乙醚(英文名:diethyl ether),又稱二乙醚、依打、乙氧基乙烷,化學式為C?H?OC?H?,是一種重要的有機化合物,有刺激性氣味,味甘且具甜味。乙醚密度為0.714 g/cm3,沸點低,為34.61 ℃(760 mm Hg),微溶于水,溶于乙醇等有機溶劑,是有刺激性氣味的無色透明液體。由于沸點低,因此乙醚極易揮發,揮發的乙醚蒸氣遇到火、高溫、氧化劑等會有燃燒爆炸的危險性,由于乙醚蒸氣比空氣重,所以乙醚著火時火焰是貼著地板的。乙醚的化學性質穩定,但長時間接觸氧氣和光照條件下可自動氧化生成易爆炸的過氧乙醚。乙醚在實驗室和工業上均可以用乙醇與硫酸加熱至130-140℃脫水的方法來制備。乙醚能溶解很多有機化合物和無機化合物,是工業上很好的溶劑;在醫學領域曾作為全身麻醉劑使用,也用作藥物生產的萃取劑;工業上可用于制造無煙火藥、腈綸和塑料等。
發現及利用歷史
早期的煉金術士們很有可能已經合成過乙醚,但相關證據已經丟失。最早的記錄是在1540年,德國植物學家、藥劑師瓦勒里烏斯·科達斯(Valerius Cordus,1515-未知)用乙醇和硫酸共同加熱合成并分離出乙醚,當時的化學家們都清楚地認識到這種“甜蜜的硫酸之油”是一種新的化合物。
但這一偉大發現并沒有引起科學家的重視,過了約三個世紀左右,在1821年,有科學家推導出了乙醚的化學式C?H??O,但是人們仍然沒有探明乙醚的結構以及合成機理,一直到1851年英國化學家亞歷山大·威廉姆遜(Alexander William Williamson,1824-1904)才揭開了乙醇和硫酸反應的機理面紗,他還用碘乙烷與乙醇鉀反應制得了乙醚,這就是所謂的Williamson醚合成反應,從而闡明了醚的結構是R一O一R'。
分子結構
乙醚分子中兩側的兩個碳原子通過氧原子(C-O-C)連接,氧原子的雜化狀態是sp3雜化,這種由一個氧原子通過兩個單鍵連接兩個烴基的官能團被稱為醚鍵。由于乙醚中氧原子sp3雜化有兩對孤對電子,這兩對孤對電子分別在兩個sp3雜化的軌道中,因此乙醚的分子構型是V型,乙醚中的氧原子看起來“被包圍”在分子之中,因此溶于水的時候和水分子的接觸面積小,很難和水分子形成氫鍵,所以乙醚只能微溶于水。雖然乙醚是對稱醚(兩個烴基相同的醚稱為對稱醚,也叫簡單醚),即從化學式上看乙醚分子對稱,但乙醚是極性分子,即電荷在分子中分布不對稱,極化率為8.8x10?2? cm3。其線鍵式和球棍模型如下所示,C-O-C鍵角約為110 °,C-O鍵長約為140 pm,C-O鍵的旋轉能壘的能量很小。
理化性質
物理性質
乙醚是無色透明的流動性液體,自燃點180 ℃,沸點35 ℃,極易揮發、燃燒,乙醚蒸氣與空氣混合可燃燒或劇烈爆炸;與空氣一起通過加熱至100℃的銅&鉑黑粉時生成乙醛和甲醛。乙醚微溶于水,溶于乙醇和苯等多數有機溶劑。乙醚能溶解酯和樹脂等有機化合物,亦能溶解溴、氧化鐵等無機物,因此乙醚是良好的溶劑,也可以利用乙醚在水中溶解度小的性質來萃取溶于水中的有機物。乙醚密度為0.714 g/cm3,熔點為-116.2 ℃,乙醚與水能形成乙醚含量為98.9%的共沸物,共沸點為34.1 ℃。
化學性質
