образуя, главным образом, первичные спирты в реакции нуклеофильного алифатического замещения. Когда, например, метилбромид реагирует с раствором едкого натра, то гидроксильные группы, образующинся при диссоциации щелочи, замещают ионы брома с образованием метанола.
Несколько реакций, позволяющих выполнять получение спиртов в лабораториях, приведены ниже.
Нуклеофильное присоединение
Реактивы Гриньяра (соединения магния с алкилгалогенидами – иодидами или бромидами), а также металлоорганические соединения меди и лития реагируют с карбонильными группами (C=O) альдегидов с образованием первичных и вторичных спиртов в зависимости от механизма присоединения.Аналогичные реакции с кетонами приводят к третичным спиртам.
Реакция Барбье протекает между галогеналканом и карбонильной группой в качестве электрофильного субстрата в присутствии магния, алюминия, цинка, индия, олова или его солей.
Продуктом реакции является первичный, вторичный или третичный спирт.
Механизм ее протекания аналогичен реакции Гриньяра с той разницей, что реакция Барбье является синтезом в одном сосуде, тогда как реактив Гриньяра получают отдельно перед добавлением карбонильного соединения.
Являясь реакцией нуклеофильного присоединения, она происходит с относительно недорогими и водостойкими металлами или их соединениями в отличие от реагентов Гриньяра или органолитиевых реагентов. По этой причине возможно во многих случаях запускать ее в воде, что делает процесс частью зеленой химии. Реакция Барбье назван в честь Филиппа Барбье – учителя Виктора Гриньяра.
Реакция восстановления
Альдегиды или кетоны восстанавливаются до спиртов с боргидридом натрия (NaBH4) или (после кислотной обработки) с литийалюминий гидридом (LiAlH).
В реакции Меервейна-Пондорфа-Верли (MPV) получение спиртов путем восстановления их из кетонов и альдегидов происходит с использованием алюминиевого алкоксидного катализатора. Достоинства MPV заключаются в ее высокой хемоселективности и использовании дешевого, экологически чистого металлического катализатора.
Реакция была обнаружена Меервейном и Шмидтом, и независимо Верли в 1925 г. Они обнаружили, что смесь алюминиевого этоксида и этанола может восстановить альдегиды до их спиртов. Понндорф применил реакцию к кетонам и обновил катализатор до изопропилата алюминия (Al(O-i-Pr)3, где i-Pr означает изопропиловую группу (CH(CH3)2).
в целях получения изопропанола.
Общее уравнение получения спирта путем MPV-восстановления кетонов до спиртов выглядит так:
Это, конечно, не все, что можно сказать относительно спиртов и их свойств, но общее представление о них, надеемся, вам составить удалось.
Органическая химия. Спирты
Этиловый спирт или винный является широко распространённым представителем спиртов. Известно много веществ, в состав которых наряду с углеродом и водородом входит кислород. Из числа кислородсодержащих соединений мне интересен прежде всего класс спиртов.
Этиловый спирт
Физические свойства
спирта. Этиловый спирт С2Н6О — бесцветная жидкость со своеобразным запахом, легче воды (удельный вес 0,8), кипит при температуре 78°,3, хорошо растворяет многие неорганические и органические вещества. Спирт «ректификат» содержит 96% этилового спирта и 4% воды.
Строение молекулы спирта.Согласно валентности элементов, формуле С2Н6О соответствуют две структуры:
Чтобы решить вопрос о том, какая из формул соответствует спирту в действительности, обратимся к опыту.
Поместим в пробирку со спиртом кусочек натрия. Тотчас начнётся реакция, сопровождающаяся выделением газа. Нетрудно установить, что этот газ — водород.
Теперь поставим опыт так, чтобы можно было определить, сколько атомов водорода
выделяется при реакции из каждой молекулы спирта. Для этого в колбу с мелкими кусочками натрия (рис.
1) прибавим по каплям из воронки определённое количество спирта, например 0,1 грамм-молекулы (4,6 грамма). Выделяющийся из спирта водород вытесняет воду из двугорлой склянки в измерительный цилиндр.
Объём вытесненной воды в цилиндре соответствует объёму выделившегося водорода.
Рис.1. Количественный опыт получения водорода из этилового спирта.
Так как для опыта была взята 0,1 грамм-молекулы спирта, то водорода удаётся получить (в пересчёте на нормальные условия) около 1,12 литра. Это означает, что из грамм-молекулы спирта натрий вытесняет 11,2 литра, т.е. половину грамм-молекулы, иначе говоря 1 грамм-атом водорода. Следовательно, из каждой молекулы спирта натрием вытесняется только один атом водорода.
Очевидно, в молекуле спирта этот атом водорода находится в особом положении по сравнению с остальными пятью атомами водорода. Формула (1) не даёт объяснения такому факту.
Согласно ей, все атомы водорода одинаково связаны с атомами углерода и, как нам известно, не вытесняются металлическим натрием (натрий хранят в смеси углеводородов — в керосине). Наоборот, формула (2) отражает наличие одного атома, находящегося в особом положении: он соединён с углеродом через атом кислорода.
Можно заключить, что именно этот атом водорода связан с атомом кислорода менее прочно; он оказывается более подвижным и вытесняется натрием. Следовательно, структурная формула этилового спирта:
Несмотря на большую подвижность атома водорода гидроксильной группы по сравнению с другими атомами водорода, этиловый спирт не является электролитом и в водном растворе не диссоциирует на ионы.
