Ethanol - C2H5OH


Ethanol (mimo chemii dle PČP etanol), nebo ethylalkohol (lidově nesprávně líh či alkohol) je druhý nejnižší alkohol. Je to bezbarvá kapalina ostré, ale ve zředění příjemné alkoholické vůně, která je základní součástí alkoholických nápojů. Je snadno zápalný a je proto klasifikován jako hořlavina 1. třídy.

Příprava

Největší část produkce ethanolu se připravuje z jednoduchých sacharidů (cukrů) alkoholovým kvašením působením různých druhů kvasinek, především různých šlechtěných kmenů druhu Saccharomyces cerevisiae. Používá se k tomu jak cukerného roztoku (o maximální koncentraci 20 %), tak přímo přírodních surovin sacharidy obsahující, jako jsou např. brambory nebo cukrová třtina. Kvasný proces probíhá dle sumární rovnice C6H12O6 --> 2 C2H5OH + 2 CO2. Kvalita takto získaného ethanolu je velmi závislá na výchozí surovině; kvašením vzniká zápara, tj. velmi zředěný vodný roztok ethanolu (maximálně 15 %); vždy však obsahuje nežádoucí příměsi, tzv. přiboudliny, zejména vyšší alkoholy (propanol a isopropanol), vícesytné alkoholy (glycerol), ketony (aceton) aj. Čištění se provádí na výkonných destilačních kolonách, přičemž lze získat tzv. absolutní alkohol, obsahující 95,57 % ethanolu a 4,43 % vody. Zbytek vody lze odstranit destilací s bezvodým síranem vápenatým nebo oxidem vápenatým, které vodu vážou nebo dlouhodobým působením hygroskopických látek jako např. bezvodého uhličitanu draselného (potaše) nebo bezvodého síranu měďnatého (modré skalice). Těmito postupy lze získat ethanol o čistotě až 99,9 %. Jinou metodou získávání co nejčistšího ethanolu je tzv. azeotropická metoda, spočívající v destilaci s přídavkem benzínu nebo benzenu, kterou lze získat produkt o čistotě až 99,7 %. Synteticky se ethanol připravuje katalytickou hydratací ethenu (etylenu) CH2=CH2 + H2O --> C2H5OH Jako katalyzátor se používá kyselina trihydrogenfosforečná na oxidu křemičitém. Takto připravený ethanol má mnohem méně nečistot než kvasný a je tedy kvalitnější. Další způsob syntetické přípravy spočívá v katalytické hydrogenaci acetaldehydu, který může být průmyslově vyráběn hydratací acetylenu:
HC &equiv CH + H2 + H2O --> CH3–CHO,
CH3–CHO + H2 --> CH3–CH2OH.

Vlastnosti

I když je v molekule zachována volná otáčivost podle σ-vazeb mezi uhlíkovými atomy i mezi uhlíkem a kyslíkem, zaujímá konformaci, při které nejsou atomy vodíku na sousedních atomech uhlíku resp. kyslíku navzájem v zákrytu. Vzhledem k přítomnosti hydroxylové skupiny OH v molekule, jejíž vodíkový atom může vytvářet vodíkovou vazbu s kyslíkovým atomem jiné molekuly ethanolu, je bod varu této látky vyšší, než by se dalo očekávat vzhledem k jeho molekulové hmotnosti (78,3 °C místo předpokládaných -42 °C u nepolárních látek jako je stejně hmotný propan, nebo -24 °C u polárních látek bez vodíkových můstků jako je dimethylether). Protože vazby C–O i O–H jsou polární, je proto molekula ethanolu polární. Rozpouští se proto je velice špatně v nepolárních rozpouštědlech, s polárními rozpouštědly (např. s vodou) se většinou mísí neomezeně. S vodou vytváří tzv. azeotropickou směs, která obsahuje 95,57 hmotnostních procent ethanolu a která za normálního tlaku (1013 hPa) vře při 78,1 °C, přičemž složení plynné a kapalné fáze je stejné. Proto se směs tohoto složení již nedá další destilací rozdělit.

