Αιθανόλη

Ονοματολογία

Η ονομασία «αιθανόλη» (δείτε και την «ιστορία» παρακάτω) προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «αιθ-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-όλη» φανερώνει ότι περιέχει ένα υδροξύλιο ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα, δηλαδή ότι πρόκειται για αλκοόλη.
Η ονομασία «υδροξυαιθάνιο» προέρχεται από την «ονοματολογία υποκατάστασης», κατά την οποία η ένωση υποτίθεται ότι είναι αιθάνιο, του οποίου ένα άτομο υδρογόνου υποκαθίσταται από υδροξύλιο.
Η ονομασία «1-οξαπροπάνιο» προέρχεται από την «ονοματολογία αντικατάστασης», κατά την οποία η ένωση υποτίθεται ότι είναι προπάνιο, του οποίου το #1 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.
Το πρόθεμα «αιθυλ-», που χρησιμοποποιείται στην εμπειρική ονομασία «αιθυλική αλκοόλη», επινοήθηκε το 1834 από το Γερμανό χημικό Γιούστους φον Λίμπιγκ (Justus Lebig). Το «αιθυλ-» είναι ένας νεολογισμός που προήλθε από τη σύνθεση της γαλλικής λέξης ether,  που έχει την έννοια της «πτητικής ουσίας», δηλαδή κάθε ουσίας που εξατμίζεται ή εξαχνώνεται γρήγορα σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C), και της ελληνικής λέξης ὓλη, με την έννοια της ύλης ή και του ξύλου, γιατί το «-υλο» χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη μεθανόλη, που ονομάστηκε αρχικά «μεθυλική αλκοόλη», ενώ ταυτόχρονα είχε και την εμπειρική ονομασία «ξυλόπνευμα», επειδή παράγονταν με την ξηρή απόσταξη ξύλου.
Η ονομασία «αιθανόλη» επινοήθηκε ως ένα αποτέλεσμα μιας λύσης που υιοθετήθηκε στο Διεθνές Συνέδριο Χημικής Ονοματολογίας (International Conference on Chemical Nomenclature) που έγινε τον Απρίλιο του 1892 στη Γενέβη, της Ελβετίας.
Ο όρος «αλκοόλη», που πλέον αναφέρεται στην ευρύτερη κατηγορία των αλκοολών, αλλά στην καθομιλουμένη ακόμη αναφέρεται αποκλειστικά στην αιθανόλη, θεωρείται ότι είναι ένα μεσαιωνικό «δάνειο» από την αραβική al-kuḥl, που η χρήση του, με τη σημερινή έννοια της αιθανόλης, υιοθετήθηκε από τα μέσα του 18ου αιώνα. Πριν από το 18ο αιώνα, η μεσαιωνική λατινική λέξη alcohol αναφέρονταν σε «κονιοποιημένο ορυκτό αντιμονίου, κονιοποιημένο κοσμητικό», μάλλον θειούχο αντιμόνιο (Sb₂S₃), αλλά αργότερα, κατα το 17ο αιώνα, σήμαινε «κάθε εξαχνωμένη ουσία ή απεσταγμένο οινόπνευμα», όπως καταγράφηκε το 1753. Η συστηματική χρήση του όρου «αλκοόλη» στη χημεία χρονολογείται από το 1850.

