Διμεθυλαιθέρας

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Διμεθυλαιθέρας
DiMeether.png
Dimethyl-ether-3D-balls.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Μεθοξυμεθάνιο
Άλλες ονομασίες Διμεθυλαιθέρας
Ξυλαιθέρας
Διμεθυλοξείδιο
2-οξαπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C2H6O
Μοριακή μάζα 46,07 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3OCH3
Συντομογραφίες Me2Ο, DME
Αριθμός CAS 115-10-6
SMILES COC
Αριθμός RTECS PM3780000
Αριθμός UN 1033
Δομή
Διπολική ροπή 1,30 D
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 1
Αιθανόλη
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −138,5 °C
Σημείο βρασμού −23,6 °C
Πυκνότητα 1,97 kg/m3 (αέριο)
668 kg/m3 (υγρό)
Διαλυτότητα
στο νερό
71 kg/m3 (20 °C)
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
-41 °C
Σημείο αυτανάφλεξης 235 °C
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg
Εξαιρετικά εύφλεκτος (F+)
Φράσεις κινδύνου R12
Φράσεις ασφαλείας (S2) S9, S16 S33
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

O διμεθυλαιθέρας[1] είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, με χημικό τύπο C2H6O (ίδιο με την ισομερή του αιθανόλη) αν και συχνά αποδίδεται με τον αναλυτικότερο τύπο CH3OCH3, που γράφεται επίσης συντομογραφικά Me2O ή DME, από την αγγλόφωνη ονομασία DiMethylEther. Είναι ο απλούστερος αιθέρας. Στις συνηθισμένες συνθήκες (θερμοκρασία 25 °C, πίεση 1 atm), είναι άχρωμο αέριο που χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη παραγώγων του και ως προωθητικό αερολυμάτων. Όταν καίγεται στον αέρα παράγει (σχετικά) ελάχιστες ποσότητες οξειδίων του αζώτου (NOx) και μονοξειδίου του άνθρακα, αν και η παραγωγή αιθάλης και υδρογονανθράκων είναι σημαντική. Γενικά συμπεριφέρεται ως ένα σχετικά «καθαρό» καύσιμο, όταν καίγεται σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Ονοματολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ονομασία «μεθοξυμεθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC της ένωσης. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «μεθ-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «μεθοξυ-» δηλώνει την παρουσία μιας μεθοξυομάδας (CH3O-) ανά μόριο της ένωσης.

Η ονομασία «2-οξαπροπάνιο» προέρχεται από την «ονοματολογία αντικατάστασης», κατά την οποία η ένωση υποτίθεται ότι είναι προπάνιο, του οποίου το #2 άτομο άνθρακα έχει αντικατασταθεί από οξυγόνο. Η αντικατάσταση αυτή εννοεί ότι αφαιρούνται και δύο (2) άτομα υδρογόνου, σε σχέση με το προπάνιο, γιατί ο άνθρακας είναι τετρασθενής, ενώ το οξυγόνο δισθενές.

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μονάδα σύνθεσης βιοδιμεθυλαιθέρα στο Chemrec's pilot facility
  • Εκτός από τις παρακάτω κλασσικές χημικές μεθόδους έχουν αναπτυχθεί (σε πειραματικό ακόμη επίπεδο) και ορισμένες βιοσύνθεσης διμεθυλαιθέρα.

Αφυδάτωση μεθανόλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο διμεθυλαιθέρας παράγεται συνήθως με διαμοριακή αφυδάτωση μεθανόλης[2]:

