Главная страница

Ізопропіловий спирт
2-Propanol.svg
ізопропіловий спирт
Isopropanol-3D-vdW.png
ізопропанол
Назва за IUPAC пропан-2-ол
Інші назви 2-пропанол, ізопропанол
Ідентифікатори
Номер CAS 67-63-0
PubChem 3776
Номер EINECS 200-661-7
DrugBank 02325
KEGG D00137 і C01845
ChEBI 17824
RTECS NT8050000
SMILES CC(O)C
InChI 1S/C3H8O/c1-3(2)4/h3-4H,1-2H3
Номер Бельштейна 635639
Номер Гмеліна 1464
Властивості
Молекулярна формула C3H8O1
Зовнішній вигляд безбарвна рідина
Густина 0,786 г/см³ (20 °C)
Тпл −98,5 °C
Ткип 82,4 °C
Розчинність (вода) розчинний
Розчинність (ацетон) повна змішуваність з бензеном, хлороформом, етанолом, ефіром, гліцерином
нерозчинний в сольових розчинах
Кислотність (pKa) 16,5
Показник заломлення (nD) 1,37723
В'язкість 2,86 кПуаз при 15 °C
1,96 кПуаз при 25 °C[1]
1,77 кПуаз при 30 °C
Дипольний момент 1,66 (газ)
Небезпеки
ЛД50 5005 мг/кг (пацюки, орально)
MSDS External MSDS
Головні небезпеки схильний до самозаймання
NFPA 704
NFPA 704.svg
3
2
1
Температура спалаху 11,7 °C (у відкритій посудині)
13 °C (у закритій посудині)
Температура самозаймання 399 °C
Пов'язані речовини
Інші (спирти) пропіловий спирт (ізомер), етанол, 2-бутанол
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Ізопропіловий спирт (2-пропанол, пропан-2-ол, ізопропанол, диметилкарбінол) CH3CH(OH)CH3 — найпростіший вторинний одноатомний спирт аліфатичного ряду. Належить до речовин 3-го класу небезпеки (помірно небезпечні речовини) за ступенем впливу на організм, володіє наркотичною дією. ГДК для парів ізопропанолу в повітрі становить 10 мг/м3. Отруєння ізопропіловим спиртом виникає в результаті вдихання парів, що містять концентрацію, яка перевищує ГДК, кумулятивними властивостями не володіє[2]. Споживання внутрішньо навіть у невеликих дозах викликає отруєння. Широко використовується як розчинник в промисловості і технічний спирт в засобах для чищення скла, оргтехніки та ін.

Відкриття

Ізопропіловий спирт був відкритий в 1955 році М. Бертло при обробці пропілену концентрованою сірчаної кислотою й розкладанні продукту реакції водою[3].

Фізичні властивості

Тиск парів ізопропанолу

Ізопропіловий спирт розчинний у воді, етанолі, етерах і хлороформі. Розчиняє етилцелюлозу, полівінілбутирал, багато масел, алкалоїди, гуми і природні смоли[4]. Нерозчинний в розчинах солей. На відміну від етанолу чи метанолу, ізопропіловий спирт можна виділити з водного розчину додаванням неорганічної солі, зокрема хлориду чи сульфату натрію [5].

Ізопропіловий спирт з водою утворює азеотроп з точкою кипіння 80,37 °C і часткою спирту 87,7 % мас. (91 % об.). Водно-спиртова суміш здатна знижувати температури плавлення [5].

Зі зниженням температури зростає в’язкість ізопропанолу. При температурі нижче -70 °C ізопропіловий спирт за в’язкістю нагадує кленовий сироп.

Отримання

Основний спосіб отримання ізопропанолу в промисловості полягає в непрямій гідратації пропілену сірчаною кислотою (CH3CHCH2 + H2O).