Ιστορία

Η ζύμωση της ζάχαρης σε αιθανόλη ήταν μια από τις πιο παλιές βιοτεχνολογίες που εφάρμοσαν οι άνθρωποι. Η αιθανόλη, και τα μεθυστικά αποτελέσματα της κατανάλωσής της, ήταν γνωστή στους ανθρώπους από την Προϊστορία ως μεθυστικό συστατικό των αλκοολούχων ποτών. Αποξηραμένο υπόλειμμα 9.000 ετών σε κεραμικό δοχείο βρέθηκε στην Κίνα, γεγονός που δείχνει ότι νεολιθικοί άνθρωποι κατανάλωναν οινοπνευματώδη ποτά.
Παρόλο που η απόσταξη ήταν γνωστή από νωρίς στους Έλληνες και στους Άραβες, η παλαιότερη γνωστή επιστημονική ταυτοποίηση της αιθανόλης ήταν από έναν Πέρση πολυμαθή, τον Ραζή (Muhammad ibn Zakariya al-Razi), κατά τον 9ο αιώνα. Η πρώτη καταγεγραμμένη παραγωγή αλκοόλης από απόσταξη οίνου έγινε από τους αλχημιστές της Σχολής του Σαλέρνο το 12ο αιώνα. Η πρώτη αναφορά στην «απόλυτη αλκοόλη» (δηλαδή καθαρή (100%) αιθανόλη, |EtOH|), σε αντιδιαστολή με τα γνωστά ως τότε μίγματα αιθανόλης - νερού, έγινε από τον Ράυμοντ Λουλλ (Raymond Lull).
Το 1796, ο γερμανορώσος Γιόχανν Τομπίας Λόουιτζ (Johann Tobias Lowitz) παρήγαγε καθαρή αιθανόλη φιλτράροντας αποσταγμένη αιθανόλη διαμέσου ενεργού άνθρακα. Ο Γάλλος Αντονίν Λαβουασιέ (Antoine Lavoisier) περιέγραψε την αιθανόλη ως χημική ένωση άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου και το 1807 ο Νίκολας - Θέοντορ ντε Σαουσαίρ (Nicolas-Théodore de Saussure) επιβεβαίωσε το χημικό τύπο της αιθανόλης. 50 χρόνια αργότερα, ο Άρτσιμπαλ Σκοττ Κούπερ (Archibald Scott Couper) δημοσίευσε το συντακτικό τύπο της αιθανόλης. Ήταν ένας από τους πρώτους συντακτικούς τύπους που επιβεβαιώθηκαν.
Η αιθανόλη παρασκευάστηκε για πρώτη φορά συνθετικά το 1826 με ανεξάρτητες προσπάθειες του Ολλανδού Χένρυ Χέννελ (Henry Hennel), στη Μεγάλη Βρετανία, και του Σέρουλλας (George Simon Serullas) στη Γαλλία. Το 1828, ο Μιχαέλ Φαραντάυ (Michael Faraday) παρασκεύασε αιθανόλη με όξινης κατάλυσης υδρόλυση αιθενίου, διεργασία παρόμοια με τη σύγχρονη βιομηχανική σύνθεση αιθανόλης.
Η αιθανόλη χρησιμοποιήθηκε ως καύσιμο για λάμπες φωτισμού στις ΗΠΑ από το 1840, αλλά η καθιέρωση φορολογούμενης βιομηχανικής αιθανόλης κατά τον Εμφύλιο Πόλεμο έκανε αυτήν την πρακτική αντιοικονομική. Ο φόρος αυτός καταργήθηκε το 1906, με αποτέλεσμα τα κλασσικά μοντέλα Φορντ Μόντελ Τ να κινούνται με αιθανόλη ως το 1908. Το 1920 όμως με την Ποτοαπαγόρευση οι παραγωγοί καυσίμων αιθανόλης κατηγορήθηκαν ότι συμμάχησαν με τους λαθρέμπορους αλκοολούχων ποτών και η κατανάλωση αιθανόλης ως καυσίμων έπεσε και πάλι σε δυσμένεια μέχρι τα τέλη του 20ού αιώνα. Παραμένει ένα συνηθισμένο καύσιμο για τις «λάμπες οινοπνεύματος».

Βιομηχανική

Η αιθανόλη παράγεται τόσο πετροχημικά, μέσω της ενυδάτωσης αιθενίου, όσο και με βιοχημικές διεργασίες, όπως η ζύμωση σακχάρων με ζύμες. Η επιλογή της πιο οικονομικής μεθόδου εξαρτάται από τις σχετικές τιμές των ορυκτών καυσίμων και των αποθεμάτων κατάλληλων για ζύμωση αγροτικών προϊόντων.

