1.甲醇
甲醇最早是通過木材的幹餾生產的,因此甲醇也被稱為木醇。這種方法在1920之後逐漸停止。幾乎所有的甲醇都是通過合成氣-壹氧化碳和氫氣的催化轉化產生的,也就是說
CO+2H2——ZnO/Cr2O3,400℃,20 ~ 30 MPa ——& gt;甲醇δH =-92KJ/mol
這是壹個放熱反應,可以得到幾乎定量的純甲醇。近20年來,使用活性氧化銅作為催化劑,反應可以在250℃和5 ~ 10 MPa下進行,比上述條件更經濟。
甲醇是壹種易燃的無色液體,可與有機溶劑完全混溶。從水中分餾出的甲醇純度可達99%左右。要除去近65,438+0%的水,可以加入適量的鎂,甲醇與鎂反應生成甲醇鎂,甲醇鎂與水反應生成不溶的氧化鎂和甲醇,通過蒸餾可以得到無水甲醇(99.9%以上)。
即使少量的甲醇對生物體也是有毒的,甚至可能造成嚴重的永久性損害,如失明。含有甲醇的酒精稱為變性酒精。喝這種酒有致盲的危險。在酒精中添加甲醇是為了防止奸商用廉價的工業酒精勾兌假酒。
甲醇有多種用途,主要用於制備甲醛,作為溶劑和甲基化試劑;此外,它還可以與汽油混合或單獨用作汽車或噴氣式飛機的燃料。
2.乙醇
工業上大量使用石油裂解氣中的乙烯作為原料生產乙醇。壹種方法是在100℃的濃硫酸中吸收乙烯,然後將其水解。這種方法的優點是乙醇的收率高,但需要大量的硫酸,硫酸對設備有很強的腐蝕作用,廢酸回收也存在問題。
另壹種方法使用磷酸作為催化劑,在烯烴酸的催化下加水時,在300℃和7MPa壓力下將水蒸氣引入乙烯。這種方法步驟簡單,不存在硫酸腐蝕和廢酸回收的問題,但需要高濃度的乙烯並在高壓下操作,對生產設備要求高,壹次性轉化為乙醇的量很少,需要反復循環並消耗大量能量。
上述兩種方法的成本差異不是很大,因為乙烯可以從石油加工中大量獲得,這引起了各國的關註。
第三種生產乙醇的方法稱為發酵法,它與上述方法完全不同,是由微生物進行的生物化學方法。飲用葡萄酒就是這樣產生的。我國的乙醇發酵以薯幹、土豆等含澱粉物質為主要原料。這些原料通過黑曲黴的作用糖化,即澱粉轉化為單糖,然後加入培養的酵母進行發酵,糖轉化為酒和二氧化碳。二氧化碳是副產品,產率為95%。它可以被冷卻、壓縮並放入鋼瓶,成為固體,稱為幹冰,在常壓下成為二氧化碳氣體。糖在酵母的作用下變成酒是壹個非常復雜的過程,這個過程已經被人們清楚地了解。它是許多特定反應的結果,但每個特定反應都是由特殊的酶進行的。12酶已從酵母復合酶中分離出來。酶是壹種特異性強、活性高的有機催化劑。在葡萄酒發酵過程中,還會產生少量的戊醇的兩種異構體和少量的琥珀酸。這些產品不是來自澱粉,而是來自原料中所含蛋白質的發酵。
與甲醇不同,乙醇與水形成沸騰混合物,不能通過蒸餾完全分離。因此,在無水乙醇的工業生產中,在普通乙醇中加入壹定量的苯,通過蒸餾掉乙醇、苯和水的三元混合物來除去水,然後通過蒸餾掉乙醇和苯的二元混合物來除去多余的苯,剩下的就是無水乙醇。
為了從乙醇中除去少量的水(如1%),也可以用金屬鎂處理。
乙醇是壹種無色液體,有特殊氣味,易燃並有淡藍色火焰。乙醇在染料、香水、醫藥和其他工業中非常有用。它經常在實驗室中用作試劑,是最近最重要的溶劑之壹。
少量乙醇對人體的作用是先興奮後麻醉;大量乙醇對人體有毒。
