メタノール
CH3OH; 最も単純なアルコール

メタノール
メタノールの空間充填モデル
メタノールの空間充填モデル
メタノールの球棒モデル
メタノールの球棒モデル
メタノールのサンプル
メタノールのサンプル
名前
推奨IUPAC名
メタノール[1]
その他の名前
カルビノール
コロンビアンスピリッツ
ヒドロキシ
メタン
メタノール メチルアルコール
メチル
ハイドレート メチルヒドロキシド
メチルアルコール
メチロール メチレン
ハイドレート、第一級アルコール
木酢
液 ウッドアルコール
ウッドナフサ
ウッドスピリット
識別子
  • 67勝56敗1分け チェックはい
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
1098229
チェビ
  • チェビ:17790 チェックはい
チェムブル
  • ChEMBL14688 チェックはい
ケムスパイダー
  • 864 チェックはい
ECHA 情報カード 100.000.599
EC番号
  • 200-659-6
449
ケッグ
  • D02309 チェックはい
メッシュ メタノール
  • 887
RTECS番号
  • PC1400000
ユニイ
  • Y4S76JWI15 チェックはい
国連番号 1230
  • DTXSID2021731
  • InChI=1S/CH4O/c1-2/h2H,1H3 チェックはい
    キー: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N チェックはい
  • InChI=1/CH4O/c1-2/h2H,1H3
    キー: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYAX
  • 二酸化炭素
プロパティ
CH 3 OH
モル質量 32.042  g·mol −1
外観 無色の液体
臭い かすかにエタノールに似ている
密度 0.792 g/cm 3 [2]
融点 −97.6 °C (−143.7 °F; 175.6 K)
沸点 64.7 °C (148.5 °F; 337.8 K)
混和性
ログP −0.69
蒸気圧 13.02 kPa（20℃）
酸性度（ p Ka ） 15.5 [3]
共役酸 メチルオキソニウム[4]
共役塩基 メタノレート[5]
磁化率（χ）
 −21.40·10 −6 cm 3 /モル
屈折率（nD ）
 1.33141 [6]
粘度 0.545 mPa·s（25℃）[7]
1.69 D
熱化学
725.7 kJ/モル、173.4 kcal/モル、5.77 kcal/g
危険性[12] [13]
労働安全衛生（OHS/OSH）：
主な危険
 メタノールとその蒸気は可燃性です。

小動物には中程度の毒性がある– 大型動物や人間には（高濃度の場合）非常に毒性が高い –飲み込んだ場合、致命的または致命的になる可能性があり、失明や肝臓、腎臓、心臓への損傷を引き起こす可能性がある –繰り返し過剰に曝露した場合の毒性作用は、中枢神経系、特に視神経に蓄積的な影響を及ぼす–症状は遅れて現れ、12～18時間後に重症化し、曝露後数日間続く可能性がある[9]

GHSラベル：
GHS02: 可燃性GHS06: 有毒GHS08: 健康被害[8]
危険[8]
H225、H301、H302、H305、H311、H331、H370 [8]
P210、P233、P235、P240、P241、P242、P243、P260、P264、P270、P271、P280、P301+P330+P331、P302+P352、P303+P361+P353、P304+P340、P305+P351+P338、P307+P311、P310、P311、P312、P337+P313、P361、P363、P370+P378、P403+P233、P405、P501 [8]
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
[12] [14]
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineFlammability 3: Liquids and solids that can be ignited under almost all ambient temperature conditions. Flash point between 23 and 38 °C (73 and 100 °F). E.g. gasolineInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
1
3
0
引火点 11～12℃（52～54℉、284～285K）
470℃（878°F; 743 K）[15]

385℃（725°F; 658 K）[16]