Από αιθένιο

Η αιθανόλη που προορίζεται για βιομηχανική πρόδρομη ύλη ή ως διαλύτης (αυτή ονομάζεται συχνά «συνθετική αιθανόλη») παράγεται (συνήθως) πετροχημικά, κυρίως με όξινα καταλυόμενη προσθήκη ύδατος σε αιθένιο. Ως οξέα για την αντίδραση αυτή χρησιμοποιούνται συνήθως θειικό οξέύ(H₂SΟ₄), φωσφορικό οξύ (Η₃ΡΟ₄), ή ακόμη συνηθέστερα, οξείδιο του αργιλίου (Αl₂Ο₃), που είναι «οξύ κατά Lewis»:

Βιοχημικά

1. Με αλκοολική ζύμωση γλυκόζης:
2. Με αλκοολική ζύμωση ζάχαρης:

Από αιθυλεστέρες

Με υδρόλυση αιθυλεστέρων (RCOOCH₂CH₃) παράγεται αιθανόλη:

Από αιθανάλη

Με αναγωγή αιθανάλης (CH₃CHO):
1. Με καταλυτική υδρογόνωση:
2. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):

Από αιθανικό οξύ

Με αναγωγή αιθανικού οξέος με LiAlH₄:

Από αιθανικό αιθυλεστέρα

O αιθανικός αιθυλεστέρας δίνει αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, σχηματίζοντας αιθανόλη:
1. Με νάτριο (Na) και αιθανόλη (CH₃CH₂OH):
2. Με διυδρογόνο (H₂) και νικέλιο (Ni):
3. Με λιθιοαργιλιοτετραϋδρίδιο (LiAlH₄):

Από αιθαναμίνη

Με επίδραση νιτρώδους οξέος (ΗΝΟ₂) σε αιθαναμίνη :

Από μεθανόλη

Υπάρχουν δύο (2) μέθοδοι για ανοικοδόμηση μεθανόλης προς αιθανόλη:
Αρχίζουν και οι δύο με την παραγωγή ιωδομεθάνιου και μετά αιθανονιτρίλιου:
1. Υδρόλυση αιθανονιτριλίου προς αιθανικό οξύ και μετά αναγωγή προς αιθανόλη:
2. Αναγωγή προς αιθαναμίνη και μετατροπή της τελευταίας σε αιθανόλη:

Από 1-προπανόλη

Με αποικοδόμιση της ανθρακικής αλυσίδας της 1-προπανόλης::

Από διμεθυλαιθέρα

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

Φυσικές ιδιότητες

Είναι υγρό άχρωμο και ευδιάλυτο στο νερό. Έχει ευχάριστη γεύση και σχετικά ευχάριστη, αν και δριμεία, οσμή. Η αιθανόλη αναμιγνύεται με το νερό σε κάθε αναλογία και κατά την ανάμειξη παρατηρείται ελάττωση όγκου, ενώ εκλύεται θερμότητα. Το μίγμα 95% αλκοόλης και 5% νερού χαρακτηρίζεται ως αζεοτροπικό, επειδή κατά την απόσταξη δεν διαχωρίζονται τα συστατικά του, καθώς ζέουν στην ίδια θερμοκρασία.

Διαιθυλαιθέρας

Παραγωγή διαιθυλαιθέρα:

Αποικοδόμηση προς μεθανόλη

Με αποικοδόμηση της ανθρακικής αλυσίδας της αιθανόλης παράγεται μεθανόλη::

Ανοικοδόμηση προς 1-προπανόλη

Υπάρχουν δύο (2) μέθοδοι για ανοικοδόμηση αιθανόλης προς 1-προπανόλη:

Αρχίζουν και οι δύο με την παραγωγή αιθυλοϊωδίδιου και μετά προπανονιτρίλιου:
1. Υδρόλυση προπανονιτριλίου προς προπανικό οξύ και μετά αναγωγή προς 1-προπανόλη:
2. Αναγωγή προς 1-προπαναμίνη και μετατροπή της τελευταίας σε 1-προπανόλη:

Ανοικοδόμηση προς 1-βουτανόλη

Αρχίζει με την παραγωγή αιθυλοϊωδίδιου και μετά, με επίδραση οξιρανίου σε αιθυλομαγνησιοϊωδίδιο, παράγεται 1-βουτανόλη:

