Формула метилтретбутиловый эфир: Метил-трет-бутиловый эфир — ГК Аналитика

Содержание

• 1 Физические свойства
• 2 Производство
• 3 Применение
• 4 Подготовка сырья МТБЭ
• 5 Литература
• 6 Ссылки

Метиловый третичный -бутиловый эфир (МТБЭ) представляет собой химическое соединение с молекулярной формулой C ₅ H ₁₂ O. МТБЭ представляет собой летучую, легковоспламеняющуюся и бесцветную жидкость, не смешивающуюся, но достаточно растворимую в воде. МТБЭ имеет мятный запах, отдаленно напоминающий запах диэтилового эфира, что приводит к неприятному вкусу и запаху воды. МТБЭ является добавкой к бензину, используемой в качестве оксигената и для повышения октанового числа, хотя его использование в Соединенных Штатах сократилось из-за проблем, связанных с окружающей средой и здоровьем. Было обнаружено, что он легко загрязняет большие количества грунтовых вод, когда бензин с МТБЭ проливается или вытекает на заправочных станциях. МТБЭ также используется в органической химии как относительно недорогой растворитель со свойствами, сравнимыми с диэтиловым эфиром, но с более высокой температурой кипения и меньшей растворимостью в воде. Он также используется в медицине для растворения камней в желчном пузыре.

Дополнительные рекомендуемые знания

Производство

МТБЭ производится путем химической реакции метанола и изобутилена. Метанол получают из природного газа, а изобутилен получают из сырой нефти или природного газа, поэтому МТБЭ, используемый в автомобильном бензине, является ископаемым топливом. В США его производили в очень больших количествах (более 200 000 баррелей в сутки в США в 1999), когда он широко использовался там в качестве присадки к топливу. Из-за широкомасштабных выбросов бензина, содержащего МТБЭ, из подземных резервуаров для хранения по всей территории США, различные юрисдикции запретили использование МТБЭ, и производство было сокращено. Загрязнение водоносных горизонтов питьевой воды МТБЭ вызывает серьезную озабоченность во многих штатах (наиболее известные случаи — озеро Тахо и Санта-Моника). К концу 2006 года большинство американских розничных продавцов бензина прекратили использование МТБЭ в качестве оксигената, и, соответственно, производство в США сократилось. Аналогичным образом, в Западной Европе наблюдается отсутствие роста или даже снижение производства МТБЭ. Это не из-за экологических причин; напротив, это связано с тем, что альтернативный эфир, полученный из этанола, ETBE, получил более благоприятный налоговый режим. Тем не менее, в других частях мира, на долю которых приходится около половины производства 2004 г., использование МТБЭ будет продолжаться и даже расти. ^[1]

Физические свойства

МТБЭ образует азеотропы с водой (52,6 °C) и метанолом (51,3 °C).

Использование

МТБЭ почти исключительно используется в качестве топливного компонента автомобильного бензина. Это один из группы химических веществ, широко известных как оксигенаты, потому что они повышают содержание кислорода в бензине.

В качестве антидетонатора

В США он используется в бензине в небольших количествах с 1979 года для замены тетраэтилсвинца с целью повышения его октанового числа и предотвращения детонации двигателя. Кислород способствует более полному сгоранию бензина, снижая выбросы выхлопных газов по сравнению с моделью до 19.84 автомобиля. В более современных автомобилях сокращение выбросов незначительно. С одной стороны, кислород разбавляет или вытесняет компоненты бензина, такие как ароматические соединения (например, бензол) и серу. В другом кислород оптимизирует окисление во время сгорания. Большинство нефтепереработчиков предпочли использовать МТБЭ другим оксигенатам в первую очередь из-за его характеристик смешивания и по экономическим причинам. Он производится из природного газа, который дешевле нефти.