爆発限界 6～36% [10]
致死量または濃度（LD、LC）：
LD 50（中間投与量）
 5628 mg/kg（ラット、経口）
7300 mg/kg（マウス、経口）
12880 mg/kg（ラット、経口）
14200 mg/kg（ウサギ、経口）[11]
LC 50（中央値濃度）
 64,000 ppm（ラット、4時間）[11]
33,082 ppm（ネコ、6時間）
37,594 ppm（マウス、2時間）[11]
NIOSH（米国健康曝露限界）：
PEL（許可）
 TWA 200 ppm (260 mg/m 3 ) [10]
REL（推奨）
 TWA 200 ppm (260 mg/m 3 ) ST 250 ppm (325 mg/m 3 ) [皮膚] [10]
IDLH（差し迫った危険）
 6000ppm [10]
安全データシート（SDS） [1]
関連化合物
関連化合物
 メタンチオール
シラノール
エタノール
補足データページ
メタノール（データページ）
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
☒北 検証する （何ですか  ？） チェックはい☒北
化合物

メタノール（メチルアルコール、ウッドアルコール、ウッドスピリットなどとも呼ばれる）は、化学式C H 3 O H（メチル基がヒドロキシル基に結合したもので、 MeOHと略されることが多い）で表される有機化合物であり、最も単純な脂肪族 アルコールです。メタノールは、揮発性があり、無色で可燃性の軽い液体で、エタノール（飲料アルコール）に似た独特のアルコール臭がありますが、エタノールよりも急性毒性が強いです。[17]メタノールはかつて木材の破壊蒸留によって生成されていたため、ウッドアルコール という名前が付けられました。今日、メタノールは主に一酸化炭素の水素化によって工業的に生成されています。[18]

Methanol consists of a methyl group linked to a polar hydroxyl group. With more than 20 million tons produced annually, it is used as a precursor to other commodity chemicals, including formaldehyde, acetic acid, methyl tert-butyl ether, methyl benzoate, anisole, peroxyacids, as well as a host of more specialized chemicals.[18]

Occurrence

Small amounts of methanol are present in normal, healthy human individuals. One study found a mean of 4.5 ppm in the exhaled breath of test subjects.[19] The mean endogenous methanol in humans of 0.45 g/d may be metabolized from pectin found in fruit; one kilogram of apple produces up to 1.4 g of pectin (0.6 g of methanol.)[20]

Methanol is produced by anaerobic bacteria and phytoplankton.[21][22]

Interstellar medium

Methanol is also found in abundant quantities in star-forming regions of space and is used in astronomy as a marker for such regions. It is detected through its spectral emission lines.[23]

In 2006, astronomers using the MERLIN array of radio telescopes at Jodrell Bank Observatory discovered a large cloud of methanol in space 0.463 terametres (288 million miles) across.[24][25] In 2016, astronomers detected methanol in a planet-forming disc around the young star TW Hydrae using the Atacama Large Millimeter Array radio telescope.[26]

History

In their embalming process, the ancient Egyptians used a mixture of substances, including methanol, which they obtained from the pyrolysis of wood. Pure methanol, however, was first isolated in 1661 by Robert Boyle, when he produced it via the distillation of buxus (boxwood).[27] It later became known as "pyroxylic spirit". In 1834, the French chemists Jean-Baptiste Dumas and Eugene Peligot determined its elemental composition.[28]

彼らはまた、ギリシャ語の methy（アルコール性液体）+ hȳlē（森林、木材、材木、材料）から「メチレン」という語を有機化学に導入した。 「メチレン」は、重量の約14%が水素で、炭素原子を1個含む「ラジカル」を指す。これはCH 2となるが、当時は炭素の原子量は水素の6倍しかないと考えられていたため、彼らは化学式をCHとした。[28]その後、彼らは木アルコール（l'esprit de bois）を「メチレン二水和物」（二水和物としたのは、化学式がC 4 H 8 O 4または(CH) 4 (H 2 O) 2であると考えていたため）と呼んだ。「メチル」という用語は、1840年頃に「メチレン」から逆生成され、「メチルアルコール」を表すために用いられた。これは1892年の国際化学命名法会議で「メタノール」に短縮された。[29]有機化学において炭素基の名称を形成する接尾辞-ylは、単語methylから来ている。

