Metanol

Ej att förväxla med mentol , metanal , menton , metadol eller metabol .

Metanol

Namn
Uttal	/ ˈ m ɛ θ ə n ɒ l /
Föredraget IUPAC-namn Metanol
Andra namn Karbinol Columbian sprit Hydroxymetan MeOH Metylalkohol Metylhydroxid Metylalkohol Metylol Metylenhydrat, primär alkohol Pyrolig sprit Träsprit Tränafta Träsprit
Identifierare
CAS-nummer	67-56-1   Y
3D-modell ( JSmol )	Interaktiv bild
3DMet	B01170
Beilstein referens	1098229
ChEBI	CHEBI:17790   Y
ChEMBL	ChEMBL14688   Y
ChemSpider	864   Y
ECHA InfoCard	100 000 599
EG-nummer	200-659-6
Gmelin Referens	449
KEGG	D02309   Y
Maska	Metanol
PubChem CID	887
RTECS-nummer	PC1400000
UNII	Y4S76JWI15   Y
FN-nummer	1230
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID2021731
InChI InChI=1S/CH4O/c1-2/h2H,   1H3Y Nyckel: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N   Y InChI=l/CH4O/cl-2/h2H, IH3 Nyckel: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYAX
LEDER CO
Egenskaper
Kemisk formel	CH 3 OH eller CH 4 O
Molar massa	32,04 g mol −1
Utseende	Färglös vätska
Odör	Svag och liknar etanol
Densitet	0,792 g/cm 3
Smältpunkt	−97,6 °C (−143,7 °F; 175,6 K)
Kokpunkt	64,7 °C (148,5 °F; 337,8 K)
Vattenlöslighet	blandbar
log P	-0,69
Ångtryck	13,02 kPa (vid 20 °C)
Surhet (p K a )	15.5
Konjugerad syra	Metyloxonium
Konjugerad bas	Metanolat
Magnetisk känslighet (χ)	−21,40·10 −6 cm 3 /mol
Brytningsindex ( n D )	1,33141
Viskositet	0,545 mPa·s (vid 25 °C)
Dipolmoment	1,69 D
Termokemi
Förbränningsvärme, högre värde (HHV)	725,7 kJ/mol, 173,4 kcal/mol, 5,77 kcal/g
Faror
Arbetsmiljö och hälsa (OHS/OSH):
Huvudsakliga faror	Metanol och dess ångor är brandfarliga. Måttligt giftigt för små djur – Mycket giftigt för stora djur och människor (i höga koncentrationer) – Kan vara dödligt/ dödligt eller orsaka blindhet och skada på lever , njurar och hjärta vid förtäring – Toxicitetseffekter från upprepad överexponering har en ackumulerande effekt på centrala nervsystemet , särskilt synnerven – Symtomen kan vara försenade, bli allvarliga efter 12 till 18 timmar och dröja kvar i flera dagar efter exponering
GHS- märkning :
Piktogram
Signalord	Fara
Faroangivelser	H225 , H301 , H302 , H305 , H311 , H331 , H370
Skyddsangivelser	P210 , P233 , P235 , P240 , P241 , P242 , P243 , P260 , P264 , P270 , P271 , P280 , P301+P330+P331, P302+P352 , P302 +P352 , P302+P352+ 40 , P305 + P351+P338 , P307+P311 , P310 , P311 , P312 , P337+P313 , P361 , P363 , P370+P378 , P403+P233 , P405 , P501
NFPA 704 (branddiamant)	1 3 0
Flampunkt	11 till 12 °C (52 till 54 °F; 284 till 285 K)
Självantändningstemperatur _	470 °C (878 °F; 743 K) 385 °C (725 °F; 658 K)
Explosiva gränser	6–36 %
Dödlig dos eller koncentration (LD, LC):
LD 50 ( mediandos )	5628 mg/kg (råtta, oral) 7300 mg/kg (mus, oral) 12880 mg/kg (råtta, oral) 14200 mg/kg (kanin, oral)
LC 50 ( mediankoncentration )	64 000 ppm (råtta, 4 timmar)
LC Lo ( lägst publicerad )	33 082 ppm (katt, 6 h) 37 594 ppm (mus, 2 h)
NIOSH (USA:s hälsoexponeringsgränser):
PEL (tillåtet)	TWA 200 ppm (260 mg/m 3 )
REL (rekommenderas)	TWA 200 ppm (260 mg/m 3 ) ST 250 ppm (325 mg/m 3 ) [hud]
IDLH (Omedelbar fara)	6000 ppm
Säkerhetsdatablad (SDS)	[1]
Besläktade föreningar
Besläktade föreningar	Metantiol Silanol Etanol
Kompletterande datasida
Metanol (datasida)
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).   N ( vad är Y N ?) Infobox referenser