С 1992 года МТБЭ используется в более высоких концентрациях в некоторых видах бензина для выполнения требований по содержанию кислорода, установленных Конгрессом США в поправках к Закону о чистом воздухе; однако с 1999, в Калифорнии и других местах МТБЭ начали выводить из употребления из-за загрязнения грунтовых вод (California Air Resources Board, 2004). Благодаря своей более высокой растворимости в воде МТБЭ перемещается быстрее, чем другие компоненты топлива (California Air Resources Board, 2004). Закон об энергетической политике 2005 г. снижает федеральные требования к содержанию кислорода в реформулированном бензине ^[2] .

В 1995 г. высокие уровни МТБЭ были неожиданно обнаружены в колодцах Санта-Моники, Калифорния, и Геологическая служба США сообщила об обнаружении. ^[3] Последующие данные США указывают на наличие десятков тысяч загрязненных участков в колодцах по всей стране. Только по токсичности МТБЭ не классифицируется как опасный для окружающей среды. Агентство по охране окружающей среды еще не установило максимальный уровень загрязнения МТБЭ в питьевой воде. Проблема утечки частично связана с отсутствием эффективных правил для подземных резервуаров для хранения, но утечка из-за переполнения остается важным сценарием нарушения. Как ингредиент неэтилированного бензина МТБЭ является наиболее растворимой частью. При растворении в подземных водах МТБЭ возглавит шлейф загрязняющих веществ, а за ним последуют остальные компоненты, такие как бензол, толуол и т. д. Таким образом, обнаружение МТБЭ в общественных колодцах с подземными водами указывает на то, что источником загрязнения был выброс бензина. Некоторые утверждают, что его критика и последующее сокращение использования являются скорее результатом его легкого обнаружения (вкуса) в чрезвычайно низких концентрациях (ppb), чем его токсичности, поскольку бензол гораздо более токсичен, но остается добавкой к топливу. Концентрации МТБЭ, используемые в ЕС (обычно 1,0–1,6 %), и разрешенные (максимум 5 %) в Европе ниже, чем в Калифорнии. ^[4]

Альтернативы

Другие соединения доступны в качестве оксигенирующих добавок к бензину, например, этанол и родственные эфиры, т.е. трет-амилметиловый эфир (ТАМЭ). Причины использования МТБЭ включают экономические соображения, поскольку часть продукции получается путем добавления метанола к изобутилену, полученному в качестве побочного продукта других процессов. Однако большинство предприятий по производству МТБЭ должны производить метанол и изобутилен, необходимые для производства МТБЭ.

Этанол рекламируется как безопасная альтернатива сельскохозяйственными группами в США и Европе. Его отсутствие токсичности не отличается от МТБЭ, но как полярный растворитель он удаляет неполярные углеводороды из бензина, чего МТБЭ не вызывает. Летучие углеводороды из бензина являются известными (и сильными) канцерогенами и основной причиной фотохимического смога. Субсидии ЕС для сельского хозяйства привели к избыточному предложению вина, а излишки некачественного вина перерабатываются в этанол в качестве топлива в Европе. Это порождает политические мотивы для поддержки этанола вместо МТБЭ. Однако политическая стабильность поставок является основным преимуществом для этанола и других видов биотоплива.

Сторонники обеих сторон дебатов в Соединенных Штатах иногда заявляют, что производители бензина были вынуждены добавлять МТБЭ в бензин по закону. Возможно, правильнее было бы сказать, что их к этому вынудили, хотя закону соответствовал бы любой оксигенат.

В 2003 году Калифорния стала первым штатом, начавшим замену МТБЭ этанолом. Вскоре после этого начали меняться несколько других штатов.

Бензин более высокого качества также является альтернативой, т. е. таким образом, что добавки, такие как МТБЭ, не нужны. Используется сам изооктан. Установки МТБЭ могут быть модернизированы для производства изооктана из изобутилена. ^{[5] , [6]} Изооктан — идеальный бензин, являющийся эталоном октанового числа.

В долгосрочной перспективе дизельное топливо также является альтернативой, хотя и требует серьезного перехода на автомобили с дизельным двигателем. Существует несколько разновидностей биодизеля; Доступны как кислородсодержащие сложные эфиры, так и бескислородные алкилбиодизельные топлива.