Синтез ізопропанолу з пропілену

Сировиною зазвичай служить пропан-пропіленова суміш газів крекінгу або пропіленова суміш газів піролізу нафти. При цьому процесі можливі наступні хімічні реакції взаємодії пропілену з сірчаною кислотою і водою:

Ізопропілсульфат реагуючи з пропіленом, дає диізопропілсульфат:

Диізопропілсульфат при реакції з водою знову утворює ізопропілсульфат і ізопропіловий спирт:

Крім того, ізопропіловий спирт реагує з диізопропілсульфатом з утворенням диізопропілового ефіру і ізопропілсульфату:

Отримання з вуглеводів

Просторове зображення молекули ізопропанолу

У невеликих кількостях ізопропіловий спирт, поряд з бутанолом, отримують при бродінні вуглеводів[6][7][8]

Гідратація пропілену сульфатною кислотою в рідкій фазі

Численні дослідження гідратації пропілену сульфатною кислотою призвели до виникнення двох різних методів:

  1. методу концентрованої кислоти;
  2. методу розбавленої кислоти.
Метод концентрованої кислоти
Ізопропіловий спирт

Гази стабілізації з крекінг-установок із вмістом пропілену 20-24% спочатку відмивають в скруберах від сірководню [9] [10]. Потім видаляють вищі вуглеводні фракційної перегонкою і концентрують пропілен до мінімум 50%. Абсорбцію пропілену можна істотно поліпшити за допомогою абсорбційного масла, більшою частиною газойля. Абсорбційне масло полегшує переробку низькоконцентрованого пропілену. Крім того, воно значно знижує схильність до полімеризації при використанні висококонцентрованого пропілену.

Абсорбція проводиться протитоком в екстракційній колоні з 8 тарілками під тиском 8-10 кгс/см2 в 92%-ній сульфатній кислоті при 20 °С. На кожній тарілці є шар абсорбційного масла. Після екстракції тиск сульфатної кислоти знижується, у відстійнику відділяється екстракційне масло і знову подається в колону. Екстракт містить близько 1,1-1,3 моль С3Н6/моль H2SO4. Витрата кислоти складає ~ 12 кг на 10 л 100%-ного ізопропілового спирту, витрата пропілену - близько 39 м3 (теоретично 32 м3).

Температура на окремих тарілках екстракційної колони не повинна перевищувати 20 °С, інакше можливі значні втрати пропілену через полімеризацію.

З відстійника екстракт надходить в освинцьований реакційний апарат з турбомішалкою, де розбавляється водою до отримання 40%-ного розчину, що перемішується приблизно протягом 1 год при 50 °С. Після 4-годинного перебування в апараті без перемішування спирт і утворений диізопропіловий ефір екстрагуються водяною парою. Пари спирту і етеру промиваються 1% розчином їдкого натру. Після розведення водою до концентрації 15% конденсат витримують кілька днів для відділення полімеризату. При ректифікації спочатку виділяють ~ 2% легко киплячих компонентів, у другій колоні ізопропіловий спирт концентрують до 91,3%-ної азеотропної суміші, що кипить при 80,4 °С. Вихід ізопропілового спирту складає 85-90% у відношенні до вихідного пропілену.

Для отримання безводного ізопропілового спирту азеотропню суміш зневоднюють бензолом або диізопропіловим ефіром, рідше - діетиловим ефіром. Головний продукт, який знаходиться в збірнику розділений на 2 шари, частково повертається у верхню частину колони (верхній шар з ізопропілового спирту і бензолу), частково подається в колону для концентрації (нижній шар з водного ізопропілового спирту) для регенерації залишків ізопропілового спирту і бензолу. Безводний ізопропіловий спирт (>99%) відганяється знизу колони.

Всі деталі апаратів, які контактують з розбавленою сульфатною кислотою виготовляються або зі свинцю, або з міді. Після промивання 1% розчином їдкого натру сталь - найбільш придатний матеріал для виготовлення ємностей, труб і колон.

Метод розбавленої кислоти
Схематичне зображення молекули ізопропанолу

За методом розбавленої кислоти пропілен абсорбується під тиском 25 кгс/см2 при 65 °С в 70%-ній сульфатній кислоті. При цьому диізопропілсульфат не утворюється, а ізопропіловий спирт отримують відразу без подальшого розведення водою[11][12].