Metanol (även kallad metylalkohol och träsprit , bland andra namn) är en organisk kemikalie och den enklaste alifatiska alkoholen , med formeln CH ₃ O H (en metylgrupp kopplad till en hydroxylgrupp , ofta förkortad som MeOH ). Det är en lätt, flyktig , färglös, brandfarlig vätska med en distinkt alkohollukt som liknar etanol (dricksprit). Metanol fick namnet träsprit eftersom det en gång framställdes främst genom destruktiv destillering av trä . Idag framställs metanol huvudsakligen industriellt genom hydrering av kolmonoxid .

Metanol består av en metylgrupp kopplad till en polär hydroxylgrupp. Med mer än 20 miljoner ton som produceras årligen, används den som en prekursor till andra råvarukemikalier , inklusive formaldehyd , ättiksyra , metyl-tert-butyleter , metylbensoat , anisol , peroxisyror , såväl som en mängd mer specialiserade kemikalier.

Förekomst

Små mängder metanol finns i normala, friska människor. En studie fann ett medelvärde på 4,5 ppm i utandningsluften hos testpersoner. Den genomsnittliga endogena metanolen hos människor på 0,45 g/d kan metaboliseras från pektin som finns i frukt; ett kilo äpple ger upp till 1,4 g pektin (0,6 g metanol.)

Metanol produceras av anaeroba bakterier och växtplankton .

Interstellärt medium

Metanol finns också i rikliga mängder i stjärnbildande områden i rymden och används inom astronomi som en markör för sådana regioner. Det detekteras genom sina spektrala emissionslinjer.

År 2006 upptäckte astronomer som använde MERLIN -arrayen av radioteleskop vid Jodrell Bank Observatory ett stort moln av metanol i rymden 463 terameter (288 miljarder miles) tvärs över. 2016 upptäckte astronomer metanol i en planetbildande skiva runt den unga stjärnan TW Hydrae med hjälp av radioteleskopet Atacama Large Millimeter Array .

Säkerhet

Metanol är mycket brandfarligt. Dess ångor är något tyngre än luft, kan resa och antändas. Metanolbränder ska släckas med pulver , koldioxid , vattenspray eller alkoholbeständigt skum.

Giftighet

Huvudartikel: Metanoltoxicitet

Se även: Lista över metanolförgiftningsincidenter

Intag av så lite som 10 ml (0,34 US fl oz) ren metanol kan orsaka permanent blindhet genom förstörelse av synnerven . 30 ml (1,0 US fl oz) är potentiellt dödlig. Den dödliga mediandosen är 100 mL (3,4 US fl oz), dvs 1–2 mL/kg kroppsvikt ren metanol. Referensdosen för metanol är 0,5 mg/kg per dag . Toxiska effekter börjar timmar efter intag, och motgift kan ofta förhindra permanent skada. På grund av dess likheter i både utseende och lukt med etanol (alkoholen i drycker), är det svårt att skilja mellan de två; detta är också fallet med denaturerad alkohol , förfalskade spritdrycker eller alkoholhaltiga drycker av mycket låg kvalitet.