乙醚的化學性質穩定,接近于飽和烴的性質,在常溫下不與稀酸、稀堿、氧化劑和還原劑發生反應,且與金屬鈉不起反應,但由于醚鍵(C-O-C)的存在,它又可以發生一些特有的反應,具體表現為能與強無機酸反應,例如濃的氫碘酸能定量地生成碘乙烷,因此,可用來定量測定化合物中乙氧基的含量。乙醚與無水硝酸或濃硫酸和濃硝酸混合物反應會發生猛烈爆炸,能發生醚鍵的斷裂、能發生過氧化反應和取代反應;乙醚用無水鉻酸、硝酸氧化生成乙酸。
堿性
乙醚分子中的氧原子含有兩對孤對電子對,因此乙醚是一種路易斯堿,有弱堿性,能接受強無機酸中的H?以配位鍵的形式生成類似鹽類的化合物——??(音yáng)鹽,所以乙醚能溶于冷的強酸,反應方程式如下。鹽的形成過程,類似于氨氣和酸形成銨鹽,不過氨的堿性比乙醚強,因此鹽更穩定,而??鹽遇水又會分解為原來的醚,利用這一性質可以從烷烴混合物中分離出乙醚。
同樣由于乙醚是路易斯堿能給出電子對,所以還能和缺電子化合物反應,比如和三氟化硼BF?反應生成乙醚化的三氟化硼(C?H?)?O·BF?,反應方程式如下,它可以替代活潑的三化硼用作烴基化等反應的催化劑,在使用時加熱即可釋放BF?,使用便利而且反應溫和,現在已廣泛應用。
在氯化鎂存在下,乙醚還可以與硫酸的酸酐SO?、磷酸的酸酐P?O?、硝酸的酸酐N?O?等酸酐反應生成,這個反應是可逆反應,在有適當催化劑存在下又可反應生成乙醚。
醚鍵的斷裂
和其他醚類化合物一樣,乙醚在和濃的鹵化氫(如濃溴酸和濃碘酸)或者路易斯酸一起加熱時,乙醚的碳氧鍵可以斷裂,生成一分子醇和一分子鹵代烷,如果氫鹵酸過量,過量的氫鹵酸還能和生成的醇繼續反應生成水和另一分子鹵代,反應方程式如下。
過氧化
乙醚雖然不易被強氧化劑所氧化,但會吸收空氣中的氧氣發生過氧化反應生成有機過氧化物(含有—O—O—鍵),反應方程式如下:
這種過氧乙醚是難揮發的液體,性質不穩定,受熱會分解并發生劇烈爆炸,因此乙醚不應暴露在空氣中,儲存時也要避免光照,或者加入阻氧劑防止過氧化乙醚生成。過氧化乙醚對人體呼吸道還有刺激作用,吸入過多過氧化乙醚還會引起肺炎,出于安全考慮,在使用乙醚時必須檢查乙醚是否含有過氧化物,檢測方法是在溶液中加入碘化鉀的酸溶液并震蕩,如果含有過氧化物就會使碘化鉀被過氧化物氧化而析出碘,碘析出后溶解在乙醚中,使溶液呈現紅棕色。要除去過氧化物一般是用還原劑(如亞硫酸鈉或硫酸亞鐵)將其還原。
取代反應
乙醚能和氯、溴發生α-碳上的氫原子被取代的反應,在冷卻條件下可直接氯化生成一氯、多氯和全氯醚,方程式如下。在光照射下乙醚和氯化氰反應能生成α-乙氧基丙腈。
制備方法
實驗室制備
實驗室制備乙醚是基于兩分子伯醇在酸(如濃硫酸)的催化作用下發生分子間脫水成醚的原理,乙醇和硫酸作用先生成乙基硫酸酯和水,乙基硫酸酯進一步與乙醇反應生成乙醚并重新釋放出硫酸,總反應方程式如下:C?H?OH + H?SO? → C?H?OSO?H + H?O;C?H?OSO?H + C?H?OH → C?H?OC?H? + H?SO?。實驗室制備乙醚主要分為反應、純化和精制三個步驟。實驗室乙醚的制備具有一定的危險性,因此在制備過程中一定要注意安全性和操作的規范性。
工業制備
工業上制備乙醚的主要方法有乙醇硫酸脫水法、乙醇氣相脫水法和乙烯直接水合法副產乙醚,前兩種方法都是基于兩分子乙醇進行分子間脫水得到一分子乙醚的原理,其中乙醇硫酸脫水法從理論上講硫酸并沒有發生化學變化,即作為催化劑;而乙醇氣相脫水法則是乙醇直接脫水生成乙醚,其中催化劑的選擇對乙醚產量的影響很大。
乙醇硫酸脫水法