Связи между атомами в молекуле этилового спирта ковалентные:
Чтобы подчеркнуть, что в молекуле спирта содержится гидроксильная группа — ОН, соединённая с углеводородным радикалом, молекулярную формулу этилового спирта пишут так:
Химические свойства спирта. Выше мы видели, что этиловый спирт реагирует с натрием. Зная строение спирта, мы можем эту реакцию выразить уравнением:
Продукт замещения водорода в спирте натрием носит название этилата натрия. Он может быть выделен после реакции (путём испарения избытка спирта) в виде твёрдого вещества.
При поджигании на воздухе спирт горит синеватым, еле заметным пламенем, выделяя много тепла:
Если в колбе с холодильником нагревать этиловый спирт с галогеноводородной кислотой, например с НВг (или смесью NаВг и Н2SО4, дающей при реакции бромистый водород), то будет отгоняться маслянистая жидкость — бромистый этил С2Н5Вг:
Эта реакция подтверждает наличие гидроксильной группы в молекуле спирта.
При нагревании с концентрированной серной кислотой в качестве катализатора спирт легко дегидратируется, т. е. отщепляет воду (приставка «де» указывает на отделение чего-либо):
Эта реакция используется для получения этилена в лаборатории. При более слабом нагревании спирта с серной кислотой (не выше 140°) каждая молекула воды отщепляется от двух молекул спирта, вследствие чего образуется диэтиловый эфир — летучая легко воспламеняющаяся жидкость:
Диэтиловый эфир (иногда называемый серным эфиром) применяется в качестве растворителя (чистка тканей) и в медицине для наркоза. Он относится к классу простых эфиров — органических веществ, молекулы которых состоят из двух углеводородных радикалов, соединённых посредством атома кислорода: R — О — R1
Применение этилового спирта. Этиловый спирт имеет большое практическое значение. Много этилового спирта расходуется на получение синтетического каучука по способу академика С. В. Лебедева. Пропуская пары этилового спирта через специальный катализатор, получают дивинил:
который
затем может полимеризоваться в каучук.
Спирт идёт на выработку красителей, диэтилового эфира, различных «фруктовых эссенций» и ряда других органических
веществ. Спирт как растворитель применяется для изготовления парфюмерных продуктов, многих лекарств. Растворяя в спирте смолы, готовят различные лаки. Высокая теплотворная способность спирта обусловливает применение его в качестве горючего (автомобильного топлива = этанола).
Получение этилового спирта. Мировое производство спирта измеряется миллионами тонн в год.
Распространённым способом получения спирта является брожение сахаристых веществ в присутствии дрожжей. В этих низших растительных организмах (грибках) вырабатываются особые вещества — ферменты, которые служат биологическими катализаторами реакции брожения.
В качестве исходных материалов в производстве спирта берут семена злаков или клубни
картофеля, богатые крахмалом. Крахмал с помощью солода, содержащего фермент диастаз, сперва превращают в сахар, который затем сбраживают в спирт.
Учёные много работали над тем, чтобы заменить пищевое сырьё для получения спирта более дешёвым непищевым сырьём. Эти поиски увенчались успехом. Сейчас широко развито промышленное получение спирта из отходов древесины. Древесина, как и крахмал, превращается в сахар, а из сахара получают спирт.
В последнее время в связи с тем, что при крекинге нефти образуется много этилена, стали получать спирт путём гидратации этилена в присутствии катализаторов:
Реакция гидратации этилена (в присутствии серной кислоты) была изучена ещё А. М. Бутлеровым и В. Горяиновым (1873), который предсказал и её промышленное значение.
Разработан и внедрен в промышленность также метод прямой гидратации этилена пропусканием его в смеси с парами воды над твердыми катализаторами.
Получение спирта из этилена очень экономично, так как этилен входит в состав газов крекинга нефти и других промышленных газов и, следовательно, является широкодоступным сырьем.
Другой способ основан на использовании в качестве исходного продукта ацетилена. Ацетилен подвергается гидратации по реакции Кучерова, а образующийся уксусный альдегид каталитически восстанавливают водородом в присутствии никеля в этиловый спирт. Весь процесс гидратации ацетилена с последующим восстановлением водородом на никелевом катализаторе в этиловый спирт может быть представлен схемой.
Гомологический ряд спиртов
Кроме этилового спирта, известны и другие спирты, сходные с ним по строению и свойствам. Все они могут рассматриваться как производные соответствующих предельных углеводородов, в молекулах которых один атом водорода заменён гидроксильной группой:
Таблица
Углеводороды
Спирты
Температура кипения спиртов в ºС
Метан СН4
Метиловый СН3ОН
64,7
Этан С2Н6
Этиловый С2Н5ОН или СН3 — СН2 — ОН
78,3
Пропан С3Н8
Пропиловый С4Н7ОН или СН3 — СН2 — СН2 — ОН
97,8
Бутан С4Н10
Бутиловый С4Н9ОН или СН3 — СН2 — СН2 — ОН
117
Будучи сходны по химическим свойствам и отличаясь друг от друга по составу молекул на группу атомов СН2, эти спирты составляют гомологический ряд. Сравнивая физические свойства спиртов, мы в этом ряду, так же как и в ряду углеводородов, наблюдаем переход количественных изменений в изменения качественные. Общая формула спиртов данного ряда R — ОН (где R — углеводородный радикал).