Metanol är giftigt genom två mekanismer. För det första kan metanol vara dödlig på grund av effekter på det centrala nervsystemet, och fungerar som ett dämpande medel på det centrala nervsystemet på samma sätt som etanolförgiftning . För det andra, i en förgiftningsprocess , metaboliseras den till myrsyra (som finns närvarande som formiatjonen) via formaldehyd i en process som initieras av enzymet alkoholdehydrogenas i levern . Metanol omvandlas till formaldehyd via alkoholdehydrogenas (ADH) och formaldehyd omvandlas till myrsyra (formiat) via aldehyddehydrogenas (ALDH). Omvandlingen till formatet via ALDH fortskrider fullständigt, utan någon detekterbar formaldehyd kvar. Formiat är giftigt eftersom det hämmar mitokondriellt cytokrom c-oxidas , vilket orsakar hypoxi på cellnivå och metabolisk acidos , bland en mängd andra metaboliska störningar.

Utbrott av metanolförgiftning har uppstått främst på grund av förorening av alkoholkonsumtion . Detta är vanligare i utvecklingsländerna . Under 2013 inträffade ändå mer än 1700 fall i USA. De som drabbas är ofta vuxna män. Resultaten kan bli bra med tidig behandling. Toxiciteten för metanol beskrevs så tidigt som 1856.

På grund av dess giftiga egenskaper används metanol ofta som en denaturerande tillsats för etanol som tillverkas för industriellt bruk. Denna tillsats av metanol befriar industriell etanol (allmänt känd som " denaturerad alkohol " eller "denaturerad sprit") från punktskatt på sprit i USA och andra länder.

Under loppet av covid-19-pandemin hittade den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndigheten (FDA) ett antal handdesinfektionsprodukter som säljs som var märkta som innehållande etanol men testade positivt för metanolkontamination. På grund av de toxiska effekterna av metanol när den absorberas genom huden eller intas, i motsats till den relativt säkrare etanolen, beordrade FDA återkallande av sådana handspritprodukter som innehåller metanol och utfärdade en importvarning för att förhindra att dessa produkter kommer in på den amerikanska marknaden olagligt. .

Ansökningar

Formaldehyd, ättiksyra, metyl- tert -butyleter

Metanol omvandlas i första hand till formaldehyd, som används i stor utsträckning inom många områden, särskilt polymerer . Omvandlingen innebär oxidation:

${\ce {2 CH3OH + O2 -> 2 CH2O + 2 H2O}}$

Ättiksyra kan framställas av metanol.

Cativa -processen omvandlar metanol till ättiksyra .

Metanol och isobuten kombineras för att ge metyl- tert -butyleter (MTBE). MTBE är en stor oktanhöjare i bensin.

Metanol till kolväten, olefiner, bensin

Kondensering av metanol för att producera kolväten och även aromatiska system är grunden för flera tekniker relaterade till gas till vätskor . Dessa inkluderar metanol-till-kolväten (MtH), metanol till bensin (MtG), metanol till olefiner (MtO) och metanol till propen (MtP). Dessa omvandlingar katalyseras av zeoliter som heterogena katalysatorer . MtG-processen kommersialiserades en gång i Motunui i Nya Zeeland.

Bensintillsats

Det europeiska bränslekvalitetsdirektivet tillåter bränsleproducenter att blanda upp till 3 % metanol, med en lika stor mängd hjälplösningsmedel, med bensin som säljs i Europa. Kina använder mer än 4,5 miljarder liter metanol per år som transportbränsle i lågnivåblandningar för konventionella fordon och högnivåblandningar i fordon utformade för metanolbränslen. Under senare år kan dock de flesta moderna bensinanvändande fordon använda en mängd olika alkoholbränslen, vilket resulterar i liknande eller högre hästkrafter, men för en enkel ändring av fordonets mjukvaruinställningar och möjligen en 50 cent tätning eller rördel .

Andra kemikalier

Metanol är föregångaren till de flesta enkla metylaminer , metylhalider och metyletrar. Metylestrar framställs av metanol, inklusive transesterifiering av fetter och produktion av biodiesel via transesterifiering .

Nisch och potentiella användningsområden

Energibärare

Metanol är en lovande energibärare eftersom den som vätska är lättare att lagra än väte och naturgas. Dess energitäthet är dock lägre än metan per kg. Dess förbränningsenergitäthet är 15,6 MJ / L ( LHV ), medan den för etanol är 24 och bensin är 33 MJ/L.

