Бутиловый спирт: формула, получение, применение

Бутиловый спирт - органическое соединение с уникальными свойствами, широко используемое в промышленности и науке. Давайте подробнее разберемся в его формуле, способах получения и областях применения.

Общая информация о бутиловом спирте

Бутиловый спирт - это представитель одноатомных спиртов с формулой C₄H₉OH. Он представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом.

Существует несколько изомеров бутилового спирта, которые различаются строением молекулы: н-бутиловый, изобутиловый, вторичный и третичный бутиловые спирты. Они обладают близкими физическими свойствами, но несколько отличаются по растворимости в воде и других растворителях.

По степени воздействия на организм бутиловый спирт относится к умеренно опасным веществам. Его пары оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и могут вызвать отравление при вдыхании. Поэтому при работе с бутиловым спиртом необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

Получение бутилового спирта

Впервые бутиловый спирт был получен в 1870 году русским химиком Александром Михайловичем Зайцевым.

Начиная с 1910 года стал применяться бактериальный метод получения бутилового спирта с использованием бактерии Clostridium acetobutylicum. В качестве сырья могут использоваться возобновляемые природные источники: сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница.

В дальнейшем благодаря развитию нефтехимической отрасли основным сырьем для производства бутилового спирта стали нефть и природный газ. На сегодняшний день существует несколько эффективных методов очистки и выделения бутилового спирта:

• Ректификация
• Экстракция
• Кристаллизация

Они позволяют получать бутиловый спирт высокой степени чистоты по доступной цене.

Химические реакции бутилового спирта

Благодаря наличию гидроксильной группы в молекуле, бутиловый спирт способен вступать в реакции с неорганическими и органическими веществами. Рассмотрим некоторые из них.

Под действием окислителей, таких как калий перманганат или дихромат калия, бутиловый спирт окисляется до бутилового альдегида или бутиловой кислоты.

Также возможно образование сложных эфиров уксусной или муравьиной кислоты. Эти реакции широко используются в органическом синтезе для получения ценных продуктов на основе бутилового спирта.

Реакции этерификации

Помимо реакций окисления, бутиловый спирт может вступать в реакции этерификации с образованием простых и сложных эфиров. Например, при взаимодействии с уксусной кислотой образуется бутилацетат.

Бутилацетат широко используется в лакокрасочной промышленности в качестве растворителя. Также он применяется для синтеза фруктовых эссенций в пищевой промышленности.

Применение в органическом синтезе

Благодаря наличию первичной гидроксильной группы, бутиловый спирт является ценным исходным реагентом для органического синтеза различных соединений.

В частности, на его основе производят такие важные химические вещества как бутиленгликоль и полибутиленгликоль. Последний широко используется в качестве компонента смазочных материалов и жидкостей в гидравлических системах.

Применение бутилового спирта в топливной промышленности

Одно из перспективных направлений использования бутилового спирта - это его применение в качестве компонента моторного топлива. По своим энергетическим характеристикам бутиловый спирт превосходит бензин и этанол.

Применение бутилового спирта в медицине

Благодаря обладанию антисептическими свойствами, бутиловый спирт находит применение для изготовления дезинфицирующих средств в медицинской промышленности.

Также он может входить в состав некоторых лекарственных препаратов в качестве растворителя или вспомогательного вещества. К примеру, раствор йода для наружного применения часто готовят на основе бутилового спирта.

Применение бутилового спирта в парфюмерной промышленности

Благодаря обладанию приятным фруктовым запахом, бутиловый спирт и продукты его переработки активно используются парфюмерно-косметическими компаниями.

В частности, сложные эфиры бутилового спирта с уксусной и масляной кислотами обладают фруктовыми нотами, которые ценятся парфюмерами. Их добавляют в состав духов и туалетной воды.

Перспективы создания биоразлагаемой пластмассы на основе бутилового спирта

В настоящее время ведутся исследования по созданию биоразлагаемого полимерного материала на основе бутилового спирта и янтарной кислоты.

Данный биопластик будет разлагаться на безопасные для окружающей среды вещества под действием микроорганизмов. Это позволит решить проблему загрязнения планеты неразлагаемым пластиком.

Переработка отходов деревообработки в бутиловый спирт

Помимо традиционного нефтехимического сырья, в последние годы активно изучается возможность получения бутилового спирта из возобновляемых источников, в частности, из отходов деревообработки.

Древесные опилки и щепа могут подвергаться ферментации с помощью специальных бактерий или химической обработке для выделения целлюлозы, которая затем будет перерабатываться в бутиловый спирт.

Перспективы снижения стоимости производства бутилового спирта

На данный момент существующие способы получения бутилового спирта достаточно затратны. Поэтому ведутся работы по подбору более дешевого сырья и оптимизации технологических процессов.

Это позволит снизить себестоимость производства и сделать применение бутилового спирта еще более экономически выгодным в различных отраслях промышленности.

Использование бутилового спирта для производства биотоплива

Помимо применения в качестве добавки к традиционному бензину и дизельному топливу, бутиловый спирт рассматривается как одно из перспективных сырьевых веществ для производства биотоплива.

В частности, при взаимодействии бутилового спирта с водородом можно получить бутиловый спирт водородной очистки (hydrogenated butanol) – экологически чистое топливо для дизельных двигателей.

Применение бутилового спирта в производстве полимеров и пластмасс

Производные бутилового спирта, такие как бутилакрилат и бутилметакрилат, широко используются в качестве мономеров для получения полимеров и пластмасс.

На их основе производят, например, многослойные пленочные покрытия, обладающие высокой адгезией, а также твердые прозрачные пластики для органического стекла.

Переработка глицерина в бутиловый спирт

Одним из перспективных источников для получения бутилового спирта является глицерин – побочный продукт производства биодизеля.

С помощью катализаторов на основе меди глицерин можно превратить в смесь спиртов, в том числе бутилового. Это позволит перерабатывать отходы производства биотоплива в ценные химические продукты.

Проблемы утилизации отработанного бутилового спирта

Несмотря на экологичность самого вещества, существует проблема утилизации отработанных растворов бутилового спирта, используемых в промышленных процессах.

Для ее решения разрабатываются специальные биологические методы очистки сточных вод с применением активного ила или иммобилизованных ферментов, позволяющие разложить остатки бутилового спирта.