Ізопропіловий спирт (2-пропанол, пропан-2-ол, ізопропанол, діметілкарбінол) CH 3 CH (OH) CH 3 - самий вторинний одноатомний спирт аліфатичного ряду. Відноситься до речовин 3-го класу небезпеки (помірно небезпечні речовини) за ступенем впливу на організм, має наркотичну дію. ГДК для парів изопропанола в повітрі становить 10 мг / м. Отруєння ізопропіловим спиртом настає внаслідок вдихання парів, що містять концентрацію, яка перевищує ГДК, кумулятивних властивостей не має [2]. Споживання навіть в невеликих дозах викликає отруєння. Широко використовується як розчинник в промисловості і технічний спирт в засобах для чищення скла. оргтехніки та ін.
Товарний изопропанол містить від 91 до 99,5% спирту. Технічні умови для цього продукту не встановлено, через що препарат, який надходить на продаж, за складом може відповідати навіть азеотропной суміші з водою. Ступінь чистоти спирту може коливатися в широких межах в залежності від способу його отримання і використаної сировини.
1. Відкриття
Ізопропіловий спирт відкрив 1955 року М. Бертло при обробці пропілену концентрованої сірчаної кислотою і розкладанні продукту реакції водою [3].
2. Фізичні властивості
Тиск пару изопропанола
Ізопропіловий спирт розчинний у воді. етанолі. ефіром і хлороформі. Розчиняє етилцелюлозу, полівінілбутірал, багато масел, алкалоїди. гуми та природні смоли [4]. Нерозчинний в розчинах солей. На відміну від етанолу або метанолу. ізопропіловий спирт можна виділити з водного розчину додаванням неорганічної солі, зокрема хлориду або 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 температуру плавлення [5].
Зі зниженням температури зростає в'язкість изопропанола. При температурі нижче -70. C ізопропіловий спирт по в'язкості нагадує кленовий сироп.
3. Отримання
3.1. Отримання з вуглеводів
У невеликих кількостях ізопропіловий спирт, поруч з бутанолом, отримують при бродінні вуглеводів [6] [7] [8]
3.2. Гідратація пропілену сірчаної кислотою в рідкій фазі
Основний спосіб отримання изопропанола в промисловості - через непряму гидратацию пропілену сірчаної кислотою (CH 3 CHCH 2 + H 2 O).
Сировиною зазвичай служить пропан -пропіленовая 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 пропиленом, дає діізопропілсульфат:
Діізопропілсульфат при реакції з водою знову утворює ізопропілсульфат і ізопропіловий спирт
Крім того, ізопропіловий спирт реагує з діізопропілсульфатом з утворенням диізопропіловий ефір і ізопропілсульфату:
Просторове зображення молекули ізопропанолу
Численні дослідження гідратації пропілену сірчаної кислотою привели до виникнення двох різних методів:
- методу концентрованої кислоти;
- методу розведеної кислоти.
3.2.1. Метод концентрованої кислоти
Абсорбція проводиться противотоком в екстракційної колоні з 8 тарілками під тиском 8-10 кгс / см. В 92% -ної сірчаної кислоти при 20. С. На кожній тарілці є шар абсорбційного масла. Після екстракції тиск сірчаної кислоти знижують, в відстійнику відділяється екстракційне масло і знову подається в колону. Екстракт містить близько 1,1-1,3 моль З 3 Н 6 / моль H 2 SO 4. Витрата кислоти становить
12 кг на 10 л 100% -ного ізопропілового спирту, витрата пропілену - близько 39 м. (Теоретично - 32 м?).
Температура на окремих тарілках екстракційної колони не повинна перевищувати 20. С, інакше можливі значні втрати пропілену через полімеризацію.
З відстійника екстракт надходить в освинцьованої реакційний апарат з турбомішалкою, де розбавляється водою до отримання 40% -ного розчину, протягом приблизно 1 год при 50. С. Після 4-годинного перебування в апараті без перемішування спирт і утворений диізопропіловий ефір екстрагуються водяною парою. Пари спирту і ефіру промиваються 1% розчином їдкого натру. Після розведення водою до концентрації 15% конденсат витримують кілька днів для відділення полімеру. При ректифікації спочатку виділяють
2% легко киплячих компонентів, у другій колоні ізопропіловий спирт концентрують до 91,3% -ної азеотропной суміші, яка кипить при 80,4. С. Вихід ізопропілового спирту становить 85-90% по відношенню до вихідного пропілену.