フランスの化学者ポール・サバティエは、 1905年にメタノールを合成できる最初の方法を発表しました。この方法は、二酸化炭素と水素を反応させてメタノールを生成できることを示唆していました。 [9]ドイツ人化学者アルヴィン・ミタッシュとマティアス・ピエールは、バディシェ・アニリン・アンド・ソーダ・ファブリク（BASF）に勤務し、合成ガス（一酸化炭素、二酸化炭素、水素の混合物）をメタノールに変換する方法を開発し、特許を取得しました。ボッツァーノとマネンティによると、BASFの方法は1923年にドイツのロイナで初めて利用されました。操作条件は、亜鉛/クロム酸化物触媒を用いた「高温」（300～400℃）および高圧（250～350気圧）でした。[30]

1924年9月4日に出願され、1926年1月12日にBASF社に交付された米国特許1,569,775号[31] 。 このプロセスでは、クロムとマンガン酸化物の 触媒が使用され、圧力は50～220気圧、温度は最高450℃と極めて過酷な条件で処理された。現代のメタノール生産は、より低圧で作動する触媒（一般的には銅）の使用によって効率化されている。現代の低圧メタノール（LPM）プロセスは、 1960年代後半にICI社によって開発されたが、その技術特許は既に失効している。[32]

第二次世界大戦中、メタノールはM-Stoffという名前で、またヒドラジンとほぼ 50/50 の割合で混合されたC-Stoffという名前で、いくつかのドイツ軍用ロケット設計の燃料として使用されました。

1970年代の石油危機の際に、メタノールを自動車燃料として使用することが注目を集めました。1990年代半ばまでに、メタノールまたはガソリンで走行可能なメタノールフレキシブル燃料車（FFV）が米国で2万台以上導入されました。さらに、1980年代の大半から1990年代初頭にかけて、ヨーロッパで販売されたガソリン燃料には低レベルのメタノールが混合されていました。自動車メーカーは1990年代後半までにメタノールFFVの製造を中止し、エタノール燃料車へと注力するようになりました。メタノールFFVプログラムは技術的には成功していましたが、1990年代半ばから後半にかけてガソリン価格が低迷し、メタノール価格が上昇したことで、メタノール燃料への関心は薄れていきました。[33]

1970年代初頭、モービル社はメタノールからガソリン燃料を生産するプロセスを開発した。[34]

1960年代から1980年代にかけて、メタノールは原料化学物質である酢酸と無水酢酸の前駆体として登場しました。これらのプロセスには、モンサント社の酢酸合成法、カティバ法、テネシー・イーストマン社の無水酢酸法などが含まれます。

アプリケーション

ホルムアルデヒド、酢酸、メチル第三-ブチルエーテル

メタノールは主にホルムアルデヒドに変換され、多くの分野、特にポリマーに広く利用されています。この変換には酸化反応が伴います。

2 CH 3 OH + O 2 → 2 CH 2 O + 2 H 2 O

酢酸はメタノールから生成できます。

カティバプロセスはメタノールを酢酸に変換する。[35]

メタノールとイソブテンを反応させるとメチルtert-ブチルエーテル（MTBE）が生成します。MTBEはガソリンの主要なオクタン価向上剤です。

メタノールから炭化水素、オレフィン、ガソリン

メタノールを凝縮させて炭化水素や芳香族化合物を生成する技術は、ガスから液体への変換に関連する様々な技術の基礎となっている。これらには、メタノールから炭化水素（MtH）、メタノールからガソリン（MtG）、メタノールからオレフィン（MtO）、メタノールからプロピレン（MtP）などが含まれる。これらの変換は、不均一触媒としてゼオライトによって触媒される。MtGプロセスは、かつてニュージーランドのモトゥヌイで商業化された。 [36] [37]