Известны спирты, в молекулы которых входит несколько гидроксильных групп, например:
Группы атомов, обусловливающие характерные химические свойства соединений, т. е. их химическую функцию, называются функциональными группами.
Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько
функциональных гидроксильных групп, соединённых с углеводородным радикалом.
По своему составу спирты отличаются от углеводородов, соответствующих им по числу углеродных атомов, наличием кислорода (например, С2Н6 и С2Н6О или С2Н5ОН).
Поэтому спирты можно рассматривать как продукты частичного окисления углеводородов.
Генетическая
связь между углеводородами и спиртами
>
Произвести непосредственное окисление
углеводорода в спирт довольно трудно. Практически проще это сделать через
галогенопроизводное углеводорода. Например, чтобы получить этиловый спирт,
исходя из этана С2Н6, можно сначала получить бромистый этил по реакции:
- а затем бромистый этил превратить в спирт нагреванием с водой в присутствии щёлочи:
Щёлочь при этом нужна, чтобы нейтрализовать образующийся бромистый водород и устранить возможность реакции
его со спиртом, т.е. сдвинуть эту обратимую реакцию вправо.
Литература: Производство этилового спирта в США. Компании, технологии, доли рынка.
Литература: Производство этилглицерола из этилового спирта. Моющие вещества.
- Литература: Производство бутилового спирта из этилового спирта через уксусный альдегид
- Литература: Производство изобутилена из этилового спирта
- Литература: Бутанол может быть использован как топливо в двигателе внутреннего сгорания
- Литература: Производство биоэтанола E85.
- Литература: Прогноз перехода на спиртовое топливо и двигатели.
Видео: Спиртовое топливо и двигатели. Евгений Травников.
Литература: Сравнение стоимости производства этилового спирта / топливного этаноло в США и Германии .
Литература: Производство и получение синтетического этилового спирта из природного газа. Очистка и ректификация этилового спирта.
Литература: Пропиленгликоль – антиобледенительная жидкость для Аэрофлота.
Литература: “Роснефть” и Pirelli ищут технологического партнера для производства каучука.
Этанол (этиловый спирт): что это такое, формула
Этанол – это вещество, обладающее специфическим ароматом и вкусом, которое впервые было получено при помощи реакции брожения. Для этого метаболического процесса применялись разнообразные продукты: злаки, овощи, ягоды. Впоследствии были освоены дистилляционные процессы и методы получения раствора с более высокой концентрацией спирта.
Этанол (как, собственно, и его аналоги) стал широко востребован из-за ряда своих свойств. Во избежание опасного влияния на организм необходимо выяснить, какими особенностями обладает это вещество и какова специфика его использования.
Этанол – что это такое
Этанол, который также называют винным, или этиловым спиртом, представляет собой одноатомный спирт. Это означает, что в его состав входит один-единственный атом.
Название вещества на латыни звучит как Aethanolum. Формула этанола – C2H5OH.
Данный спирт используется в самых разных областях: косметологической, фармацевтической, косметологической, промышленной. Градус его может варьироваться.
Этиловый спирт лег в основу производства разнообразной алкогольной продукции благодаря способности его молекулы угнетать центральную нервную систему.
По нормативным документам этиловый ректификованный спирт имеет ГОСТ 5962-2013. Необходимо отличать его от технической вариации жидкости, которая получила применение главным образом в промышленной сфере. Производство и хранение спиртосодержащих напитков строго контролируют гос.органы.
Чем вреден и полезен этиловый спирт
Если употреблять этанол в малых дозах, он оказывает полезное влияние на организм человека. Отпускается он исключительно по рецепту врача. Стоимость зависит от объема емкости.
Этиловый спирт оказывает следующее положительное действие:
- является профилактическим средством для борьбы с заболеваниями миокарда;
- разжижает кровь;
- нормализует функционирование желудочно-кишечного тракта;
- улучшает кровоснабжение;
- уменьшает болевые ощущения.
Если регулярно употреблять этиловый спирт, в организме может начаться кислородное голодание. Клетки головного мозга стремительно погибают, в результате чего ухудшается память и концентрация внимания, снижается болевой порог.
Систематическое употребление этанола негативным образом влияет и на внутренние органы, способствуя развитию сопутствующих заболеваний.
Злоупотребление алкогольными напитками чревато сильной интоксикацией и наступлением коматозного состояния. Спирт вызывает не только физическую, но и психическую зависимость. Если не будут приняты необходимые лечебные меры и человек не перестанет употреблять алкогольные напитки, произойдет деградация личности, нарушение полноценных общественных связей.
Свойства
Этиловый спирт является естественным метаболитом за счет своей способности синтезироваться в человеческом организме.
Свойства этанола можно условно разбить на три группы:
- химические;
- физические;
- пожароопасные.
В первую группу включено описание внешнего вида и прочих физических параметров. В нормальных условиях винный спирт проявляет летучие свойства, выделяется среди остальных веществ специфическим запахом и жгучим вкусом. Один литр жидкости весит 790 г.
Этанол хорошо растворяет разные органические вещества. Закипает он при температуре 78,39 °C. Этиловый спирт обладает меньшей плотностью, чем вода (согласно измерению ареометром), вследствие этого он легче ее.
Этанол представляет собой горючее, быстровоспламеняющееся вещество. При возгорании пламя имеет синий цвет. Из-за этого химического свойства не составляет труда отличить этиловый спирт от метилового, который является ядом для человека. Пламя метилового спирта при горении обладает зеленым цветом.
