- Изопропанол
- Физические свойства
- Химические свойства
- Получение
- Применение
- Медицина
- Влияние на человека
- Наркотические свойства
- Изопропиловый спирт
- Изопропиловый спирт
- Введение
- Изопропиловый спирт
- 1. Открытие
- 2. Физические свойства
- 3. Получение
- 3.1. Получение из углеводов
- 3.2. Гидратация пропилена серной кислотой в жидкой фазе
- 3.3. Гидратация пропилена в газовой фазе на катализаторах
- 3.4. Лабораторные методы
- 3.5. Очистка полученного спирта
- 4. Химические свойства
- 5. Применение
- 6. Токсикология
- См.. также
- Примечания
Изопропанол
Изопропанол (Изопропиловый спирт, пропанол-2, втор-пропанол, диметилкарбинол, ИПС, C H 3 C H ( O H ) C H 3
Физические свойства
При нормальных условиях изопропанол — прозрачная, бесцветная жидкость с резким характерным запахом и мягким горьким вкусом, типичным для спиртов с короткой углеводородной цепью. Хорошо растворяет многие эфирные масла, алкалоиды, некоторые синтетические смолы и другие химические соединения. Растворяет некоторые виды пластмасс и резины.
Показатель преломления nD = 1,3776 при 20 °C. Динамическая вязкость при стандартных условиях 2,43 мПа·с — немного более вязкий, чем вода. Молярная теплоёмкость (ст. усл.) — 155,2 Дж/(моль·К). Удельная теплота сгорания 34,1 МДж/кг.
Смеси паров изопропанола с воздухом образуют взрывчатые смеси. Давление насыщенного пара при 20 °C — 4,4 кПа. Относительная плотность пара по воздуху — 2,1, относительная плотность смеси насыщенный пар/воздух — 1,05 при 20 °C.
Растворим в ацетоне, хорошо растворим в бензоле, с остальными растворителями (вода, органические) смешивается в любых соотношениях.
С водой образует азеотропную смесь 87,9%-го изопропилового спирта с температурой кипения 80,2 °C.
Зависимость температуры замерзания смеси изопропилового спирта с водой от концентрации изопропилового спирта в смеси представлена в таблице, при замерзании концентрированных растворов наблюдается переохлаждение:
Химические свойства
Изопропанол обладает всеми свойствами вторичных спиртов жирного ряда, образует простые и сложные эфиры, с щелочными металлами образует алкоголяты. Гидроксильная группа способна замещаться на атом галогена. С ароматическими соединениями изопропиловый спирт конденсируется с образованием производных, таких как изопропилбензол и изопропилтолуол.
При дегидрировании, например ферментом алкогольдегидрогеназой в организме млекопитающего, превращается в ацетон. Реагирует с сильными окислителями, образуя ацетон.
Получение
Изопропанол получают методами гидрирования ацетона и гидратации пропилена.
Основным способом получения изопропанола в российской промышленности является сернокислотная гидратация пропилена:
C H 3 C H = C H 2 + H 2 O → H 2 S O 4 ( C H 3 ) 2 C H O H
Сырьем может служить, в том числе кроме пропилена, пропан-пропиленовая фракция с содержанием пропилена 30—90 % (фракция получаемая при пиролизе и крекинге нефти). Сейчас начинают чаще использовать чистый пропилен, так как в этом случае процесс можно вести при невысоких давлениях, при этом существенно снижается образование побочных продуктов реакции — полимеров и ацетона.
На первой стадии процесса образуется сернокислотный экстракт, содержащий равновесную смесь изопропилового спирта, изопропилсульфата (CH3)2CHOSO2OH, серной кислоты и воды. На второй стадии процесса сернокислотный экстракт нагревается с водой, и отгоняется образующийся изопропиловый спирт.
Прямую гидратацию пропилена осуществляют в основном в присутствии катализатора: ортофосфорной кислоты на твёрдом неорганическом носителе при 240—260°С и 2,5—6,5 МПа или на носителе из катионообменной смолы при 130—160°С и 8,0—10,0 МПа.
Изопропиловый спирт получают также окислением алканов воздухом, а также и другими способами.
Современный способ гидрирования ацетона водородом:
C H 3 C O C H 3 + H 2 → k a t C H 3 C H ( O H ) C H 3
Гидрирование ацетона в паровой фазе в присутствии твёрдого медно-никельхромитного катализатора.
