Atšķirībā no ogļūdeņražiem, skābekli saturošām organiskām vielām ir atomu komplekss, ko sauc par funkcionālo grupu. Metanols ir piesātināts spirts, kura molekulā ir hidroksilgrupa. Tas nosaka šī savienojuma galvenās īpašības. Mūsu rakstā mēs apskatīsim metilspirta ražošanas metodes, svarīgākās ķīmiskās reakcijas un metanola izmantošanu.
Molekulas struktūra
Lai noskaidrotu metilspirta uzbūvi, jāatceras, kādai molekulai ir visvienkāršākais piesātinātais ogļūdeņradis – metāns. To izsaka kā CH4 un satur vienu oglekļa atomu, kas ar vienkāršu sigma saiti ir saistīts ar ūdeņraža atomiem.
Ja vienu no tiem aizstāj ar hidroksilgrupu –OH, iegūstam formulu CH3OH. Tas ir metanols. Saites leņķis, ko veido C-O-H saites virziens, ir aptuveni 110⁰, tāpēc vienvērtīgo spirtu molekulām ir leņķa forma. Pateicoties tam,skābekļa elektronegativitāte (3,5 eV) ir lielāka nekā oglekļa (2,5 eV), skābekļa-oglekļa saite ir ļoti polarizēta, un hidroksogrupa spēlē aizvietotāja lomu ar negatīvu induktīvu efektu. Tādējādi metanols ir spirts, kura dipola moments ir 1,69D.
Nomenklatūra
Apskatīsim trīs veidus, kā veidot vielas nosaukumu ar formulu CH3OH. Vēsturiski tas ir atvasināts no ogļūdeņraža radikāļa nosaukuma, kuram ir pievienota hidroksilgrupa. Radikāls CH3 ir metilgrupa, tāpēc CH3OH sauc par metilspirtu. Saskaņā ar Ženēvas nomenklatūru atbilstošā ogļūdeņraža - alkāna nosaukumam tiek pievienots piedēklis -ol. Savienojums tiks saukts par metanolu. Šis nosaukums ir visizplatītākais un tiek izmantots diezgan bieži. Racionālajā nomenklatūrā savienojumu, kuru mēs apsveram, sauc par karbinolu.
Fizikālās īpašības
Mazāki spirti, kas satur līdz trim oglekļa atomiem, tostarp metanols, ir šķidrumi, kas sajaucas ar ūdeni jebkurā proporcijā. Karbinolam ir izteikta alkohola smarža, taču tas ir pilnīgi nederīgs uzņemšanai, jo ir spēcīgākais neirotoksiskais savienojums. Tā blīvums ir mazāks par vienību un ir 0,791 D420. Kušanas un viršanas temperatūra ir attiecīgi -97,9 ⁰C un +94,5 ⁰C.
Metanola ražošana
Atbilstošo haloalkilgrupu hidrolīze aktīvo metālu, piemēram, sārmu vai sārmzemju hidroksīdu klātbūtnē, un karsējot -šī ir izplatīta metode karbinola iegūšanai. Par izejvielām tiek ņemts hlors vai brommetāns, reakcijas rezultātā halogēna atoms tiks aizstāts ar funkcionālo grupu –OH un veidojas metanols.
Vēl viena metode, kas izraisa primāro piesātināto spirtu veidošanos, ir aldehīdu vai karbonskābju reducēšana. Šai redoksreakcijai izmanto spēcīgus reducētājus, piemēram, nātrija borhidrīdu vai litija alumīnija hidrīdu. Izejvielas ir skudrskābe vai formaldehīds. Viena no mūsdienu metodēm karbinola iegūšanai ir tā sintēze no oglekļa, ūdens, ūdeņraža un oglekļa monoksīda. Process notiek +250 °C temperatūrā, paaugstinātā spiedienā un cinka un vara oksīdu kā katalizatora klātbūtnē. Jauns, bet ekonomiski pamatots ir spirta iegūšanas paņēmiens no okeānu un jūru mikroskopiskām aļģēm, kuru biomasa patiešām ir milzīga. Augu substrāts tiek raudzēts, atbrīvotais metāns tiek savākts un tālāk oksidēts līdz metanolam. Biometanola ražošanas lielās priekšrocības ir tas, ka nav jāizmanto saldūdens rezerves, elektrība un tehnoloģijas tīrība.