Ytterligare fördelar med metanol är dess lätta biologiska nedbrytbarhet och låga miljötoxicitet. Det kvarstår inte i vare sig aerob (syre-närvarande) eller anaerob (syre-frånvarande) miljöer. Halveringstiden för metanol i grundvatten är bara en till sju dagar, medan många vanliga bensinkomponenter har halveringstider på hundratals dagar (som bensen vid 10–730 dagar). Eftersom metanol är blandbart med vatten och biologiskt nedbrytbart är det osannolikt att det ansamlas i grundvatten, ytvatten, luft eller mark.

Bränsle

Huvudartiklar: Metanolbränsle och metanolekonomi

Metanol används ibland för att driva förbränningsmotorer . Det brinner och bildar koldioxid och vatten:

${\ce {2 CH3OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 4 H2O}}$

Metanolbränsle har föreslagits för marktransport. Den främsta fördelen med en metanolekonomi är att den kan anpassas till bensinförbränningsmotorer med minimal modifiering av motorerna och till infrastrukturen som levererar och lagrar flytande bränsle. Dess energitäthet är dock mindre än bensin, vilket innebär att mer frekventa påfyllningar skulle krävas. Den motsvarar dock superhögoktanig bensin i hästkrafter, och de flesta moderna datorstyrda bränsleinsprutningssystem kan redan använda den.

Metanol är ett alternativt bränsle för fartyg som hjälper sjöfartsnäringen att möta allt strängare utsläppsbestämmelser. Det minskar avsevärt utsläppen av svaveloxider (SOx), kväveoxider (NOx) och partiklar. Metanol kan användas med hög effektivitet i marina dieselmotorer efter mindre modifieringar med en liten mängd pilotbränsle (Dual fuel).

I Kina driver metanol industripannor, som används i stor utsträckning för att generera värme och ånga för olika industriella tillämpningar och uppvärmning av bostäder. Dess användning tränger undan kol, som är under press från allt strängare miljöbestämmelser.

Direktmetanolbränsleceller är unika i sin låga temperatur, atmosfärstrycksdrift, vilket gör att de kan miniatyriseras kraftigt. Detta i kombination med den relativt enkla och säkra lagringen och hanteringen av metanol kan öppna möjligheten för bränslecellsdriven hemelektronik , såsom bärbara datorer och mobiltelefoner.

Metanol är också ett flitigt använt bränsle i camping- och båtkaminer. Metanol brinner bra i en trycklös brännare, så alkoholkaminer är ofta väldigt enkla, ibland lite mer än en kopp för att hålla bränsle. Denna brist på komplexitet gör dem till en favorit bland vandrare som tillbringar längre tid i vildmarken. På samma sätt kan alkoholen gelas för att minska risken för läckage eller spill, som med märket " Sterno " .

Metanol blandas med vatten och sprutas in i högpresterande diesel- och bensinmotorer för att öka effekten och minska insugningsluftens temperatur i en process som kallas vattenmetanolinsprutning .

Andra applikationer

Metanol används som denatureringsmedel för etanol, varvid produkten är känd som "denaturerad alkohol" eller "denaturerad sprit". Detta användes vanligen under USA:s förbud för att motverka konsumtion av sprit med stövlar , och orsakade flera dödsfall. Dessa typer av metoder är nu olagliga i USA och anses vara mord.

Metanol används som lösningsmedel och som frostskyddsmedel i rörledningar och vindrutespolarvätska . Metanol användes som frostskyddsmedel för bilar i början av 1900-talet. Från och med maj 2018 förbjöds metanol i EU för användning vid vindrutespolning eller upptining på grund av risken för mänsklig konsumtion till följd av metanolförgiftningar från Tjeckien 2012 .

I vissa avloppsreningsverk tillsätts en liten mängd metanol till avloppsvattnet för att tillhandahålla en kolmatkälla för de denitrifierande bakterierna , som omvandlar nitrater till kvävgas och minskar nitrifikationen av känsliga akviferer .

Metanol används som avfärgningsmedel vid polyakrylamidgelelektrofores .