Элитный алкоголь: качественные спиртные напиткиВ домашних условиях для определения водки, изготовленной на метаноле, нагревается медная проволока и опускается в ложку водки. Гниловатый яблочный аромат указывает на наличие этанола, запах формальдегида служит признаком метилового спирта.
Винный спирт – это пожароопасное вещество, поскольку воспламеняется при температуре в 18 °С. По этой причине во время контакта с этанолом нельзя допускать его нагревания.
Чрезмерное употребление этанола губительно для организма, что обусловлено теми механизмами, которые запускает прием какого бы то ни было алкоголя. Смешение воды со спиртом способствует выделению эндорфина, именуемого в простонародье «гормоном счастья».
Из-за этого оказывается седативно-гипнотическое воздействие, иными словами, подавление сознания. Последнее обнаруживается в превалировании процессов торможения, проявляющихся такими признаками, как снижение реакции, замедленность речи и движений.
Для передозировки этиловым спиртом сначала характерна возбужденность, которая впоследствии сменяется процессами торможения.
Историческая справка
Этиловый спирт стали использовать еще в эпоху неолита. Это подтверждают следы спиртосодержащих напитков, разысканные в Китае на керамике, возраст которой насчитывает приблизительно 9 тысяч лет. Винный спирт впервые был получен в 12-м веке в Салерно. Тогда это была водно-спиртовая смесь.
Чистый продукт получил в 1976 году русский ученый Товий Егорович Ловиц. В качестве фильтрационного средства он применил активированный уголь. В течение многих лет это был единственный метод получения спирта.
Затем формулу этилового спирта вычислил швейцарский ученый Николо-Теодор де Соссюр.
Описал вещество в качестве углеродного соединения французский химик Антуан Лоран Лавуазье.
В 19-20 веках проводилось скрупулезное исследование этанола и было дано подробное описание его свойств. За счет последних он стал широко применяться в самых разных областях человеческой жизни.
Чем опасен этанол
Винный спирт принадлежит к той группе веществ, незнание свойств которых может обернуться отрицательными последствиями. По этой причине прежде, чем применять этанол, необходимо выяснить, чем он может быть опасен.
Этиловый спирт: можно ли его пить
Употреблять этанол в составе спиртосодержащей продукции можно только с соблюдением важного условия – делать это редко и в маленьких дозировках.
Чрезмерное употребление винного спирта приводит к формированию физической и психической зависимости, иными словами, к алкоголизму.
Если употреблять алкогольную продукцию в больших количествах (когда концентрация этилового спирта равна 12 г. на 1 кг. веса человека), это вызовет сильнейшее отравление организма, которое при неоказании срочной медицинской помощи может привести даже к смерти.
Пить этанол в неразбавленном виде строго запрещено!
Какие болезни вызывает винный спирт
При употреблении этилового спирта особенно опасны продукты его распада в организме. К одним из таких ядовитых веществ, вызывающих наследственные изменения – мутации, принадлежит ацетальдегид.
Канцерогенные свойства этанола провоцируют развитие злокачественных опухолей.
Чем чревато бесконтрольное употребление винного спирта:
Лимончелло: рецепт на водке, самогоне и спирту
Применение этанола
Богатый спектр воздействия винного спирта позволяет применять его в различных сферах. Самое широкое распространение он получил в следующих областях:
- В качестве автомобильного топлива
Применение этанола как моторного топлива связано с именем американского промышленника Генри Форда. В 1880 году он изобрел первый автомобиль, работающий на этиловом спирте. Впоследствии это вещество начали применять для работы ракетных двигателей, разнообразных нагревательных приборов, грелок для туристов и военнослужащих.
- Сейчас также активно используется бензин Е85 и Е95 на основе биоэтанола, что способствует уменьшению потребления нефтепродуктов, выброса парниковых газов и применения ископаемого топлива.
- Таким образом, благодаря использованию автомобильного топлива с полным сгоранием (биоэтанол и его смеси) улучшается экологическая ситуация, поскольку воздух мегаполисов загрязняют преимущественно транспортные выхлопы.
- В состав продуктов сгорания бензина входит огромное количество веществ, представляющих опасность для здоровья.
- Фармакологическое производство
В этой отрасли этанол используется по-разному. Дезинфицирующие свойства медицинского спирта допускают его применение для обработки операционного поля, рук врача-хирурга. Благодаря использованию этанола удается уменьшить проявления лихорадки, изготавливать основы для настоек и компрессы.
Винный спирт принадлежит к противоядиям, помогающим при интоксикации этиленгликолем и метанолом. Он также применяется как пеногаситель при подаче кислорода либо искусственной вентиляции легких.
Так что этиловый спирт является незаменимым веществом в медицине как для наружного применения, так и для использования в качестве питьевой жидкости.
Используя этанол, получают другие вещества, к примеру, этилен. Поскольку винный спирт является превосходным растворителем, он получил применение в производстве лакокрасочной продукции, средств бытовой химии.
Этанол служит основным компонентом алкогольных напитков. Он входит в состав продуктов, полученных посредством процессов брожения. Этиловый спирт применяют в качестве растворителя всевозможных ароматизаторов и консерванта при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий. Он также служит пищевой добавкой Е1510.
- Косметическая промышленность
Производители косметических и парфюмерных средств используют этанол для изготовления туалетной воды, духов, шампуней, одеколонов, спреев и другой продукции.