3.正丙醇
工業生產正丙醇是壹種極其重要的方法,通過乙烯、壹氧化碳和氫氣與鈷作為催化劑在高壓和加熱下反應來生產醛。這種反應稱為羰基合成,醛在催化劑的作用下進壹步還原成醇。
上述方法也可用於生產高級醛,但常勝成的兩種異構體醛可進壹步還原為醇。
這種高級醇(C12 -C18)是制造洗滌劑【CH3(CH2)nch2so 3-Na+】的原料。
4.乙二醇
最重要的二醇是乙二醇,其結構式為HOCH2CH2OH,即1,2-乙二醇,其俗名為乙二醇。乙二醇是壹種無色有甜味的粘稠液體。由於分子中有兩個羥基,因此通過氫鍵締合,其熔點和沸點遠高於相同碳原子數的普通碳氫化合物。例如乙二醇的熔點和沸點分別為-16℃和197℃。幾乎不溶於乙醚,但與水混溶。乙二醇能降低水的冰點,如40%(按體積計)的乙二醇水溶液,其冰點為-25℃,而60%的乙二醇水溶液的冰點為-49℃,因此可用於制備防凍劑,如用於汽車發動機,使其能在低溫下工作而不凍結。由於其良好的吸水性,乙二醇也可用於染色。乙二醇也是合成樹脂和合成纖維如聚對苯二甲酸乙二醇酯的重要原料。乙二醇的單甲醚和二甲醚、乙二醇的單乙醚和二乙醚是非常有用的溶劑。
乙二醇的工業生產方法是通過環氧乙烷加壓水合或酸催化水合制備。
加壓水合需要加壓設備和高溫,但後處理方便,因此應用廣泛。盡管酸催化水合不需要壓力設備,反應溫度也較低,但從產品中除去硫酸相當麻煩。上述兩種方法制備乙二醇的總收率均在90%以上(以環氧乙烷計),同時還有副產物二甘醇和三甘醇。前者可用作溶劑、液壓制動設備的工作液、織物改性和染色,後者可用作溶劑和增塑劑。
此外,高分子量的聚乙二醇和許多用環氧乙烷改性的化合物在工業上有廣泛的應用。
5.甘油
最重要的三醇是1,2,3-甘油,結構式為HOCH2CHOHCH2OH,俗稱甘油。甘油是壹種無色有甜味的粘稠液體,分子中有三個羥基。它的沸點較高,為290℃。它與水混溶,廣泛用於紡織、醫藥、化妝品工業和日常生活。它與濃硝酸和濃硫酸反應生成硝化甘油,俗稱硝化甘油,是無煙火藥的主要成分。它是在嚴格的冷卻條件下將甘油滴入濃硝酸和濃硫酸的混合酸中形成的。
硝化甘油是壹種無色、有毒的油狀液體,受熱或受沖擊後立即發生強烈的爆炸反應,瞬間產生大量氣體。
由於大量氣體迅速膨脹,產生巨大的爆發力。當硝化甘油被吸入矽藻土中時,它可以避免因撞擊而爆炸,它只能通過雷管爆炸。硝化甘油溶於10%硝化纖維素中可形成爆發力更強的炸藥,稱為炸藥膠。20% ~ 30%硝化甘油和70% ~ 80%硝化纖維素的混合物稱為硝化甘油火藥,可用作子彈的彈藥。
甘油的工業生產方法是將丙烯在高溫下氯化得到3-氯丙烯,然後與次氯酸反應得到1,3-二氯-2-丙醇和2,3-二氯-1-丙醇的混合物,並在堿性條件下環化得到3-氯-1,2-環氧丙烷,然後水解。鹵代烴與稀氫氧化鈉水溶液發生親核取代反應可得到相應的醇。
鹵代烴在NaOH堿性溶液中容易發生消除反應。為了避免消除反應,可以用氫氧化銀代替氫氧化鈉。醛和酮可以被催化氫化,或者在還原劑如氫化鋁鋰、硼氫化鈉、乙硼烷、異丙醇鋁和活性金屬的作用下生成醇。羧酸衍生物也可以通過催化氫化或用還原劑如氫化鋁鋰、硼氫化鈉、乙硼烷和活性金屬還原生成醇。