Для отримання безводного ізопропілового спирту азеотропную суміш зневоднюють бензолом або диізопропіловий 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 сірчаною кислотою виготовляються або з свинцю. або міді. Після промивання 1% розчином їдкого натру сталь - найбільш підходящий матеріал для виготовлення ємностей, труб і колон.
3.2.2. Метод розведеної кислоти
Схематичне зображення молекули ізопропанолу
За методом розведеної кислоти пропілен абсорбується під тиском 25 кгс / см. При 65. З в 70% -ної сірчаної кислоти. При цьому діізопропілсульфат не утворюється, а ізопропіловий спирт отримують відразу без подальшого розведення водою [11] [12].
Залишковий газ екстрагується в колоні з ковпачковими тарілками свіжої 70% -ної сірчаної кислотою, яка виходить з колони для омилення, до залишкового вмісту пропілену 1%. Потім сірчана кислота з 0,2% пропілену проходить через безтарільчату колону. У відгінним колоні і колоні для омилення до суміші сірчаної кислоти і ізопропілсульфату додається вода до отримання 60% -ного розчину, а ізопропілсульфат омілюеться. 85% -ний ізопропіловий спирт відганяється. З низу колони виводиться 70% -ва сірчана кислота, яку можна відразу застосовувати для наступного циклу.
3.3. Гідратація пропілену в газовій фазі на каталізаторах
Класичний метод отримання ізопропілового спирту в рідкій фазі має деякі недоліки. Так, втрати кислоти досить значні, а витрати на її регенерацію істотні. Крім того, великі труднощі викликає корозія обладнання. Тому було здійснено численні досліди по прямого приєднання води в олефінів на нерухомому шарі каталізатора. В результаті був розроблений метод гідратації етилену із застосуванням фосфорної кислоти на цеолітах (кизельгур).
Реакція безпосереднього перетворення олефінів в спирт є рівноважною, протікання реакції сприяють низька температура. високий тиск і високе співвідношення пара: олефіни.
З багатьох можливих каталізаторів реакції прямої гідратації олефінів для промислового застосування рекомендується тільки два []
3.4. лабораторні методи
Ізопропіловий спирт можна отримати каталітичної гідратацією пропилену при наявності сірчаної кислоти. Максимальний вихід спирту (67%) було досягнуто використанням 99% -ної сірчаної кислоти при 15. С. При 100. З і використанні 85% -ної кислоти погано поглинаються навіть невеликі кількості пропілену [13].
Гідратація пропілену також можлива при наявності оксиду вольфраму. У цьому методі спостерігається високий вихід спирту і утворюється менша кількість полімерів. ніж в попередньому. У тих випадках, коли каталізатори таблетовані при тиску 10 4 кг / см. Конверсія при 250. З становила 16%. Якщо ж таблетування проводили при тиску 5. 10 3 кг / см. То конверсія при цій же температурі становила лише 10% [14].
3.5. Очищення отриманого спирту
Очищають ізопропіловий спирт, отриманий з таких олефінів. як пропілен, обробляючи його спочатку водним розчином їдкого натру. а потім піддаючи багаторазової перегонки. Перед останньою перегонкою спирт стабілізують і позбавляють від стороннього запаху. додаючи невелику кількість хлористого міді (0,5% або менше) [15].
Товарний продукт очищають, осушуючи його над магнієвої стрічкою і піддаючи фракційної перегонці в колонці Дафтона висотою 180 см. Найчистіша фракція кипить при 82,33 - 82,39. З [17].
Ще один метод очищення ізопропілового спирту полягає в його осушення спочатку над хлористим кальцієм. а потім - над оксидом барію. Після цього його тричі піддають ретельної фракційної перегонці [18].
"Абсолютний" ізопропіловий спирт можна отримати перегонкою в ефективної колонці над свежегашеной вапном. Фракцію, киплячу при 82-82,4. З, збирають і струшують протягом 2 днів з безводним сульфатом міді. після чого переганяють кілька разів до досягнення постійної температури кипіння. Отриманий таким способом спирт містить менше 0,10% води [19].