В качестве растворителя

Как растворитель, МТБЭ обладает одним явным преимуществом перед большинством эфиров — он имеет гораздо меньшую склонность к образованию взрывоопасных органических пероксидов. Открытые бутылки с диэтиловым эфиром или ТГФ могут создать опасный уровень этих пероксидов в течение нескольких месяцев, в то время как образцы МТБЭ обычно безопасны в течение многих лет (но их все равно следует периодически проверять). По этой причине (а также из-за его более высокой температуры кипения) он широко используется в качестве растворителя в промышленности, где из соображений безопасности и правил работа с диэтиловым эфиром, ТГФ или другими эфирами намного сложнее и дороже. Однако, несмотря на популярность МТБЭ в промышленных условиях, он редко используется в качестве растворителя в научных кругах. Объемы исследований намного меньше, что приводит к снижению рисков, связанных с другими эфирами, и, кроме того, использование МТБЭ в качестве растворителя очень редко встречается в литературных синтетических процедурах.

В качестве химического реагента

Будучи эфиром, МТБЭ является основанием Льюиса. Однако, в отличие от других эфиров, таких как диэтиловый эфир или ТГФ, он недостаточно хорошо координируется с магнием, чтобы его можно было использовать для изготовления реактивов Гриньяра. Трет-бутильная группа легко отщепляется в сильнокислых условиях (с образованием умеренно стабильного карбокатиона), особенно при нагревании (теряется изобутилен), что может ограничивать использование МТБЭ в качестве растворителя.

Стойкость и распространенность в окружающей среде

МТБЭ часто попадает в водоносные горизонты из-за протечек из подземных резервуаров-хранилищ (ПХН) на автозаправочных станциях. Хотя сейчас UST построены гораздо лучше, чем в 1980-х годах, случайные выбросы все еще имеют место из-за очень большого количества UST. Высокая растворимость и стойкость МТБЭ заставляют его перемещаться быстрее и дальше, чем многие другие компоненты бензина, при попадании в водоносный горизонт. Он также выделяется всякий раз, когда бензин с МТБЭ проливается на землю. Поскольку он настолько растворим в воде, он легко проникает в почву, загрязняя как поверхностные, так и подземные воды. ^[7]

МТБЭ широко распространен в водоносных горизонтах Северной Америки, где было получено большинство данных о химическом составе подземных вод. В качестве одного из региональных примеров региональный совет по контролю качества воды в районе залива Сан-Франциско указал, что МТБЭ является одним из наиболее распространенных загрязнителей подземных вод в этом крупном мегаполисе США. ^[8]

МТБЭ биоразлагается до CO2 и воды в аэробных условиях с помощью соответствующих бактерий. Однако естественная встречаемость этих бактерий, способных разрывать эфирные связи, невелика, и оказывается, что большинство штаммов бактерий, окисляющих МТБЭ, являются медленно растущими бактериями с низкой продукцией биомассы на единицу окисленного МТБЭ. В биореакторе надлежащего типа, таком как биореактор с псевдоожиженным слоем, МТБЭ можно быстро и экономично удалить из воды до неопределяемых уровней.

Риски для здоровья

IARC, агентство по исследованию рака Всемирной организации здравоохранения, утверждает, что МТБЭ не классифицируется как канцероген для человека. Однако воздействие больших доз МТБЭ сопряжено со значительными рисками для здоровья, не связанными с раком. МТБЭ портит вкус воды при концентрациях 5 – 15 мкг/л ^[9] , поэтому в питьевой воде обнаруживаются значительные концентрации МТБЭ.

МТБЭ не классифицируется Международным агентством по изучению рака (IARC) как канцероген для человека при низких уровнях воздействия. ^[10] Однако было показано, что он вызывает поражение почек у животных. Как эфир МТБЭ действует как эмульгатор, повышая растворимость других, вредных компонентов бензина (например, известного канцерогена бензола). Таким образом, это может увеличить риск загрязнения другими соединениями. МТБЭ биоразлагается очень медленно, оставаясь в воде десятилетиями и более. Кроме того, некоторое количество МТБЭ разлагается в крови до связанного спирта, трет-бутанола, со значительно увеличенным временем пребывания. Длительное присутствие этого производного спирта до конца не изучено.