Προσθήκη σε εποξυαιθάνιο

Με επίδραση σε εποξυαιθάνιο παράγεται 2-αιθοξυαιθανόλη:

Επίδραση καρβενίων

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται 1-προπανόλη, 2-προπανόλη και αιθυλομεθυλαιθέρας:

Ιδιότητες

Η απομάκρυνση της αιθανόλης από το ανθρώπινο σώμα, μέσω της δεϋδρογονάσης της αιθανόλης στο ήπαρ, είναι περιορισμένη. Έτσι, η απομάκρυνση μιας μεγάλης συγκέντρωσης αιθανόλης από το αίμα μπορεί να ακολουθήσει  κινητική μηδενικής τάξης. Αυτό σημαίνει ότι αιθανόλη αφήνει το σώμα με ένα σταθερό ρυθμό, ή μάλλον έχει μια ημιζωή εξουδετέρωσης.
Ο ρυθμός εξουδετέρωσης περιορισμένων βημάτων για μια ουσία μπορεί να είναι ο ίδιος με αυτόν για κάποιες άλλες ουσίες. Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση της αιθανόλης στο αίμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκτιμηθεί επίσης ο βαθμός μεταβολισμού της μεθανόλης και της 1,2-αιθανοδιόλης. Η ίδια η μεθανόλη δεν είναι πολύ τοξική, αλλά οι μεταβολίτες της μεθανάλη και μεθανικό οξύ είναι. Γι' αυτό, για τη μείωση του ρυθμού παραγωγής, άρα και για τη μείωση της συγκέντρωσης αυτών των βλαβερών μεταβολιτών, μπορεί να απαιτείται η χορήγηση αιθανόλης. Η δηλητηρίαση από 1,2-αιθανοδιόλη μπορεί να αντιμετοπιστεί με τον ίδιο τρόπο.
Η καθαρή αιθανόλη ερεθίζει το δέρμα  και τα μάτια. Ναυτία, έμετος και μέθη είναι τα συμπτώματα της κατάποσης αιθανόλης. Η μακροχρόνια χρήση αιθανόλης μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα σοβαρή βλάβη στο ήπαρ.
Οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις ατμών αιθανόλης πάνω από 1 ‰ βρίσκονται πάνω από τα θεσπισμένα όρια έκθεσης της Ευρωπαϊκής Ένωσης.

Χρήσεις

Χρησιμοποιείται ως διαλύτης σε πολλές εφαρμογές τόσο της καθημερινής ζωής (π.χ. σε μαρκαδόρους οινοπνεύματος, κόλλες κτλ.) όσο και της βιομηχανίας. Ευρύτατη είναι η χρήση της για την παρασκευή οινοπνευματωδών ποτών, και γι' αυτό το λόγο επιβάλλεται μεγάλη φορολογία. Χρησιμοποιείται, επίσης, ευρύτατα στην ιατρική ως απολυμαντικό. Για οικιακή χρήση και για την αποφυγή καταβολής υψηλής φορολογίας, υφίσταται μετουσίωση, δηλαδή αναμιγνύεται με μικρή ποσότητα πετρελαίου, το οποίο την καθιστά ακατάλληλη προς πόση και από το οποίο είναι αδύνατο να διαχωριστεί με φθηνές μεθόδους. Για να ξεχωρίζει από την μη μετουσιωμένη αιθυλική αλκοόλη, προστίθεται, επίσης, και η χρωστική κυανούν του μεθυλενίου, το οποίο της προσδίδει κυανοπράσινο χρώμα.
Σημαντική χρήση βρίσκει, επίσης, ως καύσιμο σε κινητήρες εσωτερικής καύσεως, αντικαθιστώντας την βενζίνη. Δίδει καυσαέρια πολύ λιγότερο ρυπογόνα, ωστόσο έχει το μειονέκτημα της δυσχερούς ανάφλεξής της, όταν ο κινητήρας είναι κρύος. Σήμερα, η πλειονότητα των οχημάτων στην Βραζιλία χρησιμοποιεί αιθυλική αλκοόλη ως καύσιμο.