Применение
Изопропиловый спирт используется в качестве заменителя этилового спирта в медицине (в последнее время очень активно, так как не уступает по антисептической активности этанолу), в косметике, парфюмерии, бытовой химии, жидкостей для автомобилей (стеклоомывающих в основном, а также антифризов), медицинских целях, в средствах для очистки стёкол, оргтехники и как растворитель органических веществ промышленности.
В развитых странах изопропанол широко используется в товарах личной гигиены и в медицине благодаря своей относительно низкой токсичности.
75%-й водный раствор изопропанола используется как дезинфицирующее средство для рук. Вода способствует проникновению сквозь клеточные мембраны бактерий, таким образом обеспечивая более высокую эффективность и лучшее обеззараживание.
Изопропиловый спирт также используется в медицине в качестве вспомогательного компонента профилактического средства от наружного отита.
Эффективен при лечении дерматита протиранием пораженных участков кожи, с малым вредным влиянием на кожу.
Изопропиловый спирт также используют как исходное сырье для синтеза:
- ацетона (дегидрированием или неполным окислением)
- пероксида водорода
- метилизобутилкетона
- изопропилацетата
- изопропиламина.
По причине особого государственного регулирования этанола изопропиловый спирт часто является его заменителем во многих областях его применения. Так, изопропанол входит в состав:
- косметики
- парфюмерии
- бытовой химии
- дезинфицирующих средств
- средства для автомобилей (антифриз, растворитель в зимних стеклоомывателях)
- репеллентов
- промывок печатных плат после пайки с флюсом, продается под названием «Очиститель универсальный».
Изопропиловый спирт применяется в промышленности, при резании алюминия, токарных, фрезерных и прочих работах. В смеси с маслом позволяет значительно повысить производительность работы. Изопропиловый спирт применяется как референс-стандарт в газовой хроматографии (например, при испытании лекарственных средств на остаточные органические растворители). Часто используется при сварке оптических волокон для очистки волокна перед скалыванием. Также используется при обслуживании оргтехники, в частности для очистки поверхностей фотобарабанов лазерных принтеров.
Применялся как компонент бинарного химического оружия для получения зарина.
Медицина
70%-й изопропиловый спирт применяется вместо этилового спирта в качестве антисептика для пропитки медицинских салфеток.
Влияние на человека
В больших количествах изопропиловый спирт ядовит (считается, что в 6 раз более этанола), требует осторожного обращения.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров изопропанола в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м³ (ГОСТ 9805-84), в атмосферном воздухе населенных мест — 0,6 мг/м³ (ГН 2.1.6.1338-03). Не накапливается в организме, то есть кумулятивными свойствами не обладает.
Изопропиловый спирт значительно менее летуч, чем, например, этанол, и для достижения больших концентраций его паров необходима значительно большая площадь разлива и испарения. Благодаря этому свойству изопропиловый спирт заменяет этиловый в парфюмерии, дезинфицирующих составах, стеклоомывателях и незамерзающих жидкостях.
Как и все летучие спирты, огнеопасен. Изопропанол горюч. При горении даёт яркое пламя, полностью разлагается на простые составляющие — воду и углекислый газ. При горении с достаточным избытком воздуха изопропанол не выделяет вредных веществ, копоти и пр.
Испарение изопропанола из емкости в помещении более 30 м³ при температуре 30 °C и ниже не вызывает негативных реакций у людей.
Отравления изопропанолом случайны и в основном происходят с детьми младше 6 лет. Летальный исход от отравления изопропанолом происходит крайне редко.
Небольшие дозы изопропанола, как правило, не вызывают значительных расстройств. Серьёзное токсическое воздействие на здорового взрослого человека при пероральном употреблении может быть достигнуто при дозах примерно 50 мл и более. Изопропанол при приеме внутрь метаболизируется в печени под действием алкогольдегидрогеназы в ацетон, что обусловливает его токсическое действие.
При приеме внутрь вызывает опьянение, сходное с алкогольным. Хотя токсичность изопропанола примерно в 3,5 раза выше, чем у этанола, его опьяняющее действие также выше, но уже в 10 раз. По этой причине смертельные отравления изопропанолом, в сравнении с отравлениями от этилового спирта, случаются реже, так как человек впадает в алкогольный транс гораздо раньше, чем сможет самостоятельно принять смертельную дозу изопропанола, если только не выпил единовременно от 500 мл.
Биологический полураспад изопропилового спирта в организме человека составляет от 2,5 до 8 часов.
Наркотические свойства
Изопропиловый спирт обладает наркотическим действием, наркотический эффект от приёма изопропанола почти в 2 раза превышает аналогичный эффект этанола. Концентрация 12 промилле в организме человека, воздействующая в течение 4 часов, вызывает состояние глубокого наркоза и смерть.