Этиловый спирт применяется для работы с препаратами, имеющими биологическую природу.
Как взаимодействует с другими веществами
В инструкции по применению указано, что винный спирт при совместном использовании способствует усилению действия лекарственных препаратов, угнетающих дыхательный центр, процессы кровоснабжения, центральную нервную систему.
О взаимодействии этанола с некоторыми веществами можно узнать из таблицы, приведенной ниже.
Лекарственный препарат
Действие этилового спирта при одновременном использовании
Нейролептики
Усиливает эффект медикаментов
Противосудорожные
Вызывает эпилептический припадок
Анельгезирующие
Появление тяжелой непереносимости лекарств
Сердечно-сосудистые
Формирование коллапса, в результате которого резко снижается давление
Антикоагулянты
Появление кровотечения и кровоизлияния во внутривенные органы, параличи конечностей, смерть
В зависимости от применения этиловый спирт может приносить как пользу, так и вред. В результате употребления спиртосодержащей продукции вырабатывается алкогольная зависимость. Вследствие этого использование горячительных напитков в качестве средства для борьбы с депрессией не должно входить в привычку.
Чрезмерное употребление алкоголя вредит вашему здоровью!
© 2018 – 2019, Буната Дмитрий. Все права защищены.
Этанол, свойства и все характеристики
Он смешивается с водой во всех соотношениях и образует с ней азеотропные смеси (смеси определенного состава, кипящие при постоянной температуре, называют азеотропными смесями). Безводный этанол называют абсолютным спиртом, температура плавления которого составляет 78,37oС.
Рис. 1. Строение молекулы этанола.
Таблица 1. Физические свойства этанола.
Плотность, г/см3
0,7893
Температура плавления, oС
-114,3
Температура кипения, oС
78,4
Молярная масса, г/моль
46,069
Получение этанола
- В лабораторных условиях этанол получают следующими способами:
- — гидролизом моногалогенпроизводных этана водными растворами щелочей
- C2H5Br + NaOHaq→C2H5OH + NaBr (to);
- — гидрированием уксусного альдегида
- CH3-C(O)H + H2→ CH3-CH2-OH (kat = Ni, to).
- Основной промышленный способ получения этанола — гидратацияэталена:
- CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2-OH (H+, to).
Химические свойства этанола
Химические реакции, характерные для этанола сопровождаются расщеплением связей:
1) O-H
- взаимодействие с активными металлами
2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2↑.
- взаимодействие с органическими и кислородсодержашими неорганическими кислотами
- взаимодействие с галогеноводородами
C2H5OH + HCl → C2H5Cl + H2O (ZnCl2, to).
- взаимодействие с тригалогенидами фосфора
3C2H5OH + PBr3→ 3C2H5Br + H3PO3.
- взаимодействие с аммиаком
- C2H5OH + NH3→ C2H5NH2 + H2O (Al2O3, to = 300).
- 3) O-H и Cα-H;
- CH3-CH2-OH → CH3-C(O)H + H2↑ (kat = Cu, to).
- CH3-CH2-OH + 2[O] → CH3-COOH + H2O (kat, to).
- 4) C-OH и Cβ-H
- внутримолекулярная дегидратация
CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O (Al2O3, to).
Применение этанола
Основное направление использование этанола – промышленный органический синтез. Кроме этого он применяется в фармации для приготовления настоек и экстрактов, а также в медицинской практике – как наружное антисептическое средство для дезинфекции рук и хирургических инструментов.
Примеры решения задач
Понравился сайт? Расскажи друзьям!
Этиловый спирт
Категория: Вкусовые товары (чай, кофе, алкогольные напитки и др.)
С2Н5ОН представляющий собой бесцветную прозрачную жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом, является конечным продуктом процесса брожения.
В зависимости от содержания этилового спирта алкогольные напитки делят на высокоалкогольные — до 96 % спирта (этиловый спирт), крепкие — от 31 до 65 % спирта (водка, ром, коньяк), среднеалкогольные — 9—30 % спирта (виноградные Вина, ликеры, наливки), слабоалкогольные— 1,5—8 % спирта (пиво, квас).
Этиловый спирт хорошо смешивается с водой в любых соотношениях, имеет температуру кипения 78,3°С, замерзания— минус 117°С, гигроскопичен.
Классификация спирта. В зависимости от исходного сырья спирт подразделяется на пищевой и технический. В свою очередь пищевой спирт может вырабатываться из:
- ♦ зернового сырья и картофеля;
- ♦ сахарной мелассы и других отходов сахарного производства;
- ♦ плодов.
- В зависимости от степени очистки спирт подразделяется на безводный, медицинский, люкс, экстра, высшей очистки, 1-го сорта.
Этиловый спирт (этанол) — продукт перегонки сброженных углеводосодержащих продуктов с последующим концентрированием и обработкой отгона (спиртсодержащей жидкости). Этанол представляет собой бесцветную, легкоподвижную горючую жидкость плотностью при 0°С 806 кг/м3, с температурой кипения 78,3°С; он смешивается с водой в любых соотношениях, в больших дозах ядовит.
Этиловый спирт широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Более 150 производств используют его в качестве сырья, растворителя и горючего.
В России вырабатывается более 1/6 из мирового производства этилового спирта. Основными потребителями пищевого этилового спирта являются ликеро-водочная и винодельческая отрасли пищевой промышленности.