乙醇硫酸脫水法生產乙醚在1809年首次應用于工業,不斷改進后沿用至今,乙醚生產大多數采用乙醇硫酸脫水法。
如圖所示,乙醇硫酸脫水法主要分為四個步驟。①加料;②反應,反應方程式如下。
③分離洗滌;④精餾。
乙醇氣相脫水法
乙醇氣相脫水法是乙醇在固定床反應器上發生氣相脫水反應制得乙醚,工業上常用氧化鋁作為催化劑,乙醇在氧化鋁上直接發生脫水反應生成產量為75%的乙醚,反應溫度為220 ℃左右,如果溫度升高到300 ℃,則主要產物是乙烯,因此控制反應溫度極其重要。盡管乙醇氣相脫水法比乙醇硫酸脫水法的工藝更簡單,但是副產物乙烯的生成會極大地影響產率。反應方程式如下。
乙烯-硫酸法
此外,如果對乙烯-硫酸水合裝置進行適當調整,用乙醇代替水與水合第一步生成的硫酸乙酯中間體反應,其余各塔操作與乙烯-硫酸水合生產乙醇工藝大致相似,還可使原有的裝置兼產乙醇和乙醚,或者專用于生產乙醚。在整個生產過程中,應該特別注意要抑制過氧乙醚的生成,必要時可加入硫酸亞鐵等還原劑或者1-萘酚等抑制劑。反應方程式如下。
應用領域
乙醚用途廣泛,最開始是作為醫療上的麻醉劑和藥物生產萃取劑在醫藥領域上使用,后來擴展到其它領域,比如乙醚在棉紡工業用作油污潔凈劑,在有機高分子化合物合成中用于制備塑料,在發射藥工業制造無煙火藥等。
醫學領域
乙醚在醫學上主要用作麻醉劑,乙醚作為外科麻醉劑使用歷史悠久,早在1540年,瑞士化學家、醫學家帕拉采爾蘇斯(Paracelsus,全名Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim,1493~1541)就在其著作《事物的自然秩序》一書中指出乙醚蒸氣有麻醉效果,原文是“暴露在足量乙醚蒸氣中的雞會喪失意識、反應遲鈍”。1846年10月16日,美國牙醫莫頓首次用乙醚作為麻醉劑進行了一臺頸部腫瘤切除手術,從此乙醚麻醉開始被廣泛應用于醫學領域。這一發明對人類健康發展和醫學進步具有劃時代的意義。乙醚的麻醉作用不是化學性質的,而是乙醚溶于神經組織脂肪中引起的生理麻醉作用。其優點是效果好,對心、肝等器官的毒性小,但是在后續使用過程中發現乙醚對黏膜有刺激性,并且長期低濃度吸入乙醚會引起紅細胞增多癥,此外乙醚自身的易燃性也使得乙醚使用安全性低,因此現在已經很少使用乙醚做麻醉劑了。
工業領域
乙醚能溶解大部分有機化合物以及溴等無機化合物,因此作為溶劑被廣泛使用,如在工業纖維素塑料(例如乙酸纖維素)的生產工藝中可作為溶劑,此外,它也是工業上制備格利雅試劑的常見溶劑,其實是利用了乙醚中氧的孤對電子與缺電子試劑格利雅試劑形成配位化合物,且這種絡合物能穩定溶于乙醚,從而對格利雅試劑的合成反應起到正向促進的作用。
化學領域
乙醚在化學領域主要用作萃取劑。乙醚在水中的溶解度有限(在25 °C時僅為6.05 g/100 mL),而如前所述,多數的有機化合物易溶于乙醚,所以常常用乙醚從水溶液中提取易溶于乙醚的物質,當與水溶液混合時,乙醚的密度低于水,因此乙醚層在上面。
安全事宜
管制信息
乙醚能制毒,是危險化學品,被收錄于《危險化學安全管理條例》和《易制毒化學品管理條例》中受公安部門管制。
燃爆危險
乙醚沸點和閃點都低,極易揮發,揮發的乙醚蒸氣遇到火、高溫、氧化劑等會有燃燒爆炸的危險性,由于乙醚蒸氣比空氣重,所以乙醚著火時火焰是貼著地板的,且能沿著低處擴散到相當遠的地方,遇火源會著火回燃。乙醚蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物,爆炸上限10%,下限1.25%(體積)。