Ще один спосіб отримання чистого изопропанола полягає в його сушінні над магнієм і перегонці над сульфанілова кислота [20].
Існує і швидкий метод отримання безводного ізопропілового спирту. Товарний 91% -ний спирт струшують з водним розчином їдкого натру (взятим в кількості 10% від маси спирту), після чого відокремлюють від водного розчину, знову струшують з великою кількістю розчину їдкого натру, декантують і переганяють. Якщо змішати отриманий таким чином продукт з 8 обсягами сірковуглецю. ксилолу або петролейного ефіру. то при цьому не буде спостерігатися навіть незначного помутніння [21].
Водний розчин ізопропілового спирту можна сконцентрувати струшуванням з хлористим натрієм. Верхній шар містить близько 87% пропанола-2 і 2-3% хлористого натрію. Перегонка дає 91% -на азеотропную суміш.
4. Хімічні властивості
Ізопропіловий спирт окислюється до відповідного кетону - ацетону. Окислювальним агентом в цьому процесі може виступати хромова кислота.
5. Застосування
Пляшка изопропанола для домашнього використання, придбана в аптеці
Основна кількість ізопропілового спирту використовується для отримання ацетону. проте вона зменшується через серйозної конкуренції з боку кумольним методу виробництва ацетону.
Ізопропіловий спирт поширений як розчинник для жирів. натуральних і синтетичних смол, нітролаків (в 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 використовують для синтезу різних складних ефірів (наприклад, ізопропілацетат - розчинник лаків), для введення изопропилового групи в інші сполуки (тимол, ізопропілфенол). Ксантогенат ізопропілового спирту є важливим флотаційним агентом. Ізопропілата алюмінію застосовують для відновлення альдегідів методом Меєрвейна-Понндорфа.
Ізопропіловий спирт замінює етиловий в багатьох косметичних і фармацевтичних препаратах. Але він придатний тільки для зовнішнього застосування, наприклад дезінфекції. Застосування його для ліків і харчових продуктів заборонено.
У великій кількості ізопропіловий спирт використовується для поліпшення якості палива. У карбюраторі двигуна при температурі від -8 до +13. С і відносній вологості повітря 60-100% може наступити обмерзання, що ускладнює запуск і вимикання двигуна. Для усунення цього небажаного явища досить додати до бензину 1,5-3% ізопропілового спирту.
Ізопропіловий спирт використовують для запобігання обмерзання крил і пропелерів літаків. а суміш етиленгліколю і ізопропілового спирту усуває обледеніння стартових доріжок і злітно-посадочних смуг на аеродромах.
6. Токсикологія
Дратує очі і дихальні шляхи. при короткому вплив високих концентрацій парів викликає головний біль. Може пригнічувати ЦНС. Вплив на рівні, значно перевищує ГДК. може викликати непритомність. Ізопропанол при прийомі всередину метаболізується в печінці під дією алкогольдегідрогенази в ацетон. що має наслідком його токсичну дію. Невеликі дози изопропанола, як правило, не викликають значних розладів. Серйозний токсичний вплив на здорової дорослої людини при пероральному вживанні може бути досягнутий уже при дозах близько 50 мл і більше.
Гранично допустима концентрація изопропанола в повітрі дорівнює 10 міліграмів на кубічний метр.
Ізопропанол органолептичним методом помітно відрізняється від етанолу і не може бути помилково сплутаний з останнім. Має відмінний від етанолу, "грубий" запах. У разі вживання викликає сп'яніння, схоже з алкогольним. Швидкість окислення ізопропілового спирту в організмі людини в середньому в 2 - 2,5 рази нижче, ніж в етанолу, тому сп'яніння ізопропанолом дуже стійке. При частому застосуванні до изопропанола швидко розвивається непереносимість, а в окремих випадках - гіперчутливість і алергія.
Смертельних отруєнь ізопропанолом не зафіксовано, оскільки людина впадає в алкогольний транс набагато раніше, ніж зможе самостійно прийняти смертельну дозу изопропанола.
Примітки
Цей текст може містити помилки.