Пищевой спирт — это высококонцентрированная смесь почти чистого этилового спирта с водой. 95%-й питьевой этиловый спирт как пищевой продукт реализуется только в районах Крайнего Севера и Сибири.
В основном же он используется в качестве основного или вспомогательного сырья при изготовлении водок, ликеров, наливок, горьких и сладких настоек, виноградных и плодово-ягодных вин.
Пищевой этиловый спирт получают из растительного сырья, богатого крахмалом (картофеля, зерна злаков, отходов крахмалопаточного производства) и инулином (топинамбура и корней цикория), или из сырья, содержащего сахара (мелассы — отхода сахарного производства, сахарной свеклы, некондиционного сахара-сырца, стеблей сахарного тростника, некондиционных плодов и ягод, включая виноград, а также из отходов виноделия).
Технический спирт вырабатывают из растительного сырья с высоким содержанием клетчатки негидролизуемыми ферментами дрожжевой клетки (древесных опилок, соломы, торфа, мха), и из сульфитных щелоков (отходов целлюлозно-бумажного производства), содержащих до 1,5% сахара. Технический этиловый спирт вырабатывают также синтетическим путем — гидратацией (в присутствии катализатора) углеводорода этилена — С2Н4 + Н20 = С2Н5ОН.
Этиловый спирт из пищевого сырья и древесины получают по одному и тому принципу путем сбраживания Сахаров под действием ферментов дрожжей.
Отличие состоит лишь в способах гидролиза полисахаридов сырья до сбраживаемых Сахаров: крахмал пищевого сырья гидролизуют биохимическим путем с помощью ферментов (амилаз), а целлюлозу древесины — химическим способом, воздействуя на нее минеральными кислотами. Процесс же сбраживания гексоз в том и другом случае одинаков и может быть представлен следующей схемой:
Осахаривание крахмала ведут с помощью амилолитических ферментов, накапливающихся в проросших зернах (солоде) или продуцируемых грибами рода Aspergillus: Asp. avamori, Asp. oryzae. Asp. niger, Asp. usamii, Asp. botatae.
Фермент дрожжей сх-глюкозидаза (мальтаза) катализирует гидролиз дисахарида мальтозы до двух молекул глюкозы, а комплекс ферментов зимазы сбраживает глюкозу в этиловый спирт и углекислый газ: С6Н1206-> 2С2Н5ОН + 2С02 + 118 кДж.
Из злаковых культур для получения этилового спирта в основном используют кукурузу, ячмень, овес, рожь, пшеницу, просо. В производстве спирта применяют так называемый “зеленый солод”, т. е.
увлажненное до содержания 38—40% влаги и проросшее зерно ячменя, ржи, пшеницы, овса, проса, кукурузы. Обычно на спиртовых заводах применяют смесь солодов из двух или трех видов зерна.
При подборе смесей стремятся к созданию наиболее полного комплекса активно осахаривающихся ферментов.
- Для сбраживания осахаренного зернокартофельного сырья, называемого затором, применяют дрожжи Saccharo-myces cerevisiae расы XII, II М.
- Производство спирта из крахмалистого сырья складывается из следующих основных технологических процессов:
- ♦ подготовки сырья — мойки, очистки от посторонних примесей;
- ♦ тепловой обработки (разваривания) с водой при температуре 120—150°С и давлении не менее 588 кПа (6 атм) для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала;
- ♦ охлаждения разваренной массы;
- ♦ осахаривания крахмала под действием амилолити-ческих ферментов — а- и (З-амилаз и олиго-1,6-глюкозида-зы (декстриназы), содержащихся в солодовом молоке или чистой культуре плесневых грибов, в течение 5—10 мин при температуре 57—58°С;
- ♦ сбраживания мальтозы и декстринов (после превращения их в мальтозу) в этиловый спирт и углекислый газ под действием ферментов дрожжей для получения зрелой бражки, содержащей 7—10% спирта;
- ♦ выделения из бражки путем ее перегонки с паром в специальных колонках спирта-сырца, содержащего 88% об. этилового спирта и получаемые в процессе брожения примеси;
♦ повторной перегонки спирта-сырца на ректификационном аппарате периодического или непрерывного действия для получения ректификованного спирта крепостью 96— 96,5% об. Спирт-ректификат получают также непосредственно из бражки на непрерывно действующих брагоректи-фикационных аппаратах, где из спирта-сырца выделяют примеси.
Примеси являются вторичными и побочными продуктами спиртового брожения.
Большинство их оказывает вредное воздействие на организм человека, и поэтому остаточное количество и состав примесей влияют на качество спирта-ректификата и вырабатываемых из него ликеро-водочных изделий.
При общем содержании примесей в спирте-сырце 0,3—0,5% в их составе идентифицировано более 50 соединений, которые могут быть отнесены к одной из четырех групп химических веществ: альдегидам и кетонам, эфирам, высшим спиртам (сивушные масла) и кислотам.
Очистка (ректификация) спирта-сырца от примесей является обязательным условием последующего использования спирта для приготовления водок и ликеро-водочных изделий.
Ректификация путем перегонки спирта-сырца основана на различных точках кипения при нагревании этилового спирта и загрязняющих его примесей.
В зависимости от степени летучести эти примеси бывают головными, хвостовыми и промежуточными.