ガソリン添加剤

欧州燃料品質指令では、燃料生産者は欧州で販売されるガソリンに、最大3%のメタノールと同量の共溶媒を混合することが認められています。2019年には、中国では輸送燃料として700万トンものメタノールが使用されたと推定されており、これは中国の燃料プールの5%以上を占めています。[38]

その他の化学物質

メタノールは、ほとんどの単純なメチルアミン、メチルハライド、メチルエーテルの前駆体です。 [18]メチルエステルはメタノールから生成され、脂肪のエステル交換やエステル交換によるバイオディーゼルの生成に使用されます。[39] [40]

ニッチ市場と潜在的な用途

エネルギーキャリア

メタノールは液体であるため、水素や天然ガスよりも貯蔵が容易なため、有望なエネルギーキャリアです。しかし、エネルギー密度はメタン（1kgあたり）よりも低く、燃焼エネルギー密度は15.6 MJ / L（LHV）です。一方、エタノールは24 MJ/L、ガソリンは33 MJ/Lです。

メタノールの更なる利点は、生分解性が高く、環境毒性が低いことです。好気性（酸素存在下）環境でも嫌気性（酸素不存在下）環境でも残留しません。地下水中におけるメタノールの半減期はわずか1～7日ですが、多くの一般的なガソリン成分の半減期は数百日（ベンゼンは10～730日）に及びます。メタノールは水と混和し、生分解性であるため、地下水、表層水、大気、土壌に蓄積する可能性は低いと考えられます。[41]

燃料

メタノールは内燃機関の燃料として使用されることがあります。燃焼すると二酸化炭素と水が生成されます。

2 CH 3 OH + 3 O 2 → 2 CO 2 + 4 H 2 O

Methanol fuel has been proposed for ground transportation. The chief advantage of a methanol economy is that it could be adapted to gasoline internal combustion engines with minimum modification to the engines and to the infrastructure that delivers and stores liquid fuel. Its energy density, however, is less than gasoline, meaning more frequent fill ups would be required. However, it is equivalent to super high-octane gasoline in horsepower, and most modern computer-controlled fuel injection systems can already use it.[42]

Methanol is an alternative fuel for ships that helps the shipping industry meet increasingly strict emissions regulations. It significantly reduces emissions of sulfur oxides (SOx), nitrogen oxides (NOx) and particulate matter. Methanol can be used with high efficiency in marine diesel engines after minor modifications using a small amount of pilot fuel (dual fuel).[43][44]

In China, methanol fuels industrial boilers, which are used extensively to generate heat and steam for various industrial applications and residential heating. Its use is displacing coal, which is under pressure from increasingly stringent environmental regulations.[45]

Direct-methanol fuel cells are unique in their low temperature, atmospheric pressure operation, which lets them be greatly miniaturized.[46][47] This, combined with the relatively easy and safe storage and handling of methanol, may open the possibility of fuel cell-powered consumer electronics, such as laptop computers and mobile phones.[48]

Methanol is also a widely used fuel in camping and boating stoves. Methanol burns well in an unpressurized burner, so alcohol stoves are often very simple, sometimes little more than a cup to hold fuel. This lack of complexity makes them a favorite of hikers who spend extended time in the wilderness. Similarly, the alcohol can be gelled to reduce risk of leaking or spilling, as with the brand "Sterno".

Methanol is mixed with water and injected into high performance diesel and gasoline engines for an increase of power and a decrease in intake air temperature in a process known as water methanol injection.

Other applications

Methanol is used as a denaturant for ethanol, the product being known as denatured alcohol or methylated spirit. This was commonly used during the US prohibition to discourage consumption of bootlegged liquor, and ended up causing several deaths.[49]

It is sometimes used as a fuel in alcohol lamps, portable fire pits and camping stoves.