При длительном воздействии больших концентраций паров в воздухе вызывает головную боль, оказывает раздражающее воздействие на глаза и дыхательные пути. Для достижения данного эффекта человеку потребуется находиться в течение длительного времени в непроветриваемом помещении с большой площадью разлива изопропанола. Может оказывать угнетающее действие на центральную нервную систему. Длительное вдыхание воздуха с концентрацией, значительно превышающей ПДК, может вызвать потерю сознания. Тяжёлое отравление изопропиловым спиртом происходит редко. Однако благодаря резкому запаху разливы изопропанола легко обнаружимы. Поэтому, почувствовав запах, следует включить вытяжную вентиляцию и покинуть помещение.
Источник
Изопропиловый спирт
Изопропиловый спирт
- 1 Открытие 2 Физические свойства 3 Получение
- 3.1 Получение из углеводов 3.2 Гидратация пропилена серной кислотой в жидкой фазе
- 3.2.1 Метод концентрированной кислоты 3.2.2 Метод разбавленной кислоты
3.3 Гидратация пропилена в газовой фазе на катализаторах 3.4 Лабораторные методы 3.5 Очистка полученного спирта
4 Химические свойства 5 Применение 6 Токсикология
Введение
Изопропиловый спирт
Изопропиловый спирт (2-пропанол, пропан-2-ол, изопропанол, диметилкарбинол) CH 3 CH (OH) CH 3 — самый вторичный одноатомный спирт алифатического ряда. Относится к веществам 3-го класса опасности (умеренно опасные вещества) по степени воздействия на организм, имеет наркотическое действие. ПДК для паров изопропанола в воздухе составляет 10 мг / м?. Отравление изопропиловым спиртом наступает вследствие вдыхания паров, содержащих концентрацию, превышающую ПДК, кумулятивных свойств не имеет [2]. Потребление даже в небольших дозах вызывает отравление. Широко используется как растворитель в промышленности и технический спирт в средствах для чистки стекла, оргтехники и др..
Товарный изопропанол содержит от 91 до 99,5% спирта. Технические условия для этого продукта не установлено, из-за чего препарат, который поступает на продажу, по составу может соответствовать даже азеотропной смеси с водой. Степень чистоты спирта может колебаться в широких пределах в зависимости от способа его получения и использованной сырья.
1. Открытие
Изопропиловый спирт открыл 1955 года М. Бертло при обработке пропилена концентрированной серной кислотой и разложении продукта реакции водой [3].
2. Физические свойства
Давление паров изопропанола
Изопропиловый спирт растворим в воде, этаноле, эфиром и хлороформе. Растворяет этилцеллюлозу, поливинилбутирал, много масел, алкалоиды, резины и природные смолы [4]. Нерастворимый в растворах солей. В отличие от этанола или метанола, изопропиловый спирт можно выделить из водного раствора добавлением неорганической соли, в частности хлорида или сульфата натрия [5].
Изопропиловый спирт с водой образует азеотроп с точкой кипения 80,37 ? C и долей спирта 87,7% масс. (91% об.). Водно-спиртовая смесь способна снижать температуры плавления [5].
Со снижением температуры растет вязкость изопропанола. При температуре ниже -70 ? C изопропиловый спирт по вязкости напоминает кленовый сироп.
3. Получение
3.1. Получение из углеводов
В небольших количествах изопропиловый спирт, рядом с бутанолом, получают при брожении углеводов [6] [7] [8]
3.2. Гидратация пропилена серной кислотой в жидкой фазе
Основной способ получения изопропанола в промышленности — через косвенную гидратацию пропилена серной кислотой (CH 3 CHCH 2 + H 2 O).
Сырьем обычно служит пропан — пропиленовая смесь газов крекинга или пропиленовая смесь газов пиролиза нефти. При этом процессе возможны следующие химические реакции взаимодействия пропилена с серной кислотой и водой :
Изопропилсульфат реагируя с пропиленом, дает диизопропилсульфат:
Диизопропилсульфат при реакции с водой снова образует изопропилсульфат и изопропиловый спирт
Кроме того, изопропиловый спирт реагирует с диизопропилсульфатом с образованием диизопропиловый эфир и изопропилсульфату:
Пространственное изображение молекулы изопропанола
Многочисленные исследования гидратации пропилена серной кислотой привели к возникновению двух различных методов:
метода концентрированной кислоты; метода разбавленной кислоты.