Chemické reakce ethanolu

Samotný ethanol je látka poměrně reaktivní, zvlášť bouřlivě reaguje s alkalickými kovy (sodíkem nebo draslíkem). Obecné schéma reakce ethanolu s kovem vypadá takto: ethanol + kov -> ethoxid (ethanolát) + vodík. Reakce ethanolu se sodíkem probíhá následujícím způsobem:
2 C2H5OH + 2 Na --> 2 C2H5ONa + H2.
Produktem této reakce je unikající vodík a ethoxid sodný (ethanolát sodný). Při reakci s draslíkem by analogicky vznikl ethoxid draselný atp. Ethoxidy jsou silně bazické a působením vody se rozkládají zpět na ethanol a hydroxid příslušného alkalického kovu, např.
C2H5ONa + H2O --> C2H5OH + NaOH.
Působením oxidačních činidel (např. manganistanu draselného) se ethanol oxiduje nejprve na acetaldehyd
2 CH3CH2OH + O --> 2 CH3CH=O;
další šetrnou oxidací se oxiduje až na kyselinu octovou
CH3CH=O + O --> CH3COOH.
Přeměna ethanolu na kyselinu octovou probíhá také působením mikroorganismů zejména rodu Acetobacter (tzv. octové kvašení, např. při výrobě octa z vína). Postupná oxidace ethanolu je také podstatou jeho odbourávání z těla po jeho konzumaci; jedovatý meziprodukt acetaldehyd je jednou z příčin kocoviny po nadměrném požití alkoholu. Přímá reakce s kyslíkem může probíhat také velmi bouřlivě jako hoření, při kterém se ethanol oxiduje až na oxid uhličitý a vodu za vývoje značného množství tepla
CH3CH2OH + 3 O2 --> 2 CO2 + 3 H2O.
Působením halogenovodíků na ethanol dochází k náhradě hydroxylové skupiny příslušným halogenovým atomem; např. účinkem bromovodíku vzniká bromethan (etyhylbromid). Tato reakce může probíhat buď přímo
C2H5OH + HBr --> C2H5Br + H2O,
nebo působením směsi bromidu draselného a koncentrované kyseliny sírové
C2H5OH + KBr + H2SO4 --> C2H5Br + H2O + KHSO4.
Uvedená reakce však nemusí končit vznikem ethylbromidu, neboť ten může reagovat s další molekulou ethanolu za vzniku diethyletheru
C2H5Br + C2H5OH --> CH3CH2–O–CH2CH3 + HBr.
Podobně vzniká diethylether i působením jiných silných anorganických kyselin, např. kyseliny sírové, kyseliny fosporečné, kyseliny chlorovodíkové nebo některých hydrogensolí, jako hydrogensíranu draselného aj. Působením halogenidů karboxylových kyselin na ethanol vznikají estery ethanolu a příslušné organické kyseliny. Např. reakcí s acetylchloridem (chloridem kyseliny octové) vzniká ethyl acetát (octan ethylnatý)
C2H5OH + CH3COCl --> CH3COCH2CH3 + HCl.
Estery ethanolu mohou vznikat i přímou reakcí s karboxylovými kyselinami za přítomnosti kyseliny sírové, která váže vznikající vodu
C2H5OH + CH3COOH --> CH3COCH2CH3 + H2O.
Za přítomnosti niklových katalyzátorů a zvýšené teploty 150–220 °C vzniká směs ethylaminů
CH3CH2OH + NH3 --> CH3CH2NH2 + H2O ,
CH3CH2OH + CH3CH2NH2 --> (CH3CH2)2NH + H2O,
CH3CH2OH + (CH3CH2)2NH --> (CH3CH2) 3N + H2O.
Katalytickým odštěpením molekuly vody z ethanolu vzniká nejjednoduší alken (olefin), ethen (ethylen)
CH3–CH2OH --> CH2=CH2 + H2O.

Použití

Nejznámějším použitím ethanolu je výroba alkoholických nápojů. Také se používá pro zlepšení výkonu spalovacích motorů jako přídavek do pohonných hmot. V lékařství se používá jako rozpouštědlo (např. jódu, tím vzniká tzv. jodová tinktura), při přípravě některých kapalných přípravků pro vnitřní i vnější použití (Při požití je třeba dát pozor a bezprostředně poté neřídit motorová vozidla) a k dezinfekci neporaněné kůže. V oblasti kosmetiky se uplatňuje při výrobě voňavek. Tento alkohol má své místo i při výrobě čistících prostředků, např. Okeny. V chemickém průmyslu se používá jako surovina, zejména při výrobě dalších organických sloučenin:

Ethanol jako palivo

Ethanol je vysoce hodnotné ekologické palivo pro spalovací motory. Má antidetonační vlastnosti. Jeho nedostatkem je schopnost vázat vodu a působit tak korozi motoru, což lze odstranit přidáním vhodných aditiv (antikorozních přípravků). Fyziologické působení V malých dávkách ethanol krátkodobě způsobuje euforii a pocit uvolnění, ve větších pak deprese, ztrátu koordinace pohybů těla, sníženou vnímavost, prodloužení reakce a útlum rozumových schopností, případně i agresivitu. Mnohem významnější vliv na lidské tělo a psychiku má jeho metabolit, acetaldehyd, který v těle vzniká působením enzymu alkoholdehydrogenázy a který atakuje zejména proteiny obsahující thiolové skupiny (–SH). Teprve působením acetaldehyddehydrogenázy se acetaldehyd pomalu v těle odbourává až na neškodnou kyselinu octovou. Dlouhodobé a opakované působení ethanolu prostřednictvím acetaldehydu vede k závislosti na něm (k alkoholismu) a způsobuje cirhózu jater. Byl prokázán i karcinogenní účinek acetaldehydu u laboratorních zvířat, u člověka zatím definitivně stanoven nebyl. V poslední době (2005) bylo zjištěno, že zvýšená hladina ethanolu může stimulovat bujení mikroorganismu Acinetobacter baumannii, který je odpovědný za pneumonii (zánět plic), meningitidu a infekční záněty močových cest. Proto užívání alkoholických nápojů jako „vnitřní dezinfekce“ je značně dvousečným prostředkem. Vzhledem k tomu, že biochemická podstata jeho působení na lidský organismus je obdobná jako u methanolu ale je méně riziková, používá se jako protijed (antidotum) při otravách methanolem.

Varování

Ethanol je svým vzhledem a zápachem úplně stejný jako mnohem nebezpečnější methanol. Proto hrozí jejich záměna. Jediným rozlišením mezi nimi se bohužel pozná již pozdě, tímto rozlišovacím prostředkem je otrava methanolem, která se projevuje oslepnutím. Při domáckém pálení alkoholu navíc jako první podíl destiluje methanol a ethanol až později. Takové pálení je zákonem zakázané a je velmi nebezpečné. Může totiž dojít k již zmiňované záměně.