\mathrm{2CH_3OH \xrightarrow[140^oC]{\pi.H_2SO_4} CH_3OCH_3 + H_2O}

Περίπου 50.000 τόννοι διμεθυλαιθέρα παράχθηκαν το 1985 στη Δυτική Ευρώπη με αυτήν τη μέθοδο[3]. Η απαιτούμενη μεθανόλη μπορεί να παραχθεί, με τη σειρά της, από υδραέριο, που είναι μίγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα[4]. Θεωρητικά, η μεθανόλη θα μπορούσε επίσης να ληφθεί και από οργανικά απόβλητα ή από βιομάζα. Άλλες πιθανές βελτιώσεις μπορούν τα είναι ένα διπλό καταλυτικό σύστημα που επιτρέπει τη σύνθεση της μεθανόλης και την άμεση διαμοριακή αφυδάτωσή της σε διμεθυλαιθέρα, στην ίδια μονάδα επεξεργασίας, χωρίς δηλαδή ενδιάμεσα να προηγηθεί απομόνωση και καθαρισμός της ενδιάμεσα παραγόμενης μεθανόλης[4][5]. Και οι δυο παραπάνω διεργασίες, δηλαδή η παραγωγή του διμεθυμαιθέρα σε ένα ή και δυο στάδια, είναι εμπορικά διαθέσιμες. Προς το παρόν, πιο διαδεδομένη είναι η διεργασία σε δυο στάδια, γιατί είναι σχετικά απλή και το κόστος εκκίνησής της σχετικά χαμηλό. Η διεργασία σε ένα στάδιο υγρής φάσης είναι υπό ανάπτυξη[4][6].

Μεθυλίωση μεθανολικού άλατος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εναλλακτικά μπορεί να παραχθεί με μεθυλίωση μεθανολικού άλατος (π.χ. CH3ONa) με μεθυλαλογονίδιο, συνήθως μεθυλοϊωδίδιο[7]:

\mathrm{CH_3OH + Na \xrightarrow{-\frac{1}{2}H_2} CH_3ONa \xrightarrow{+CH_3I} CH_3OCH_3 + NaI}

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αυτοξείδωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Υπό την επίδραση φωτός (hv) και ατμοσφαιρικού οξυγόνου σχηματίζει ασταθή και εκρηκτικά υπεροξείδια[8]:

\mathrm{CH_3OCH_3 + O_2 \xrightarrow{hv} CH_3OCH_2O_2H}

Επίδραση οξέων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με τη επίδραση οξέων, κλασσικών ή κατά Lewis, παράγει διάφορα οξώνια, δηλαδή ασταθή και πολύ δραστικά παράγωγα του O+[9]:

\mathrm{CH_3OCH_3 +  H^+ \xrightarrow{} [(CH_3)_2OH]^+}
\mathrm{CH_3OCH_3 + BF_3 \xrightarrow{} [(CH_3)_2O][BF_3] \xrightarrow{+RF}[(CH_3)_2OR] [BF_4]}

Θειικό διμεθύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μια από τις κύριες εφαρμογές του διμεθυλαιθέρα και της δράσης του ως βάσης κατά Lewis είναι η παραγωγή θειικού διμεθυλίου [(CH3)2SO4][3] [10]:

\mathrm{CH_3OCH_3 + SO_3 \xrightarrow{} (CH_3)_2SO_4}

Αιθανικό οξύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μια άλλη από τις κύριες εφαρμογές του διμεθυλαιθέρα και της δράσης του ως βάσης κατά Lewis είναι η παραγωγή αιθανικού οξέος[3]:

\mathrm{CH_3OCH_3 + 2CO + H_2O \xrightarrow{} 2CH_3COOH}

Υδρόλυση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση νερού, σε όξινο περιβάλλον, υδρολύεται προς μεθανόλη[11]:

\mathrm{CH_3OCH_3 + H_2O \xrightarrow{H^+} 2CH_3OH}

Επίδραση υδροϊωδίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με επίδραση ψυχρού υδροϊωδίου (HI) παράγεται μεθανόλη και μεθυλοϊωδίδιο:

\mathrm{CH_3OCH_3 + HI \xrightarrow{} CH_3I + CH_3OH}

2. Με επίδραση θερμού υδροϊωδίου (HI) παράγεται μεθυλοϊωδίδιο και νερό:

\mathrm{CH_3OCH_3 + 2HI \xrightarrow{\triangle} 2CH_3I + H_2O}

Μετάθεση Wittig[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση αλκυλολιθίου (π.χ. μεθυλολιθίου) έχουμε τη μετάθεση Wittig, με την οποία παράγεται αιθανόλη και αλκάνιο (μεθάνιο αν είχε χρησιμοποιηθεί μεθυλολίθιο)[12]:

\mathrm{CH_3OCH_3 + CH_3Li \xrightarrow{-CH_4} CH_3CH_2OLi \xrightarrow{+H_2O} CH_3CH_2OH + LiOH}

Επίδραση καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγεται αιθυλομεθυλαιθέρας[13]:


\mathrm{CH_3OCH_3 + CH_3Cl + KOH \xrightarrow{} CH_3CH_2OCH_3 + KCl + H_2O}

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο διμεθυλαιθέρας έχει πέντε (5) κύριες εφαρμογές:

  1. Ως προωθητικό σε φιάλες αερολυμάτων.
  2. Ως πρώτη ύλη του θειικού διμεθυλίου
  3. Παραγωγή αιθανικού οξέος.
  4. Ως ελαφρά πολικός διαλύτης.
  5. Ως ψυκτικό υγρό, σε ψυγεία και αλλού, μόνο του, ή και συμμετέχοντας σε σχετικά μίγματα.

Σε χημικά εργαστήρια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο διμεθυλαιθέρας είναι ένας διαλύτης χαμηλής θερμοκρασίας, χρήσιμος σε ειδικές εργαστηριακές διεργασίες. Η χρησιμότητά του ως διαλύτη είναι περιορισμένη από το σχετικά μικρό σημείο βρασμού του (−23 °C), αλλά αυτή ακριβώς η ιδιότητα δίνει το πλεονέκτημα ότι μοπρεί να απομακρυθεί εύκολα από μίγματα στα οποία συμμετέχει, όταν δεν χρειάζεται πλέον η παρουσία του. Επίσης ο διμεθυλαιθέρας είναι η πρώτη ύλη για την παραγωγή ενός χρήσιμου αλκυλιωτικού μέσου: του τετραφθοροβορίδιου του τριμεθυλοξώνιου (βλ. δεύτερη αντίδραση §2.2)[14].

Καύσιμο σε κινητήρες εσωτερικής καύσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο διμεθυλαιθέρας είναι ένα υποσχόμενο (καθαρό εναλλακτικό) καύσιμο για ντιζελοκινητήρες[15]. Χρησιμοποιείται σε μίγματα 30% διαιθυλαιθέρα και 70% υγραερίου, σε αεριοστροβίλους, έχοντας υψηλό βαθμό κετένης (55), σε σύγκριση με το ίδιο το ντίζελ (40-53)[16]. Χρειάζεται μια σχετικά ήπια προσαρμογή για τους κινητήρες ντίζελ ώστε να μπορούν να καίνε διμεθυλαιθέρα. Η απλότητα της δομής του και η μικρή ανθρακική αλυσίδα που περιέχει οδηγεί σε πολύ χαμηλές εκπομπές ρύπων όπως τα οξείδια του αζώτου και το μονοξείδιο του άνθρακα. Έτσι ικανοποιεί τις πιο αυστηρές προδιαγραφές της Ευρωπαϊκής Ένωσης, των ΗΠΑ (από το 2010) και της Ιαπωνίας (από το 2009[17]. Επίσης μελετάται η παραγωγή διμεθυλαιθέρα ως βιοκαύσιμο (BioDME), που θα παράγεται από λιγνοκυτταρική βιομάζα[18]. Για την ώρα η Ευρωπαϊκή Ένωση σχεδίασε ότι ο βιοδιμεθυλαιθέρας θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μίγματα βιοκαυσίμων από το 2030. Υπάρχουν εταιρείες που συνεργάζονται με την Ευρωπαϊκή ένωση σε τέτοιου είδους προγράμματα[19][20].