Головные примеси кипят при температуре ниже температуры кипения этилового спирта. Это альдегиды (уксусный и др.), эфиры (муравьиноэтиловый, уксуснометиловый, уксусноэтиловый и др.), метиловый спирт.
К хвостовым относят примеси, кипящие при температуре выше температуры кипения этилового спирта. Это в основном сивушные масла, т. е. высшие спирты — пропиловый, изо-пропиловый, бутиловый, изобутиловый, амиловый, изоа-миловый и др.
К хвостовым примесям относятся также фурфурол, ацетали и некоторые другие вещества.
Промежуточные примеси представляют собой наиболее трудноотделимую группу соединений. В зависимости от условий перегонки они могут быть и головными, и хвостовыми. В эту группу примесей входят изомасляноэтиловый, изовалерианоэтиловый, уксусноизоамиловый, изова-лерианоизоамиловый эфиры.
В некоторых случаях спирт-сырец перед ректификацией предварительно подвергают химической обработке для освобождения от примесей: раствором NaOH омыляют сложные эфиры и превращают их в соли летучих кислот; раствором КМп04 окисляют альдегиды в непредельные соединения.
В зависимости от степени очистки спирт этиловый ректификованный бывает четырех сортов: люкс — 96,3%, экстра — 96,5% об., высшей очистки — 96,2 и 1-го сорта — 96% об.
Для производства алкогольных напитков используется спирт “Люкс”, “Экстра” и высшей очистки. Спирт “Люкс” и “Экстра” вырабатывают из различных видов зерна (кроме бобовых культур) и смеси зерна и картофеля.
Количество крахмала картофеля в смеси не должно превышать 35% при выработке спирта “Люкс” и 60% при выработке спирта “Экстра”.
Поскольку спирт ректификованный “Экстра” вырабатывают из кондиционного зерна, то содержание примесей в нем не должно превышать 0,07 г/дм3. В спирте высшей очистки и 1-го сорта количество примесей допускается соответственно до 0,1 и 0,15 г/дм3.
Помимо крепости в ректификованном спирте всех трех сортов нормируется содержание альдегидов (соответственно не более 2, 4 и 10 мг в 1 л безводного спирта), сивушного масла (не более 3, 4 и 15 мг/дм3), эфиров (не более 25, 30 и 50 мг/дм3), свободных кислот (не более 12, 15 и 20 мг/дм3).
Он должен выдерживать пробу на метиловый спирт с фуксинсернистой кислотой. фурфурола не допускается.
Этиловый спирт всех сортов должен быть бесцветным и прозрачным, без посторонних частиц. Вкус и запах должны быть характерными для этилового спирта, изготовленного из соответствующего сырья. Посторонние привкусы и запахи не допускаются.
Спирт этиловый питьевой вырабатывают крепостью 95 ±0,2% об. Запах и вкус его должны быть характерными для этилового ректификованного спирта высшей очистки, вырабатываемого из зерна и картофеля, остальные показатели качества такие же, как и для спирта этилового ректификованного высшей очистки.
Разливают спирт в чистые стеклянные бутылки емкостью 0,5 и 0,25 л. На бутылку со спиртом наклеивают этикетку установленного образца с указанием: наименование завода-изготовителя, наименование спирта, крепость в объемных процентах, емкости бутылки и номера действующего стандарта. Срок хранения питьевого спирта не ограничен.
По качеству спирт этиловый питьевой должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 16. Из органолептических показателей в спирте определяют внешний вид, цвет, вкус и запах. Спирт питьевой должен быть прозрачной, бесцветной жидкостью с характерным вкусом и запахом
Помимо органолептических показателей качества в спирте проводят физико-химические исследования и устанавливают объемную долю этилового спирта (95,0 ± 0,2%), массовую концентрацию альдегидов (не более 4 мг/дм3), сивушного масла (не более 4 мг/дм3), эфиров (не более 30 мг/дм3), свободных кислот (не более 15 мг/дм3). Напиток должен выдерживать пробу на метиловый спирт с фуксин-сернистой кислотой и не содержать фурфурола.
Спирт этиловый пищевой получают только из пищевого сырья. Основным сырьем для производства спирта является картофель, зерно, патока.
- Производство спирта состоит из следующих этапов:
- подготовительного — очистка сырья от примесей, приготовление солода;
- основного — разваривание крахмалистого сырья, осахаривание крахмала, сбраживание осахаренной массы, перегонка бражки и получение сырого спирта;
- завершающего — ректификация (повторная перегонка с целью очистки этилового спирта от примесей).
- В зависимости от содержания примесей и крепости спирт этиловый ректификованный (С2Н5ОН) выпускают сортов: Люкс, Экстра,
высшей очистки и 1-го. Спирт этиловый ректификованный представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость без посторонних запахов и привкусов.
Спирты сортов Люкс и Экстра получают только из кондиционного зерна. Для спирта высшей очистки и 1-го сорта используют любое крахмалосодержащее пищевое сырье.
этилового спирта (крепость) выражается в объемных процентах. Под объемным процентом понимают количество миллилитров спирта в 100 мл водно-спиртового раствора при 20 “С.
Крепость спирта Люкс — 96,3% об., Экстра — 96,5, высшей очистки — 96,2, 1-го сорта — 96,0% об.
Этиловый спирт — бесцветная, легкоподвижная жидкость; удельный вес безводного спирта при 20 “С — 0;78927; температура кипения при 760 мм рт. ст. — 78,3 °С; замерзания—–117 °С.