Некоторые отраслевые защитники МТБЭ утверждают, что его влияние на человека мало доказано, хотя его производители не проверяли его влияние на здоровье человека, прежде чем вводить его в качестве добавки. По состоянию на 2007 год исследователи располагали ограниченными данными о влиянии на здоровье употребления МТБЭ. Агентство по охране окружающей среды (EPA) пришло к выводу, что имеющиеся данные неадекватны для количественной оценки рисков для здоровья, связанных с МТБЭ при низких уровнях воздействия в питьевой воде, но что данные подтверждают вывод о том, что МТБЭ является потенциальным канцерогеном для человека в высоких дозах. ^[11]

Законодательство и судебные процессы

США

Поскольку МТБЭ очень хорошо растворяется в воде, его очень трудно очистить. Оценки стоимости удаления МТБЭ из грунтовых вод и загрязнений почвы варьируются от 1 ^[12] до 30 ^[13] миллиардов долларов, включая удаление соединения из водоносных горизонтов и муниципальных источников воды и замену протекающих подземных нефтяных резервуаров. Некоторые разногласия касаются того, кто оплатит расходы на это восстановление. В одном случае затраты нефтяных компаний на очистку от МТБЭ в скважинах, принадлежащих Санта-Монике, оцениваются более чем в 200 миллионов долларов. ^[14]

Недавно были приняты законы штатов о запрете МТБЭ в определенных областях. Калифорния и Нью-Йорк, на которые вместе приходилось 40% потребления МТБЭ в США, запретили это химическое вещество с 1 января 2004 г., а по состоянию на сентябрь 2005 г. двадцать пять штатов подписали закон, запрещающий МТБЭ. (Таблица с информацией о штатах по состоянию на 2002 г. доступна на веб-сайте Министерства энергетики США. ^[15]

В 2000 г. Агентство по охране окружающей среды США разработало планы поэтапного отказа от использования МТБЭ по всей стране в течение четырех лет. Вступив в должность, администрация Буша отменила эти планы.

В апреле 2002 года суд присяжных Калифорнии признал несколько нефтяных компаний виновными в безответственном производстве и распространении МТБЭ, заявив, что компании действовали со злым умыслом, не предупредив клиентов об опасности загрязнения МТБЭ. По состоянию на осень 2006 г. сотни других судебных исков все еще находятся на рассмотрении в связи с загрязнением МТБЭ общественных и частных источников питьевой воды. Большинство этих исков были объединены в «многоокружные судебные процессы» перед судьей Широй А. Шейндлин в федеральном окружном суде Южного округа Нью-Йорка.

Закон об энергетической политике от 2005 г., принятый Палатой представителей 21 апреля 2005 г. , не содержал положения о защите производителей МТБЭ от судебных исков, связанных с загрязнением воды. Это положение было впервые предложено в 2003 году, и некоторые считали его приоритетом для Тома Делея и представителя Джо Бартона, председателя Комитета по энергетике и торговле. ^[16] Этот законопроект действительно включал положение, которое предоставляет производителям МТБЭ, в том числе некоторым крупным нефтяным компаниям, помощь в переходном периоде на сумму 2 миллиарда долларов, поскольку МТБЭ будет выведен из употребления в течение следующих девяти лет. ^[17] Из-за оппозиции в Сенате в отчете о конференции исключены все положения о МТБЭ. Окончательный законопроект был принят обеими палатами и подписан президентом Бушем. ^[18] Отсутствие защиты ответственности за использование МТБЭ приводит к переходу на использование этанола в качестве добавки к бензину, запасы которого в апреле 2006 года ограничены. Некоторые торговцы и защитники прав потребителей обвиняют это в росте цен на бензин.