Диэтиловый эфир: свойства, получение и применение.

Введение

Диэтиловый эфир может быть получен как в лаборатории, так и в промышленных масштабах посредством кислотного синтеза эфиров. Этанол смешивают с сильной кислотой, обычно серной кислотой, H2SO4. Кислота диссоциирует в водной среде, образуя ионы гидроксония, [H3O]+. Ион гидроксония протонирует электроотрицательный атом кислорода этанола, придавая молекуле этанола положительный заряд:

CH3CH2OH + [H3O]+ → [CH3CH2OH2]+ + H2O

Нуклеофильный атом кислорода непротонированного этанола замещает молекулу воды из протонированной (электрофильной) молекулы этанола, восстанавливая ион гидроксония и образуя диэтиловый эфир: [CH3CH2OH2]+ + CH3CH2OH → [H3O]+ + CH3CH2OCH2CH3

Эту реакцию необходимо проводить при температуре ниже 150 °C, чтобы гарантировать, что побочным продуктом реакции не будет продукт элиминирования (этилен). При более высоких температурах этанол будет дегидратироваться с образованием этилена. Реакция получения диэтилового эфира обратима, поэтому в конечном итоге достигается равновесие между реагентами и продуктами. Для получения хорошего выхода эфира необходимо отгонять эфир из реакционной смеси, чтобы уменьшить скорость обратной реакции, используя принцип Ле Шателье. Другой реакцией, которую можно использовать для получения эфиров, является синтез эфира Уильямсона, в котором алкоксид (полученный путем растворения щелочного металла в спирте, который будет использоваться) осуществляет нуклеофильное замещение на алкилгалогениде.

Применение

Он особенно важен в качестве растворителя в производстве пластмасс на основе целлюлозы, таких как ацетат целлюлозы.

Топливо

Диэтилэфир обладает высоким цетановым числом 85–96 и, в сочетании с нефтяными дистиллятами для бензиновых и дизельных двигателей, используется в качестве пусковой жидкости благодаря высокой летучести и низкой температуре вспышки. Пусковая жидкость на основе эфира продается и используется в странах с холодным климатом, поскольку она облегчает холодный запуск двигателя при отрицательных температурах. По той же причине она также применяется в качестве компонента топливной смеси для карбюраторных двигателей с воспламенением от сжатия (модельных). Таким образом, диэтилэфир очень похож на один из своих предшественников – этанол.

Химия

Диэтилэфир — сильное основание Льюиса, которое реагирует с различными кислотами Льюиса, такими как йод, фенол и триметилалюминий, а его основные параметры в модели ECW составляют EB = 1.80 и CB = 1.63. Диэтилэфир является распространенным лабораторным апротонным растворителем. Он обладает ограниченной растворимостью в воде (6,05 г/100 мл при 25 °C). Это, в сочетании с его высокой летучестью, делает его идеальным для использования в качестве неполярного растворителя при жидкостно-жидкостной экстракции. При использовании с водным раствором слой диэтилэфира располагается сверху, поскольку его плотность ниже плотности воды. Он также широко используется в качестве растворителя в реакции Гриньяра, а также в других реакциях с участием органометаллических реагентов. В связи с его применением в производстве незаконных веществ, он включен в перечень прекурсоров Таблицы II Конвенции Организации Объединенных Наций против незаконного оборота наркотических средств и психотропных веществ, наряду с такими веществами, как ацетон, толуол и серная кислота.

Анестезия

Уильям Т. Г. Мортон участвовал в публичной демонстрации эфирного наркоза 16 октября 1846 года в Эфирном куполе в Бостоне, штат Массачусетс. Мортон назвал свой эфирный препарат, с добавлением ароматических масел для маскировки запаха, "Летеон" в честь реки Лете (Λήθη, что означает "забытье, забвение"). Однако, сейчас известно, что Кроуфорд Уильямсон Лонг продемонстрировал его использование в качестве общего анестетика в хирургии для представителей власти в Джорджии еще 30 марта 1842 года, и Лонг публично демонстрировал использование эфира в качестве хирургического анестетика шесть раз до бостонской демонстрации. Британские врачи были осведомлены об анестезирующих свойствах эфира еще в 1840 году, когда он широко назначался в сочетании с опиумом. Диэтилэфир в значительной степени вытеснил хлороформ в качестве общего анестетика благодаря более благоприятному терапевтическому индексу, то есть большей разнице между эффективной и потенциально токсичной дозами. Диэтилэфир не угнетает миокард, а, напротив, стимулирует симпатическую нервную систему, вызывая гипертензию и тахикардию. Он безопасно используется у пациентов в состоянии шока, поскольку сохраняет барорецепторный рефлекс. Его минимальное влияние на угнетение миокарда и дыхательный центр, а также низкая стоимость и высокий терапевтический индекс обеспечивают его продолжающееся применение в развивающихся странах. Диэтилэфир также можно смешивать с другими анестетиками, такими как хлороформ, для получения смеси C.E., или с хлороформом и спиртом для получения смеси A.C.E. В XXI веке эфир используется редко. Применение легковоспламеняющегося эфира было заменено на невоспламеняющиеся фторированные углеводороды. Галотан стал первым таким анестетиком, а другие современные ингаляционные анестетики, такие как изофлуран, десфлуран и севофлуран, являются галогенированными эфирами. Было установлено, что диэтилэфир вызывает нежелательные побочные эффекты, такие как послеоперационная тошнота и рвота. Современные анестетики уменьшают эти побочные эффекты.