Спирт этиловый ректифицированный спирт «люкс» и «экстра»
вырабатывают из различных видов зерна, смеси и картофеля, кроме бобовых. При производстве спирта «Люкс» количество картофеля в смеси не должно превышать 35 %, спирта «Экстра» — 60 %.
Этанол
Консервант.
Как получить спирт?
Есть много способов получения пищевых и технических спиртов. Эти способы условно можно разделить на две группы – химические и биохимические. При этом с помощью первых производятся синтетические спирты (технические), а с помощью вторых – биоспирты (пищевые).
Как получить спирт методом брожения
Винный или этиловый спирт можно получить разными химическими и биохимическими способами. Самым старым и распространенным методом является алкогольное брожение с последующей дегидратацией (удалением воды).
Довольно сложным является получение этилового спирта путем брожения, в котором участвуют дрожжи. Установлено, что брожение провоцируют не сами дрожжи, а выделяемые ими специфические вещества – зимазы. В процессе брожения глюкоза С6Н12О6 преобразуется в спирт и углекислоту по следующему уравнению:
- С6Н12О6 → 2СО2 + 2С2Н5ОН + энергия
где СО2 – углекислый газ, а С2Н5ОН – этиловый спирт.
Спиртовому брожению может подвергаться не только глюкоза, но и другие сахаристые вещества, содержащиеся в природе в качестве растительных компонентов (например, в соке). Из чего получают спирт в этом случае? Из картофеля, свеклы, зерна пшеницы, овса, риса и т. п.
Если при получении спирта используется сырье, богатое крахмалом, то оно сначала должно поддаться осахариванию – превращению крахмала в сахар под действием определенных ферментов. При этом происходит реакция по следующей формуле:
- (С6Н10О5)n + nН2О + ФЕРМЕНТ → nС6Н12О6
где (С6Н10О5)n – крахмал.
После преобразования крахмала в сахар далее получить этиловый спирт из глюкозы уже гораздо легче. Если при получении спирта используется сахаросодержащее сырье, то процесс сводится к сбраживанию подвернутого обработке сахаристого сока.
Перебродившее сырье перегоняют благодаря процессу ректификации. Для этого спиртсодержащую жидкость нагревают (доводят до кипения). При кипении спирт выпаривается и попадает в ректификационную колонну, а потом в дефлегматор. В дефлегматоре пары соприкасаются с охлажденной поверхностью, конденсируются, стекая в емкость, и образуют жидкий спирт.
Гидратация этилена
Спирт может быть получен из этилена (газа) в присутствии концентрированной сильной кислоты (фосфорной, серной). Процесс проводят в автоклаве. Сернокислотная гидратация происходит по такой схеме:
- С2Н4 + H2SO4 → С2Н5О2-SO2
- Н3С-СН2-О- SO2ОН + Н-О-Н → Н3С-СН2-ОН + Н2SO4
Суммарное уравнение такое:
- Н2С=СН2 + Н2О → Н3С-СН2-ОН (в присутствии серной кислоты H2SO4)
Другие способы получения спиртов
Как получить спирт из алкана (его галоген-производного)? Здесь необходима реакция, которая происходит по типу гидролиза. В результате образуется этиловый спирт и соль – хлорид натрия:
- С2Н5СІ + NaOH → С2Н5OH + NaСl
Чтобы получить спирт из кетонов или альдегидов, нужно провести реакцию этинилирования этих соединений (другое название – реакция Фаворского). При этом в реакцию вступают кетоны, алкины и альдегиды (чаще это формальдегид) в основной среде (к примеру, в КОН). Реакция происходит по такой схеме:
- RC≡CH + CH2O → RC≡C-CH2OH
- HC≡CH + 2CR2O → HOCR2-C≡C-CR2OH
где R – радикал СnН2n+1
Как получить спирт из эфира путем гидролиза? Стоит знать, что сам по себе гидролиз – это химический процесс, при котором под воздействием воды происходит распад (разложение) исходных веществ с образованием новых соединений. Гидролиз эфиров с образованием спиртов происходит согласно следующему уравнению:
- RO-OR΄+ NaOH → RO-ONa + HO-R΄
где:
- R – радикал СnН2n+1
- R΄ – радикал СnНn+2
- RO-OR΄ – эфир
- NaOH – гидроксид натрия
- RO-ONa – карбоксилат натрия
- HO-R΄ – спирт
Из уксусной кислоты получить спирт можно несколькими способами.
- Гидрирование кислоты: СН3СООН + 2Н2 → Н2О + С2Н5ОН (процесс происходит в присутствии никеля или платины)
- Восстановление производных уксусной кислоты (или других карбоновых кислот): СН3СООН + С2Н5ОН → CH3-CO-O-C2H5 + Н2О (в присутствии серной кислоты образуется сложный эфир – этилацетат). CH3-CO-O-C2H5 + Na[C2H5OH] → С2Н5ОН + С2Н5ОNa
- Непосредственное восстановление уксусной или других кислот до получения спирта возможно при реакции с алюмогидридом лития. Вот окончательное уравнение процесса: 4CH3-COOH + LiAlH4 → 4CH3-CH2-OH + Al(OH)3 + LiOH
Описанными методами (из алканов, кислот, кетонов, альдегидов и прочих исходных веществ) получают технический спирт. Пищевой спирт из различного сырья получают лишь методом брожения.



