メタノールは、溶剤として、またパイプラインやウィンドウウォッシャー液の不凍液として使用されています。1900年代初頭には、自動車の冷却液の不凍液として使用されていました。[50] 2012年にチェコ共和国で発生したメタノール中毒事件を受けて、人体への摂取リスクがあるため、2018年5月現在、EUではメタノールのウィンドウウォッシャーや除霜での使用が禁止されています。[ 51] [52]

一部の廃水処理施設では、脱窒細菌に炭素の栄養源を提供するために少量のメタノールを廃水に加え、硝酸塩を窒素ガスに変換し、敏感な帯水層の硝化を軽減します。

メタノールはポリアクリルアミドゲル電気泳動における脱色剤として使用されます。

生産

合成ガスから

一酸化炭素と水素は触媒上で反応し、メタノールを生成します。今日最も広く使用されている触媒は、 1966年にICIが初めて使用した、アルミナに担持された銅と亜鉛の酸化物の混合物です。5 ～10MPa（50～100気圧）、250℃（482°F）の条件下で、反応は

CO + 2 H 2 → CH 3 OH

高い選択性（>99.8%）を特徴とする。メタンから合成ガスを製造すると、一酸化炭素1モルに対して3モルの水素が生成されるが、合成には一酸化炭素1モルに対してわずか2モルの水素ガスしか消費されない。余剰の水素を処理する方法の一つは、メタノール合成反応器に二酸化炭素を注入することである。二酸化炭素も以下の式に従って反応し、メタノールを生成する。

CO 2 + 3 H 2 → CH 3 OH + H 2 O

メカニズム的には、このプロセスはまずCOをCO2に変換し、その後水素化することによって起こる。[54]

CO 2 + 3 H 2 → CH 3 OH + H 2 O

ここで、H 2 O副産物は水性ガスシフト反応によってリサイクルされる。

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

これは全体的な反応を示す

CO + 2 H 2 → CH 3 OH

これは上記に挙げたものと同じです。合成ガスからのメタノール生産に密接に関連するプロセスでは、水素とCO2の供給を直接使用することができます。[55]このプロセスの主な利点は、回収されたCO2と電気分解から得られる水素を使用できるため、化石燃料への依存がなくなることです。

生合成

メタンからメタノールへの触媒的変換は、メタンモノオキシゲナーゼなどの酵素によって行われる。これらの酵素は混合機能オキシゲナーゼであり、酸素化と水の生成が共存する。[56]およびNAD + [ 57]

CH 4 + O 2 + NADPH + H + → CH 3 OH + H 2 O + NAD +

FeおよびCu依存性酵素はいずれも特性評価されている。[57]この反応性を模倣しようと、多大な努力がなされてきたが、ほとんど成果は得られていない。[58] [59 ]メタノールは原料のメタンよりも酸化されやすいため、反応は選択的ではない傾向がある。この問題を回避するための戦略がいくつか存在する。例としては、シロフ系やFeおよびCu含有ゼオライトが挙げられる。[60]これらの系は、必ずしも金属酵素の機構を模倣しているわけではないが、金属酵素からある程度の着想を得ている。活性部位は、酵素で知られているものとは大きく異なる可能性がある。例えば、sMMO酵素では二核活性部位が提案されているのに対し、 Feゼオライトでは単核鉄（α酸素）が提案されている。 [61]

世界の工場によるメタノール排出量は、年間1億8000万トンから2億5000万トンと推定されています。[62]これは、人為的な工業生産によるメタノールの2倍から3倍に相当します。

グリーンメタノール

2023年現在、世界のメタノール生産量の0.2%は、温室効果ガスの排出量が比較的少ない方法で生産されており、「グリーン」メタノールと呼ばれています。[63]グリーンメタノールの大部分はバイオマスのガス化によって生産されています。[63]バイオマスの ガス化によって合成ガスが生成され、さらにグリーンメタノールに変換されます。[64]