Produktion

Från syntesgas

Kolmonoxid och väte reagerar över en katalysator för att producera metanol. Idag är den mest använda katalysatorn en blandning av koppar- och zinkoxider , uppburna på aluminiumoxid , som först användes av ICI 1966. Vid 5–10 MPa (50–100 atm) och 250 °C (482 °F), reaktion

${\ce {CO + 2 H2 -> CH3OH}}$

kännetecknas av hög selektivitet (>99,8%). Produktionen av syntesgas från metan producerar tre mol väte för varje mol kolmonoxid, medan syntesen endast förbrukar två mol vätgas per mol kolmonoxid. Ett sätt att hantera överskottet av väte är att injicera koldioxid i metanolsyntesreaktorn, där den också reagerar för att bilda metanol enligt ekvationen

${\ce {CO2 + 3 H2 -> CH3OH + H2O}}$ .

När det gäller mekanismen sker processen via initial omvandling av CO till CO ₂ , som sedan hydreras :

${\ce {CO2 + 3 H2 -> CH3OH + H2O}}$

där H2O _- biprodukten återvinns via vatten-gas-skiftreaktionen

${\ce {CO + H2O -> CO2 + H2}}$ .

Detta ger en övergripande reaktion

${\ce {CO + 2 H2 -> CH3OH}}$ ,

vilket är samma som anges ovan. I en process som är nära relaterad till metanolproduktion från syntesgas kan en inmatning av väte och CO ₂ användas direkt. Den största fördelen med denna process är att fångad CO ₂ och väte från elektrolys kan användas, vilket tar bort beroendet av fossila bränslen.

Biosyntes

Den katalytiska omvandlingen av metan till metanol utförs av enzymer inklusive metanmonooxygenaser . Dessa enzymer är oxygenaser med blandade funktioner, dvs syresättning är kopplad till produktion av vatten och NAD ⁺ :

${\ce {CH4 + O2 + NADPH + H^+ -> CH3OH + H2O + NAD^+}}$ .

Både Fe- och Cu-beroende enzymer har karakteriserats. Intensiva men i stort sett fruktlösa ansträngningar har gjorts för att efterlikna denna reaktivitet. Metanol oxideras lättare än utgångsmaterialet metan, så reaktionerna tenderar inte att vara selektiva. Vissa strategier finns för att kringgå detta problem. Exempel inkluderar Shilov-system och Fe- och Cu-innehållande zeoliter. Dessa system efterliknar inte nödvändigtvis mekanismerna som används av metalloenzymer , men hämtar viss inspiration från dem. Aktiva ställen kan skilja sig väsentligt från de som är kända i enzymerna. Till exempel föreslås ett dinukleärt aktivt ställe i sMMO- enzymet, medan ett mononukleärt järn ( alfa-syre ) föreslås i Fe-zeoliten.

De globala utsläppen av metanol från anläggningar uppskattas till mellan 180 och 250 miljoner ton per år. Detta är mellan två och tre gånger större än konstgjord industriell produktion av metanol.

Kvalitetsspecifikationer och analys

Metanol finns kommersiellt tillgänglig i olika renhetsgrader. Kommersiell metanol klassificeras i allmänhet enligt ASTM renhetsgrader A och AA. Både kvalitet A och grad AA renhet är 99,85 viktprocent metanol. Klass "AA" metanol innehåller spårmängder av etanol också.

Metanol för kemikalieanvändning motsvarar normalt Grad AA. Förutom vatten inkluderar typiska föroreningar aceton och etanol (som är mycket svåra att separera genom destillation). UV-vis spektroskopi är en bekväm metod för att detektera aromatiska föroreningar. Vattenhalten kan bestämmas med Karl-Fischer-titreringen .

Historia

I sin balsameringsprocess använde de gamla egyptierna en blandning av ämnen, inklusive metanol, som de erhöll från pyrolys av trä. Ren metanol isolerades dock först 1661 av Robert Boyle , när han producerade den genom destillation av buxus (buxbom). Det blev senare känt som "pyroxylsprit". År 1834 bestämde de franska kemisterna Jean-Baptiste Dumas och Eugene Peligot dess elementära sammansättning.