У абсорбційну безтарільчату колону, заповнену 70%-ною сульфатною кислотою, нагнітається попередньо компримований крекінг-газ, що містить пропілен. Сульфатна кислота поглинає 1 моль С3Н6/моль H2S04. Крекінг-газ з початковим вмістом пропілену близько 20-25% абсорбується до залишкового вмісту 5-6%.

Залишковий газ екстрагується в колоні з ковпачковими тарілками свіжою 70%-ною сульфатною кислотою, яка виходить з колони для омилення, до залишкового вмісту пропілену 1%. Потім сульфатна кислота з 0,2% пропілену проходить через безтарільчату колону. У відгонній колоні і колоні для омилення до суміші сульфатної кислоти та ізопропілсульфату додається вода до одержання 60%-ного розчину, а ізопропілсульфат омилюється. 85%-ний ізопропіловий спирт відганяється. З низу колони виводиться 70%-на сульфатна кислота, яку можна відразу вживати для наступного циклу.

Гідратація пропілену в газовій фазі на каталізаторах

Класичний метод отримання ізопропілового спирту в рідкій фазі має ряд недоліків. Так, втрати кислоти досить значні, а витрати на її регенерацію істотні. Крім того, великі труднощі викликає корозія устаткування. Тому були проведені численні досліди з прямого приєднання води до олефінів на нерухомому шарі каталізатора. У результаті був розроблений метод гідратації етилену із застосуванням фосфорної кислоти на цеоліті (кизельгур).

Реакція безпосереднього перетворення олефінів у спирт, є рівноважною, протіканню реакції сприяють низька температура, високий тиск і високе співвідношення пара:олефіни.

З багатьох можливих каталізаторів реакції прямої гідратації олефінів для промислового застосування рекомендуються тільки два:

  1. фосфорна кислота на носії;
  2. оксид вольфраму з промотором.

Хімічні властивості

Ізопропіловий спирт окислюється до відповідного кетонуацетону. Окисним агентом в процесі може виступати хромова кислота.

Також ацетон з ізопропанолу можна отримати дегідрогенізацією на нагрітому мідному каталізаторі:

Ізопропіловий спирт використовується одночасно і як розчинник, і як реагент в реакції Меєрвейна-Пондорфа-Верлея та інших процесах, пов’язаних із переміщенням гідрогену. З ізопропанолу, за допомогою триброміду, можна отримати 2-бромопропан, а в результаті процесу дегідратації при нагріванні в присутності сульфатної кислоти, утворюється пропілен.

Як і більшість спиртів, ізопропіловий спирт взаємодіє з активними металами, зокрема з натрієм, утворюючи алкоголяти. Реакція з алюмінієм (ініційована незначною кількістю ртуті) використовується для приготування каталізатора – алкоголяту алюмінію[13].

Застосування

Файл:2-Propanol (Isopropylalkohol) Flasche aus Apotheke.jpg
Пляшечка ізопропанолу для домашнього застосування, придбана в аптеці

Основна кількість ізопропілового спирту використовується для отримання ацетону, однак вона зменшується через серйозну конкуренцію з-боку кумольного методу виробництва ацетону.

Ізопропіловий спирт широко поширений як розчинник для жирів, натуральних і синтетичних смол, нітролаків (у поєднанні з іншими розчинниками), алкалоїдів, протеїнів, хлорофілу та інших речовин. Він використовується і як складова частина детергентів (рідкі мила).

Поряд із застосуванням для синтезу ацетону ізопропіловий спирт вживають для синтезу різних складних ефірів (наприклад, ізопропілацетату - розчинника лаків), для введення ізопропілової групи в інші сполуки (тимол, ізопропілфенол). Ксантогенат ізопропілового спирту є важливим флотаційним агентом. Ізопропілати алюмінію використовується для відновлення альдегідів за методом Меєрвейна-Понндорфа.