Το 2009 μια ομάδα φοιτητών του πανεπιστημίου «won the Urban Concept/Internal Combustion» από τη Δανία, μετείχε σε ένα άτυπο παγκόσμιο πρωτάθλημα με ένα όχημα που κατανάλωνε καθαρό διμεθυλαιθέρα. Το όχημα διένυε μέση απόσταση (ρεκόρ) 589 χιλιόμετρα για κάθε λίτρο καυσίμου του, με έναν κινητήρα ισοδύναμο με ένα δίχρονο κινητήρα βενζίνης 50 cm3, αλλά χρησιμοποιώντσς τιε αρχές ενός κινητήρα ντίζελ. Το παλαιότερο ρεκόρ ήταν 306 χιλιόμετρα ανά λίτρο καυσίμου, που το είχε πετύχει η ίδια ομάδα το 2007[21]

Ψυκτικό υγρό για ψυγεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο διμεθυλαιθέρας κερδίζει σε αυξανόμενη χρήση ως ένα ψυκτικό υγρό για ψυγεία[22], με χαρακτηριστικό διακριτικό R-E170. Ο διμεθυλαιθέρας χρησιμοποιήθηκε επίσης σε ψυκτικά μίγματα με βουτάνιο ή και με προπάνιο[23].

Θεραπεία μαντραβίτσας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ένα μίγμα από διμεθυλαιθέρα και προπάνιο χρησιμοποιήθηκε σε συσκευή για τη θεραπεία της μαντραβίτσας, με το να την παγώνει (ψυχρός καυτηριασμός)[24][25].

Ψυκτικό σπρέυ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο διμεθυλαιθέρας χρησιμοποιήθηκε ακόμη ως κύριο συστατικό σε ψυκικό σπρέυ, που χρησιμοποιείται για την (πρόσκαιρη) προόκληση χαμηλής θερμοκρασίας σε πεδία δοκιμών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων[26].

Ασφάλεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Είναι λιγότερο επιρρεπής στην αυτοξείδωση, σε σύγκριση με άλλους διαλκυλαιθέρες. Ακόμη είναι σχετικά μη τοξικός. Ωστόσο θέλει ιδιαίτερη προσοχή γιατί είναι πολύ εύφλεκτος.

Aναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.198, §8.3.2.
  3. 3,0 3,1 3,2 Manfred Müller, Ute Hübsch, “Dimethyl Ether” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005. doi:10.1002/14356007.a08_541
  4. 4,0 4,1 4,2 Dimethyl Ether Technology and Markets 07/08-S3 Report, ChemSystems, December 2008.
  5. P.S. Sai Prasad et al., Fuel Processing Technology, 2008, 89, 1281.
  6. Air Products Technology Offerings
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.198, §8.3.1.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.200, §8.5.1.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.200, §8.5.2.
  10. demeon.com, Akzo Nobel DME
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.201, §8.5.3.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.201, §8.5.4.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = CH3OCH2.
  14. T. J. Curphey (1988), "Trimethyloxonium tetrafluoroborate", Org. Synth., http://www.orgsyn.org/orgsyn/orgsyn/prepContent.asp?prep=CV6P1019 ; Coll. Vol. 6: 1019 
  15. nycomb.se, Nycomb Chemicals company
  16. http://www.topsoe.com/site.nsf/all/BBNN-5PNJ3F?OpenDocument topsoe.com
  17. http://www.japantransport.com/conferences/2006/03/dme_detailed_information.pdf, Conference on the Development and Promotion of Environmentally Friendly Heavy Duty Vehicles such as DME Trucks, Washington DC, March 17, 2006
  18. http://www.biodme.eu/
  19. http://www.volvo.com/group/global/en-gb/newsmedia/pressreleases/NewsItemPage.htm?channelId=2184&ItemID=47984&sl=en-gb
  20. http://www.volvo.com/group/global/en-gb/volvo+group/ourvalues/environment/renewable_fuels/biodme/biodme.htm
  21. The Danish Ecocar Team - List of achievements
  22. http://web.archive.org/web/20110511131425/http://www.mecanica.pub.ro/frigo-eco/R404A_DME.pdf 101110
  23. http://www.ashrae.org/technology/page/1933#et ASHRAE list of refrigerants
  24. «A Pharmacist's Guide to OTC Therapy: OTC Treatments for Warts». July 2006. http://www.pharmacytimes.com/issue/pharmacy/2006/2006-07/2006-07-5674. 
  25. http://web.archive.org/web/20081217044420/http://www.fda.gov/cdrh/pdf3/K030838.pdf
  26. http://web.archive.org/web/20130712060311/http://www.electrolube.com/products/msds/044FRE.pdf

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Dimethyl ether της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).