甲醇

甲醇分子式。原图链接

甲醇分子结构示意图。原图链接

甲醇，（英语：Methanol，或Methyl alcohol；分子式：CH3OH或MeOH）又称羟基甲烷、木醇（wood alcohol）与木精（wood spirits），是一种有机化合物，为最简单的醇类。由与羟基连接的甲基组成。它是一种轻质，易挥发，无色，易燃的液体，具有与乙醇（饮用酒精）相似的独特气味。然而，甲醇的毒性比乙醇高得多。

目录

发生

甲醇化学式为CH3OH（与羟基连接的甲基，通常缩写为 MeOH）。极性溶剂甲醇之所以得名，是因为它曾经主要是通过木材的破坏性蒸馏而生产的。 正常健康的人体内存在少量甲醇。一项研究发现测试对象的呼出气中的平均值为4.5 ppm。人类平均内源性甲醇为0.45g/d可能是由水果中的果胶代谢而来的；一公斤苹果最多可产生1.4克甲醇。甲醇是由厌氧菌细菌和浮游植物产生的。如今，甲醇主要是通过一氧化碳的加氢工业生产的。它的年产量超过2000万吨，用作其他商品化学品的前体，包括甲醛，乙酸，甲基叔丁基醚以及许多其他专用化学品。

星际介质

在形成恒星的空间区域中也大量发现了甲醇，在天文学中将其用作此类区域的标记。 通过其光谱发射线对其进行检测。2006年，在Jodrell Bank天文台使用MERLIN射电望远镜阵列的天文学家在太空中发现了一块巨大的甲醇云，其覆盖了2880亿英里（4630亿公里）。2016年，天文学家使用ALMA射电望远镜在年轻恒星TW Hydrae的行星形成盘中检测到甲醇。

毒性

甲醇对人类的急性毒性低，但很危险，因为它偶尔会与乙醇一起大量摄入。 低至10 mL（0.34 US fl oz）的纯甲醇可通过破坏视神经而引起永久性失明。30 mL（1.0 US fl oz）可能致命。致死剂量的中位数为100 mL（3.4 US fl oz），即纯甲醇每千克体重1-2 mL。甲醇的参考剂量为每天0.5 mg / kg。摄入后数小时开始产生毒性作用，解毒剂通常可以防止永久性损害。由于其外观和气味与乙醇 （饮料中的酒精）相似，因此很难区分两者；变性酒精，掺假酒或质量很差的酒精饮料也是如此。但是，存在耐甲醇的案例，例如麦克•马洛伊（Mike Malloy）的案例，他是1930年代初甲醇谋杀未遂的受害者。

甲醇有两种毒性。首先，甲醇可能由于对中枢神经系统的影响而致命，与乙醇中毒一样，起中枢神经系统抑制剂的作用。 第二，在中毒过程中，它是由肝脏中的 乙醇脱氢酶引发的过程，通过甲醛 代谢成甲酸 （以甲酸盐离子形式存在）。甲醇通过乙醇脱氢酶（ADH）转化为甲醛，甲醛通过醛脱氢酶 （ALDH）转化为甲酸（甲酸酯）。通过ALDH完全转化为甲酸，没有残留可检测到的甲醛。甲酸盐具有毒性，因为它抑制线粒体细胞色素C氧化酶 ，从而在细胞水平上引起缺氧 ，并在多种其他代谢紊乱中引起代谢性酸中毒。

甲醇中毒的爆发主要是由于饮酒的污染。 这在发展中国家更为普遍。2013年，美国仍然发生了1700多起案件。 受影响的人通常是成年男子。早期治疗的结局可能很好。早在1856年就描述了对甲醇的毒性。由于其毒性，甲醇经常被用作工业用乙醇的变性添加剂。在美国和其他一些国家，这种甲醇的添加可免除工业乙醇（俗称“ 变性酒精 ”或“甲基化酒精 ”）的酒类消费税 。