3.2.1. Метод концентрированной кислоты
Газы стабилизации с крекинг — установок с содержанием пропилена 20-24% сначала отмывают в скрубберах от сероводорода [9] [10]. Затем удаляют выше углеводороды фракционной перегонкой и концентрируют пропилен до минимум 50%. Абсорбцию пропилена можно существенно улучшить с помощью абсорбционного масла, большей частью газойля. Абсорбционное масло облегчает переработку низькоконцентрованого пропилена. Кроме того, оно значительно снижает склонность к полимеризации при использовании высококонцентрированного пропилена.
Абсорбция проводится противотоком в экстракционной колонне с 8 тарелками под давлением 8-10 кгс / см? в 92%-ной серной кислоте при 20 ? С. На каждой тарелке имеется слой абсорбционного масла. После экстракции давление серной кислоты снижают, в отстойнике отделяется экстракционное масло и снова подается в колонну. Экстракт содержит около 1,1-1,3 моль С 3 Н 6 / моль H 2 SO 4. Расход кислоты составляет
12 кг на 10 л 100%-ного изопропилового спирта, расход пропилена — около 39 м? (теоретически — 32 м?).
Температура на отдельных тарелках экстракционной колонны не должна превышать 20 ? С, иначе возможны значительные потери пропилена через полимеризацию.
С отстойника экстракт поступает в освинцованной реакционный аппарат с турбомишалкою, где разбавляется водой до получения 40%-ного раствора, в течение примерно 1 ч при 50 ? С. После 4-часового пребывания в аппарате без перемешивания спирт и образован диизопропиловый эфир экстрагируются водяным паром. Пары спирта и эфира промываются 1% раствором едкого натра. После разведения водой до концентрации 15% конденсат выдерживают несколько дней для отделения полимера. При ректификации сначала выделяют
2% легко кипящих компонентов, во второй колонне изопропиловый спирт концентрируют до 91,3%-ной азеотропной смеси, которая кипит при 80,4 ? С. Выход изопропилового спирта составляет 85-90% по отношению к исходному пропилена.
Для получения безводного изопропилового спирта азеотропную смесь обезвоживают бензолом или диизопропиловый эфиром, реже — диэтиловым эфиром. Главный продукт, который находится в сборнике разделен на 2 слоя, частично возвращается в верхнюю часть колонны (верхний слой из изопропилового спирта и бензола), частично подается в колонну для концентрации (нижний слой из водного изопропилового спирта) для регенерации остатков изопропилового спирта и бензола. Безводный изопропиловый спирт (> 99%) отгоняется снизу колонны.
Все детали аппаратов, которые контактируют с разбавленной серной кислотой изготавливаются или с свинца, или меди. После промывания 1% раствором едкого натра сталь — наиболее подходящий материал для изготовления емкостей, труб и колонн.
3.2.2. Метод разбавленной кислоты
Схематическое изображение молекулы изопропанола
По методу разбавленной кислоты пропилен абсорбируется под давлением 25 кгс / см? при 65 ? С в 70%-ной серной кислоте. При этом диизопропилсульфат не образуется, а изопропиловый спирт получают сразу без дальнейшего разведения водой [11] [12].
В абсорбционной безтарильчату колонну, заполненную 70%-ной серной кислотой, нагнетается предварительно компримированного крекинг — газ, содержащий пропилен. Серная кислота поглощает 1 моль С 3 Н 6 на моль H 2 SO 4. Крекинг-газ с начальным содержанием пропилена около 20-25% абсорбируется до остаточного содержания 5-6%.
Остаточный газ экстрагируется в колонне с колпачковыми тарелками свежей 70%-ной серной кислотой, которая выходит из колонны для омыления, до остаточного содержания пропилена 1%. Затем серная кислота с 0,2% пропилена проходит через безтарильчату колонну. В отгонным колонне и колонне для омыления к смеси серной кислоты и изопропилсульфату прилагается вода до получения 60%-ного раствора, а изопропилсульфат омилюеться. 85%-ный изопропиловый спирт отгоняется. С низа колонны выводится 70%-ная серная кислота, которую можно сразу применять для следующего цикла.
3.3. Гидратация пропилена в газовой фазе на катализаторах
Классический метод получения изопропилового спирта в жидкой фазе имеет некоторые недостатки. Так, потери кислоты довольно значительные, а затраты на ее регенерацию существенны. Кроме того, большие трудности вызывает коррозия оборудования. Поэтому было осуществлено многочисленные опыты по прямого присоединения воды в олефинов на неподвижном слое катализатора. В результате был разработан метод гидратации этилена с применением фосфорной кислоты на цеолите (кизельгур).