De introducerade också ordet "methylène" till organisk kemi, och bildade det från grekiska mety = "alkoholhaltig vätska" + hȳlē = "skog, trä, timmer, material". "Methylène" betecknade en "radikal" som var cirka 14 viktprocent väte och innehöll en kolatom. Detta skulle vara CH ₂ , men vid den tiden trodde man att kol hade en atomvikt endast sex gånger så stor som väte, så de gav formeln som CH. De kallade då träsprit (l'esprit de bois) "bihydrate de méthylène" (bihydrat eftersom de trodde att formeln var C ₄ H ₈ O ₄ = (CH) ₄ (H ₂ O) ₂ ). Termen "metyl" härleddes omkring 1840 genom återbildning från "metylen" och användes sedan för att beskriva "metylalkohol". Detta förkortades till "metanol" 1892 av den internationella konferensen om kemisk nomenklatur . Suffixet -yl , som i organisk kemi bildar namn på kolgrupper , kommer från ordet metyl .

Den franske kemisten Paul Sabatier presenterade den första processen som kunde användas för att producera metanol syntetiskt 1905. Denna process föreslog att koldioxid och väte kunde reageras för att producera metanol. Tyska kemister Alwin Mittasch och Mathias Pier, som arbetar för Badische-Anilin & Soda-Fabrik (BASF), utvecklade ett sätt att omvandla syntesgas (en blandning av kolmonoxid , koldioxid och väte ) till metanol och fick patent. Enligt Bozzano och Manenti användes BASF:s process först i Leuna , Tyskland 1923. Driftförhållandena bestod av "höga" temperaturer (mellan 300 och 400 °C) och tryck (mellan 250 och 350 atm) med en zink / kromoxidkatalysator .

    US-patent 1 569 775 ( US 1569775 ) ansöktes den 4 september 1924 och utfärdades den 12 januari 1926 till BASF; processen använde en krom- och manganoxidkatalysator med extremt kraftiga förhållanden: tryck från 50 till 220 atm och temperaturer upp till 450 °C . Modern metanolproduktion har effektiviserats genom användning av katalysatorer (vanligen koppar) som kan arbeta vid lägre tryck. Den moderna lågtrycksmetanolprocessen (LPM) utvecklades av ICI i slutet av 1960-talet US 3326956 med teknologipatentet sedan länge löpt ut.

Under andra världskriget användes metanol som bränsle i flera tyska militära raketdesigner, under namnet M-Stoff, och i en ungefär 50/50 blandning med hydrazin , känd som C-Stoff .

Användningen av metanol som motorbränsle uppmärksammades under oljekriserna på 1970-talet . I mitten av 1990-talet introducerades över 20 000 metanol " flexibla bränslefordon " (FFV) som kan köras på metanol eller bensin i USA. Dessutom blandades låga halter av metanol i bensinbränslen som såldes i Europa under stora delar av 1980-talet och tidigt 1990-tal. Biltillverkare slutade bygga metanol FFVs i slutet av 1990-talet och ändrade sin uppmärksamhet till etanoldrivna fordon. Medan FFV-programmet för metanol var en teknisk framgång, minskade stigande metanolprissättning i mitten till slutet av 1990-talet under en period av sjunkande bensinpumpspriser intresset för metanolbränslen .

I början av 1970-talet utvecklades en process av Mobil för att tillverka bensinbränsle från metanol.

Mellan 1960- och 1980-talen dök metanol upp som en prekursor till råvarukemikalierna ättiksyra och ättiksyraanhydrid . Dessa processer inkluderar Monsanto-ättiksyrasyntesen , Cativa-processen och Tennessee Eastman-ättiksyraanhydridprocessen .

Se även

• Aminometanol
• Metanol (datasida)
• Trimetylkarbinol

Vidare läsning

• Robert Boyle , The Skeptical Chymist (1661) – innehåller redogörelse för destillation av träsprit.

externa länkar

• Internationellt kemikaliesäkerhetskort 0057
• Metylalkohol (metanol) CDC/NIOSH, länkar till säkerhetsinformation
• CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Metylalkohol
• Metanolfaktablad – Nationell föroreningsinventering