伤害

甲醇是一种有机化合物，挥发度高、溶液无色而易燃，挥发度相当高，沸点亦只为65°C。甲醇的气味于乙醇——或者说饮用酒精非常相似，不过对人类而言，甲醇其实是一种剧毒。甲醇通常被用作溶剂，用以制成不同产品，例如各种的清洁剂，以及塑胶、油漆等。然而，甲醇是不可用于人体上，不论是饮用，还是涂抹于身体上。4毫升的剂量就足以出现中毒迹象，误饮10毫升或以上，就会对视觉神经造成永久破坏，因而导致失明；而30毫升的甲醇就足以致命。最可怕之处是，甲醇可经皮肤进入人体，因此即使并非误饮，只是接触到大量甲醇，都有机会导致中毒。因此在处理含甲醇的产品时都需额外小心。 甲醇中毒的征状包括：

• 心跳加速
• 腹痛
• 上吐下泻
• 四肢乏力
• 神智不清

应用

甲醛，乙酸，甲基叔丁基醚

甲醇主要转化为甲醛 ，广泛用于许多领域，尤其是聚合物。 转化需要氧化：
2CH3缩小文字OH + O2 →2CH2O + 2H2O
乙酸可由甲醇制得。
合并甲醇和异丁烯 ，得到甲基叔丁基醚 （MTBE）。 MTBE是汽油的主要辛烷值促进剂。

甲醇制碳氢化合物，烯烃，汽油

甲醇的缩合以生产碳氢化合物，甚至是芳香族系统，是与气液相关的几种技术的基础。这些包括甲醇制烃（MTH），甲醇制汽油（MTG），甲醇制烯烃（MTO）和甲醇制丙烯（MTP）。 这些转化被沸石作为多相催化剂催化。MTG工艺曾经在新西兰的Motunui进行了商业化。

汽油添加剂

欧洲燃料质量指令允许燃料生产商将最多3％的甲醇和等量的助溶剂与在欧洲销售的汽油混合。 中国每年使用超过45亿公升的甲醇作为传统燃料的低含量混合燃料和专为甲醇燃料设计的高含量混合燃料的运输燃料。

其他化学品

甲醇是大多数简单甲胺，甲基卤化物和甲基醚的前体。甲酯是由甲醇生产的，包括脂肪的酯交换反应和通过酯交换反应生产生物柴油。

生态位和潜在用途

能量载体

甲醇是一种有前途的能源载体，因为作为液体，它比氢和天然气更容易储存。 然而，它的能量密度很低，反映了它代表部分燃烧的 甲烷的事实。 它的能量密度为15.6 MJ / L ，而乙醇为24，汽油为33 MJ / L。甲醇的其他优点是其易于生物降解和低毒性。 它在有氧（有氧）或厌氧（无氧）环境中均不持久。 地下水中甲醇的半衰期仅为1到7天，而许多常见的汽油成分在数百天内具有半衰期（例如苯在10-730天）。 由于甲醇可与水混溶且可生物降解，因此不太可能在地下水，地表水，空气或土壤中积聚。

车用燃料

甲醇有时用于为内燃机供油。 它燃烧生成二氧化碳和水：

2CH3OH + 3O2 →2CO2 + 4H2O 燃料中甲醇浓度高的一个问题是醇会腐蚀某些金属，特别是铝 。 已经提出了甲醇燃料用于地面运输。 甲醇经济型的主要优势在于，它可以适应汽油内燃发动机，而对发动机以及输送和存储液体燃料的基础设施的改动最少。 但是其能量密度仅为汽油的一半，这意味著将需要两倍于甲醇的能量。

其他应用程序

甲醇是乙醇的传统变性剂，该产品被称为“ 变性酒精 ”或“甲基化酒精 ”。 这在禁酒令期间通常被用来阻止食用盗版酒，最终导致多人死亡。甲醇在管道和挡风玻璃清洗液中用作溶剂和防冻剂 。1900年代初期，甲醇被用作汽车冷却液的防冻剂。自2018年5月起，由于其人类食用的危险，欧盟已禁止在车窗玻璃清洗或除霜中使用甲醇。在一些废水处理厂中 ，向废水中添加少量的甲醇以提供反硝化细菌的碳食物来源，该细菌将硝酸盐转化为氮气并减少敏感含水层的硝化。在聚丙烯酰胺凝胶电泳中，甲醇被用作脱色剂。