Ізопропіловий спирт замінює етиловий в багатьох косметичних та фармацевтичних препаратах. Але він придатний тільки для зовнішнього застосування, наприклад дезінфекції. Застосування для ліків і харчових продуктів заборонено.

У великій кількості ізопропіловий спирт використовується для покращення якості пального. При застосуванні бензину в карбюраторі двигуна може наступити обмерзання при температурі від -8 до +13 °С і відносній вологості повітря 60-100 %, що ускладнює запуск і вимкнення двигуна. Для усунення цього небажаного явища досить додати 1,5-3 % ізопропілового спирту.

Ізопропіловий спирт застосовується для запобігання обледеніння крил і пропелерів літаків, а суміш етиленгліколю та ізопропілового спирту усуває обледеніння стартових доріжок та злітно-посадкових смуг на аеродромах.

Токсикологія

Подразнює очі і дихальні шляхи, при короткому впливі великих концентрацій парів викликає головний біль. Може пригнічувати центральну нервову систему. Вплив на рівні, що значно перевищує ГДК, може викликати непритомність. Ізопропанол при прийомі всередину метаболізується в печінці під дією алкогольдегідрогенази в ацетон, що спричиняє його токсичну дію. Невеликі дози ізопропанолу, як правило, не викликають значних розладів. Серйозний токсичний вплив на здорову дорослу людину при пероральному вживанні може бути досягнутий вже при дозах близько 50 мл і більше.

Гранично допустима концентрація ізопропанолу в повітрі дорівнює 10 міліграмів на кубічний метр.

Ізопропанол органолептично помітно відрізняється від етанолу і не може бути помилково прийнятий за останній. Має відмінний від етанолу запах, більш «грубий». При прийомі всередину викликає сп'яніння, схоже з алкогольним. Швидкість окислення ізопропілового спирту в організмі людини в середньому в 2 - 2,5 разів нижча, ніж у етанолу, тому сп'яніння ізопропанолом дуже стійке. При частому вживанні до ізопропанолу швидко розвивається непереносимість, а в окремих випадках - гіперчутливість та алергія.

Смертельних отруєнь ізопропанолом не зафіксовано, оскільки людина впадає в алкогольний транс набагато раніше, ніж зможе самостійно прийняти смертельну дозу ізопропанолу.

Див. також

Примітки

  1. Yaws, C.L. (1999). Chemical Properties Handbook. McGraw-Hill. 
  2. ГОСТ 9805-84. Спирт изопропиловый. Технические условия
  3. М. Вегthеlоt, Ann. Chim. et phys., 43, № 3, 391 (1855).
  4. Doolittle, Arthur K. (1954). The Technology of Solvents and Plasticizers. New York: John Wiley & Sons, Inc.. p. 628.
  5. а б The Merck Index (10th ed.). Rahway, NJ: Merck & Co.. 1983. p. 749.
  6. Патенти США 1725083, 1927 та 2420998, 1947.
  7. Англійські патенти 293015, 1928 та 401284, 1932.
  8. Французький патент 743530, 1932.
  9. F. Asingег, Chemie und Technologie der Monoolefine, Berlin, 1957, S. 581—584.
  10. I. G. Park, С. М. Вeamer, in Kirk — Оthmer, Encyclopedia of Chemical Technology, v. 11, N. Y., 1953, p. 185—187.
  11. Патент США 2473224, 1949.
  12. W. Н. Shiffleг et al., Industrial & Engineering Chemistry, 31, 1101 (1939).
  13. Young, W.; Hartung, W.; Crossley, F. (1936). "Reduction of Aldehydes with Aluminum Isopropoxide". J. Am. Chem. Soc. 58: 100–2.

Джерела

  • Гончаров А., І., Корнілов М., Ю. Довідник з хімії. — Київ : Вища школа, 1974. — 306 с.
  • Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена. — Ленинград : Химия, 1973. — 368 с. (рос.)
  • Samir Zakhari,. Isopropanol and ketones in the environment. — Каліфорнійський університет : CRC Press, 1977. — 147 с. — ISBN 9780849351976. (англ.)

Посилання