Реакция непосредственного преобразования олефинов в спирт является равновесной, протекания реакции способствуют низкая температура, высокий давление и высокое соотношение пара: олефины.
Из многих возможных катализаторов реакции прямой гидратации олефинов для промышленного применения рекомендуется только два [ ]
фосфорная кислота на носителе; оксид вольфрама с промотором.
3.4. Лабораторные методы
Изопропиловый спирт можно получить каталитической гидратацией пропилена при наличии серной кислоты. Максимальный выход спирта (67%) было достигнуто использованием 99%-ной серной кислоты при 15 ? С. При 100 ? С и использовании 85%-ной кислоты плохо поглощаются даже небольшие количества пропилена [13].
Гидратация пропилена также возможна при наличии оксида вольфрама. В этом методе наблюдается высокий выход спирта и образуется меньшее количество полимеров, чем в предыдущем. В тех случаях, когда катализаторы таблетированные при давлении 10 4 кг / см?, конверсия при 250 ? С составляла 16%. Если же таблетирования проводили при давлении 5 ? 10 3 кг / см?, то конверсия при этой же температуре составляла лишь 10% [14].
3.5. Очистка полученного спирта
Очищают изопропиловый спирт, полученный из таких олефинов, как пропилен, обрабатывая его сначала водным раствором едкого натра, а затем подвергая многократной перегонке. Перед последней перегонкой спирт стабилизируют и избавляют от постороннего запаха, добавляя небольшое количество хлористой меди (0,5% или меньше) [15].
Безводный изопропиловый спирт получают, насыщая водную смесь аммиаком и диоксидом углерода. При этом образуются два слоя. Слой, содержащий большее количество воды, перегоняют, получая аммиак, диоксид углерода и азеотропную смесь. Слой с меньшим содержанием воды также подвергают фракционной перегонке с получением азеотроп и безводного спирта [16]
Товарный продукт очищают, осушая его над магниевой лентой и подвергая фракционной перегонке в колонке Дафтона высотой 180 см. Чистейшая фракция кипит при 82,33 — 82,39 ? С [17].
Еще один метод очистки изопропилового спирта заключается в его осушки сначала над хлористым кальцием, а затем — над оксидом бария. После этого его трижды подвергают тщательной фракционной перегонке [18].
«Абсолютный» изопропиловый спирт можно получить перегонкой в ??эффективной колонке над свежегашеной известью. Фракцию, кипящую при 82-82,4 ? С, собирают и встряхивают в течение 2 дней с безводным сульфатом меди, после чего перегоняют несколько раз до достижения постоянной температуры кипения. Полученный таким способом спирт содержит меньше 0,10% воды [19].
Еще один способ получения чистого изопропанола заключается в его сушке над магнием и перегонке над сульфаниловая кислота [20].
Существует и быстрый метод получения безводного изопропилового спирта. Товарный 91%-ный спирт встряхивают с водным раствором едкого натра (взятым в количестве 10% от массы спирта), после чего отделяют от водного раствора, снова встряхивают с большим количеством раствора едкого натра, декантують и перегоняют. Если смешать полученный таким образом продукт с 8 объемами сероуглерода, ксилола или петролейного эфира, то при этом не будет наблюдаться даже незначительного помутнения [21].
Водный раствор изопропилового спирта можно сконцентрировать встряхиванием с хлористым натрием. Верхний слой содержит около 87% пропанола-2 и 2-3% хлористого натрия. Перегонка дает 91%-на азеотропную смесь.
4. Химические свойства
Изопропиловый спирт окисляется до соответствующего кетонов — ацетона. Окислительным агентом в этом процессе может выступать хромовая кислота.
Также ацетон с изопропанола можно получить дегидрогенизации на нагретом медном катализаторе :
Изопропиловый спирт используется одновременно и как растворитель, и как реагент в реакции Меервейна-Пондорфа-Верлея и других процессах, связанных с перемещением водорода. С помощью трехбромистым с изопропанола можно получить 2-бромопропан, а в результате процесса дегидратации при нагревании при наличии серной кислоты, образуется пропилен.
150 ^ oC] <\ pi. H_2SO_4>CH_3CH = CH_2 + H_2O>» width=»404″ height=»34 «/>
Как и большинство спиртов, изопропиловый спирт взаимодействует с активными металлами (в частности, натрием), образуя алкоголяты.
Реакция с алюминием (инициирована незначительным количеством ртути) применяется для приготовления катализатора — алкоголята алюминия [22].
Из типичных для спиртов реакций, можно привести взаимодействия изопропилового спирта с:
- амидами металлов