直接甲醇燃料电池在低温，大气压下运行方面具有独特性，这使其可以大大地小型化。再加上相对容易，安全的甲醇存储和处理，可能会打开以燃料电池为动力的消费电子产品（例如笔记型电脑和行动电话）的可能性。

甲醇也是野营和划船炉灶中广泛使用的燃料。甲醇在无压力的燃烧器中燃烧良好，因此酒精炉通常非常简单，有时只不过是用来盛装燃料的杯子。这种复杂性的缺乏使他们成为在旷野度过长时间的徒步旅行者的最爱。类似地，与“ Sterno ”品牌一样，酒精可以被凝胶化以减少泄漏或溢出的风险。

甲醇与水混合，然后注入高性能柴油和汽油发动机中，以增加功率并降低进气温度，这一过程称为水甲醇注入 。

甲醇是一种轻质，易挥发，无色，易燃的液体。原图链接

生产

来自合成气

一氧化碳和氢气在催化剂上反应生成甲醇。 今天，使用最广泛的催化剂是负载在氧化铝上的铜和氧化锌的混合物， ICI于1966年首次使用它。在5-10 MPa（50-100 atm）和250°C（482°F）的温度下，反应的特点是高选择性（> 99.8％）：
CO + 2H2 →CH3OH
由甲烷产生的合成气每摩尔一氧化碳产生三摩尔氢，而该合成每摩尔一氧化碳仅消耗两摩尔氢气。 处理过量氢的一种方法是将二氧化碳注入甲醇合成反应器中，在该反应器中二氧化碳也根据以下方程式反应生成甲醇：
CO2 + 3H2 →CH3OH + H2O
就机理而言，该过程是通过将CO最初转化为CO2进行的 ，然后将其氢化：
CO2 + 3H2 →CH3OH + H2O
H2 O副产物通过水煤气变换反应进行再循环
CO + H2O→CO2 + H2，
这给出了总体反应，与上面列出的相同。
CO + 2H2 →CH3OH

生物合成

甲烷到甲醇的催化转化受包括甲烷单加氧酶在内的酶的影响 。 这些酶是混合功能加氧酶，即氧合与水的产生和NAD + 。 CH4 + O2 + NADPH + H + →CH3OH + H2O + NAD +

Fe铁和Cu依赖性酶均已表征。已经进行了激烈但基本上没有成果的努力来模仿这种反应性。甲醇比原料甲烷更容易被氧化，因此反应往往不是选择性的。 存在一些避免该问题的策略。例子包括Shilov系统以及含铁和铜的沸石。这些系统不一定模拟金属酶所采用的机制，而是从中汲取了一些灵感。活性位点可以与酶中已知的位点大不相同。例如，在sMMO酶中提出了双核活性位点，而在Fe沸石中提出了单核铁（α-氧）。

安全

甲醇是高度易燃的。它的蒸气比空气重，可以传播和点燃。 甲醇燃烧应使用干燥的化学药品，二氧化碳，水雾或耐酒精的泡沫灭火。

质量规格和分析

甲醇可以各种纯度等级商购获得。市售甲醇通常根据ASTM纯度等级A和AA进行分类。 用于化学用途的甲醇通常相当于AA级。 除水外，典型的杂质还包括丙酮和乙醇（很难通过蒸馏分离）。紫外可见光谱是检测芳族杂质的便捷方法。 含水量可以通过卡尔•费休滴定法测定 。

历史

在他们的防腐过程中， 古埃及人使用了包括甲醇的多种物质的混合物，这些物质是从木材的热解中获得的。 然而，纯甲醇于1661年由罗伯特•博伊尔 （ Robert Boyle ）首次通过蒸馏黄杨木（黄杨）而分离出。 后来被称为“乙氧基精神”。