Медицина

Эфир ранее использовался в фармацевтических препаратах. Смесь алкоголя и эфира, состоящая из одной части диэтилового эфира и трех частей этанола, была известна как "Эфирный спирт", Гофмановский анодин или Гофмановские капли. В Соединенных Штатах эта смесь была исключена из Фармакопеи до июня 1917 года, поскольку исследование, опубликованное Уильямом Проктером-младшим в Американском журнале фармации еще в 1852 году, выявило расхождения в составе между разными производителями, между международными фармакопеями и оригинальным рецептом Гофмана. Также эфир применяется для лечения икоты путем инстилляции в носовую полость.

Отдых

Анестезирующее и опьяняющее действие эфира сделало его наркотическим веществом для развлечения. Диэтилэфир в анестетической дозировке является ингалянтом с долгой историей рекреационного использования. Одним из недостатков является высокая воспламеняемость, особенно в сочетании с кислородом. Одним из преимуществ является чётко выраженная граница между терапевтическими и токсическими дозами, что означает, что потеря сознания наступит до достижения опасного уровня растворённого эфира в крови. Обладая сильным, резким запахом, эфир вызывает раздражение слизистой оболочки дыхательных путей и затрудняет дыхание, а при передозировке может спровоцировать слюнотечение, рвоту, кашель или спазмы. При концентрации 3–5% в воздухе анестезирующий эффект может быть медленно достигнут за 15–20 минут вдыхания примерно 15–20 мл эфира, в зависимости от массы тела и физического состояния. Эфир вызывает очень продолжительный этап возбуждения перед потерей сознания. Рекреационное использование эфира также практиковалось на организованных вечеринках в XIX веке, называемых «эфирными забавами», где гостям предлагалось вдыхать терапевтические дозы диэтилэфира или закиси азота, вызывая состояние возбуждения. Лонг, а также его коллеги-стоматологи Гораций Уэллс, Уильям Эдвард Кларк и Уильям Т. Г. Мортон заметили, что во время этих собраний люди часто получали незначительные травмы, но не проявляли реакции на боль и не помнили о случившемся, что демонстрировало анестезирующий эффект эфира. В XIX и начале XX века употребление эфира в качестве напитка было популярно среди польских крестьян. Это традиционное и до сих пор относительно популярное рекреационное вещество среди лемков. Обычно его употребляют в небольшом количестве («кропка», или «точка»), добавляя в стопку с молоком, сахарной водой или апельсиновым соком. Как наркотик, он может вызывать психологическую зависимость, иногда называемую эфероманией.

Метаболизм

Предлагается, что метаболизм диэтилового эфира осуществляется ферментом цитохрома P450. Диэтиловый эфир ингибирует алкогольдегидрогеназу и, таким образом, замедляет метаболизм этанола. Он также ингибирует метаболизм других лекарственных препаратов, требующих окислительного метаболизма. Например, для метаболизма диазепама необходимо окисление в печени, в то время как его окисленный метаболит оксазепам – нет.

Безопасность и стабильность

Диэтилэфир чрезвычайно легковоспламеняем и может образовывать взрывоопасные смеси паров с воздухом. Поскольку эфир тяжелее воздуха, он может скапливаться в низких местах, а его пары способны распространяться на значительные расстояния к источникам воспламенения. Эфир воспламеняется при контакте с открытым пламенем, однако из-за высокой воспламеняемости для воспламенения не требуется открытый огонь. Другими возможными источниками воспламенения являются, помимо прочего, горячие плитки, паропроводы, обогреватели и электрические дуги, возникающие при работе выключателей или розеток. Пары также могут воспламениться от статического электричества, которое может накапливаться при переливании эфира из одного сосуда в другой. Температура самовоспламенения диэтилэфира составляет 160 °C (320 °F). Коэффициент диффузии диэтилэфира в воздухе равен 9,18 × 10−6 м²/с (298 К, 101,325 кПа). Эфир чувствителен к свету и воздуху и склонен к образованию взрывоопасных пероксидов. Пероксиды эфира имеют более высокую температуру кипения, чем эфир, и являются ударно-чувствительными взрывчатыми веществами в сухом состоянии. Коммерческий диэтилэфир обычно содержит следовые количества антиоксиданта бутилированного гидрокситолуола (BHT), который замедляет образование пероксидов. Хранение эфира над гидроксидом натрия способствует осаждению промежуточных гидропероксидов эфира. Воду и пероксиды можно удалить либо путем дистилляции в присутствии натрия и бензофенона, либо путем пропускания через колонку с активированным оксидом алюминия.

История

Соединение могло быть синтезировано либо Джабиром ибн Хайяном в VIII веке, либо Рамоном Луллем в 1275 году. Оно было синтезировано в 1540 году Валериусом Кордусом, который назвал его «сладким маслом витриола» (oleum dulce vitrioli) – название отражает тот факт, что оно получается путем дистилляции смеси этанола и серной кислоты (тогда известной как масло витриола), – и отметил некоторые из его лекарственных свойств. Считалось, что это соединение серы, пока эта идея не была опровергнута примерно в 1800 году. Синтез диэтилового эфира реакцией между этанолом и серной кислотой известен с XIII века.