Organometāliskā sintēze
Ja organiskos savienojumus ar karbonilgrupu molekulās apstrādā ar magnija organiskajiem savienojumiem, var iegūt vienvērtīgos spirtus. Organometāliskos reaģentus iegūst, mijiedarbojoties magnija metāla šķembām un bromu saturošiem alkāna atvasinājumiem sausā dietilā.ēteris. No skudrskābes aldehīda šo reakciju var izmantot, lai iegūtu ne tikai metanolu, kura izmantošana ir ierobežota, bet arī citus primāros piesātinātos spirtus.
Ķīmiskais raksturojums
Karbinolam nav izteiktu skābju vai bāzu īpašību, turklāt vielas ūdens šķīdums neietekmē rādītājus. Tipiskas metanola reakcijas ir mijiedarbība ar aktīvajiem metāliem un karbonskābēm. Pirmajā gadījumā veidojas metālu alkoholāti, otrajā - esteri. Piemēram, nātrijs izspiež ūdeņraža atomus spirta funkcionālajā hidroksilgrupā:
2CH3OH + 2Na=2CH3ONa +H2.
Metilspirta un etiķskābes reakcijas rezultātā veidojas metilacetāts jeb etiķskābes metilesteris:
CH3COOH+CH3OH<--(H2SO 4)CH3COOCH3+H2O.
Iepriekšminēto reakciju sauc par esterizāciju, un tai ir liela praktiska nozīme.
Spirtu oksidēšana
Metanola reakcijas, kas izraisa aldehīdu veidošanos, apsveriet piemēru par tā mijiedarbību ar vara oksīdu. Ja karstu vara stiepli, kas pārklāta ar oksīdu, nolaiž metanola šķīdumā, tad ir jūtama īpaša nepatīkama formaldehīda smaka. Un stieples blāvā virsma kļūst gaiša un spīdīga, jo samazinās tīra vara daudzums.
Dehidratācija
Karsējot un higroskopisku vielu klātbūtnē, daļiņas tiek atdalītas no spirta molekulāmūdens. Produktos var atrast etilēna sērijas nepiesātinātos ogļūdeņražus. Augstas ūdens koncentrācijas apstākļos un zemā temperatūrā var iegūt ēterus. Tātad dimetilēteri var iegūt no metanola.
Metilspirta lietošana
Metilspirtu izmanto kā gāzes cauruļvados veidojošo hidrātu inhibitoru, jo metanola svarīgas īpašības ir laba šķīdība ūdenī un zema sasalšanas temperatūra. Galvenais metilspirta apjoms tiek izmantots fenola-formaldehīda sveķu ražošanā. Karbinolam raksturīgais augstais oktānskaitlis ļauj to izmantot kā videi draudzīgu degvielu automašīnām. Krāsu rūpniecībā karbinolu izmanto kā šķīdinātāju.
Metanola ietekme uz cilvēka ķermeni
Koka spirts ir absolūti nepiemērots lietošanai kā alkoholiskais dzēriens, jo ir spēcīgākā toksiskā viela. Nokļūstot kuņģa-zarnu traktā, tas sāk oksidēties par skudrskābi un skudrskābes aldehīdu. Oksidācijas produkti ietekmē redzes nervus un tīkleni, kas satur receptorus. Iestājas aklums. Skudrskābe, kurai ir augsta kumulatīva kapacitāte, ar asinīm tiek nogādāta aknās un nierēs, iznīcinot šos dzīvībai svarīgos orgānus. Saindēšanās ar metanolu izraisa letālu iznākumu, jo metodes asins attīrīšanai no metabolītiem ir neefektīvas.
Mūsu rakstā mēs iepazināmies ar īpašībām, pielietojumu unveidi, kā iegūt metanolu.