如果發生乙醚著火,進行滅火前首先做好個人防護,減少皮膚暴露在空氣中以防灼傷。可用干粉、泡沫、二氧化碳(除水以外的滅火器)滅火,滅火時應徹底撲滅,同時用水保持火場容器冷卻,防止二次復燃爆炸,特別要注意撲滅間隙地方隱蔽的火源。
急救措施
乙醚進入眼睛:首先檢查受害者是否佩戴隱形眼鏡,如果存在要及時取出,同時聯系醫院或毒物控制中心,用水或普通鹽水溶液將受害者的眼睛沖洗20至30分鐘;在沒有醫生的具體指示的情況下,請勿將任何藥膏、油或藥物放在受害者的眼中;即使沒有癥狀(例如發紅或刺激),將受害者眼部沖洗后也需要立即將受害者送到往醫院。
乙醚接觸皮膚:立即用水大量沖洗接觸部位,同時脫去接觸衣物;用肥皂和水輕輕清洗所有接觸的皮膚區域;如果出現發紅或刺激等癥狀,請立即聯系醫院并按醫院要求前往醫院接受治療。
吸入乙醚:立即離開含乙醚的區域,去空氣新鮮處深呼吸新鮮空氣,注意休息并保暖;如果出現例如呼吸困難,咳嗽癥狀,請立即送受害者前往醫院接受治療;為了預防吸入乙醚,應該為進入未知環境的救援人員提供適當的呼吸保護,并盡可能使用獨立的呼吸器(SCBA)。
口服乙醚:不要催吐,如果有意識且沒有抽搐,請立即漱口,并喝1到2杯水以稀釋乙醚,然后立即聯系醫院并按醫院要求決定是否前往醫院接受治療;如果出現抽搐現象,不要喂入任何東西,而是確保受害者的氣道開放,并讓受害者的頭部側到一邊使得頭部低于身體,立即將受害者運送到醫院。
乙醚廢料處理
含有乙醚的廢料不要排入下水道,必須符合存儲,運輸,處理和處置廢物中的USEPA法規(USEPA全稱United States Environmental Protection Agency)。可以通過受控焚燒的方式處置乙醚廢料,如果乙醚廢料不包含過氧乙醚,請在引燃火焰附近以受控速率傾倒乙醚廢料即可。如果乙醚廢料含有過氧化物,則將乙醚廢料裝在打孔的容器中,然后在安全距離開放燃燒。
個人防護措施
乙醚車間的最高容許濃度為500 mg/立方米,在進行乙醚相關的操作時,應確保良好的通風條件,操作人員應佩戴有褐色色標的濾毒盒(罐)的防毒面具(半面罩)和化學防濺護目鏡,如果需要接觸乙醚應使用橡膠耐油手套、個人防護服、工作鞋,工作場所應遠離火源,且應備有可用的安全淋浴和眼睛沖洗器具(該器具需遠離火種)。禁止吸煙(尤其進入乙醚車間時),出車間之后應立即換掉變濕的衣服。
貯存注意事項
乙醚屬一級甲類液體,危規編號為61086,使用小口鐵桶包裝,包裝上應用明顯的危險品標志。貯運時應避免劇烈振動、防止撞擊。乙醚遇光分解,因此在實驗室中用棕色瓶貯藏放在低于25 ℃的陰涼處,并加入還原劑如鐵等穩定劑減緩其分解避免其被氧化成爆炸性極強的過氧化物。工業上將乙醚儲存于陰涼、干燥、通風的低溫庫房內,庫溫不宜超過29℃。采用防爆型照明、通風設施,禁止使用易產生火花的機械設備和工具。遠離熱源、火種,包裝嚴密不與空氣接觸并避免陽光直射。乙醚極易自燃,在空氣中因摩擦發生靜電也有自燃的危險,因此要與氧化劑、可燃物分開存放并設置防靜電措施。對大量存放乙醚的倉庫,須設自動噴水裝置及射出二氧化碳裝置,并備有泄漏應急處理設施。儲區應備合適的收容材料。乙醚不宜久儲,以防止變質。
參考資料 >