法国最先确立元素祖成

• 1834年，法国化学家让•巴蒂斯特•杜马斯（Jean-Baptiste Dumas）和尤金•佩利格（Eugene Peligot）确定了其元素组成。他们还将“甲基苯”一词引入有机化学，由希腊语 methy =“酒精液体” + hȳlē =“森林，木材，木材，材料”形成。“亚甲基”指的是“自由基” ，其氢含量约为14％（重量），并含有一个碳原子。这将是CH2，但当时认为碳的原子量仅是氢的六倍，因此他们给出了化学式CH。然后，他们称木材酒精（l'esprit de bois）为“二水合物甲醚”（二水合物，因为他们认为分子式为C4H8O4 =（CH）4（H2O）2）。术语“甲基”是在约1840年通过“亚甲基”的反式衍生而来，然后用于描述“甲醇”。

• 1892年，国际化学命名会议将其简称为“甲醇”。后缀 -yl在有机化学中形成碳原子团的名称，取自甲基 。

美国将合成气转化为甲醇

• 1923年，德国化学家Alwin Mittasch和Mathias Pier在Badische-Anilin＆Soda-Fabrik （BASF）工作，开发了一种将合成气（一氧化碳，二氧化碳和氢气的混合物）转化为甲醇的方法。美国专利1,569,775（US 1569775）于1924年9月4日申请，并于1926年1月12日发布； 该工艺使用了条件极为苛刻的铬和锰氧化物催化剂 ：压力范围为50至220 atm，最高温度为450°C。通过使用能够在较低压力下运行的催化剂（通常为铜），现代甲醇生产变得更加高效。ICI在1960年代后期开发了现代低压甲醇（LPM）工艺US 3326956 拥有很长一段时间的技术专利。在第二次世界大战期间 ，甲醇在德国的几种军用火箭设计中被用作燃料，名称为M-Stoff，与肼 的比例约为50/50，称为C-Stoff 。

汽车柔性燃料

• 1970年代的石油危机中，甲醇作为汽车燃料受到了关注。 到1990年代中期，在美国推出了超过20,000种能够在甲醇或汽油上运行的甲醇“ 柔性燃料汽车 ”。此外，在1980年代和1990年代初期在欧洲销售的汽油燃料中掺入的甲醇含量低。汽车制造商在1990年代末停止制造甲醇FFV，将注意力转移到了以乙醇为燃料的汽车上。 尽管甲醇FFV计划取得了技术上的成功，但在1990年代中期至后期的汽油泵价格暴跌期间，甲醇价格的上涨使对甲醇燃料的兴趣减少了。1970年代初期，美孚开发了一种由甲醇生产汽油燃料的方法。

• 1960年代和1980年代之间，甲醇成为原料化学品乙酸和乙酸酐的前身。这些工艺包括孟山都乙酸合成，Cativa工艺和田纳西伊士曼乙酸酐工艺 。

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民众防疫当前，还是要审慎判断消息真伪，才不会赔上自己的健康。 伊朗民间谣传喝酒可以治疗武汉肺炎(新冠肺炎)，不少人误饮假酒甲醇中毒，已有300多人送命，还有1千多人身体不适，一名年仅5岁的小男童，也因为喝到假酒，双眼失明，医护人员沉痛呼吁大众，别再听信谣言，毒害身体。男童家人误信坊间偏方，让男童喝酒防疫，没想到却喝到掺了甲醇的假酒，中毒双眼丧失视力，在医院插管治疗，主治医师警告民众假酒会致命。由于伊朗境内，穆斯林占了多数，根据教义不得喝酒，导致伊朗境内假酒猖獗，有些业者在酒中混入甲醇，再添加少量漂白剂掩盖色素，当作可以饮用的酒出售，民众喝下以后，会出现胸痛、恶心等症状，严重时甚至会昏迷或死亡。除了伊朗，土耳其先前也传出民众误饮假酒，集体中毒的事件，至少30人因此死亡。

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