グリーンメタノールを生産するもう一つの方法は、水素、二酸化炭素、触媒を高温高圧下で混合することです。[63]グリーンメタノールとして分類されるためには、水素は再生可能電力を使用して生産する必要があり、[63]二酸化炭素は炭素回収・貯留、直接空気回収、または最近起源のバイオマスから得られなければなりません。[63]グリーンメタノールの定義の中には、二酸化炭素はバイオエネルギーの燃焼中に回収されなければならないと規定しているものもあります。[65]

品質仕様と分析

メタノールは様々な純度グレードで市販されています。市販メタノールは一般的にASTM純度グレードAおよびAAに分類されます。グレードAとグレードAAの純度はどちらも重量比99.85%のメタノールです。グレード「AA」メタノールには微量のエタノールも含まれています。[30]

化学用途のメタノールは通常、グレードAAに相当します。水に加えて、アセトンとエタノール（蒸留による分離が非常に困難）が典型的な不純物として含まれています。紫外可視分光法は芳香族不純物の検出に便利な方法です。水分含有量はカールフィッシャー滴定法で測定できます。

安全性

メタノールは非常に可燃性が高い。その蒸気は空気よりわずかに密度が高く、遠くの発火源まで移動して発火する可能性がある。メタノールによる火災は、粉末消火剤、二酸化炭素、水噴霧、または耐アルコール性泡消火剤で消火する必要がある。[12]メタノールの炎は日光の下では見えない。

毒性

メタノールはわずか3.16グラムを摂取すると不可逆的な視神経損傷を引き起こす可能性があり、ヒトの経口LD50は56.2グラムと推定されています。[66]メタノールの参照投与量は1日あたり0.5 mg/kgです。[67] [68]毒性作用は摂取後数時間で現れ、解毒剤によって永久的な損傷を防ぐことができる場合が多いです。[69]メタノールは見た目も匂いもエタノール（飲料に含まれるアルコール）やイソプロピルアルコールに似ているため、これら3つを区別することは困難です。[70]

メタノールは2つのメカニズムによって毒性を示す。第一に、メタノールは中枢神経系に作用し、エタノール中毒と同様に中枢神経抑制剤として作用し、致命的となる可能性がある。第二に、中毒の過程では、肝臓のアルコール脱水素酵素によって開始されるプロセスで、ホルムアルデヒドを経てギ酸（ギ酸イオンとして存在する）に代謝される。[71]メタノールはアルコール脱水素酵素（ADH）によってホルムアルデヒドに変換され、ホルムアルデヒドはアルデヒド脱水素酵素（ALDH）によってギ酸（ギ酸塩）に変換される。ALDHによるギ酸塩への変換は完全に進行し、ホルムアルデヒドは検出されない。[72]ギ酸塩はミトコンドリアのシトクロムc酸化酵素を阻害し、細胞レベルでの低酸素症や代謝性アシドーシスなど、さまざまな代謝障害を引き起こすため、毒性がある。 [73]

メタノール中毒の発生は、主に飲料アルコールの汚染が原因で発生しています。また、エタノールがメタノール中毒の天然の解毒剤であることも注目に値します。[74]汚染されたアルコールには、エタノールよりもはるかに高い濃度のメタノールが含まれていたため、十分な解毒剤が投与されず、効果が得られませんでした。これは発展途上国でより一般的です。[75]それでも2013年には米国で1700件以上の症例が発生しました。罹患したのは成人男性であることが多いです。[76]早期治療により良好な結果が得られる可能性があります。[77]メタノールの毒性は1856年にはすでに記述されていました。[78]

メタノールはその毒性のため、工業用エタノール製造の変性剤として頻繁に使用されています。このメタノール添加により、米国をはじめとする各国では 工業用エタノール（一般に「変性アルコール」または「変性アルコール」と呼ばれる）は酒税が免除されています。

参照

参考文献

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    • アームストロングの報告書は、決議文とともに英語で以下の文献に転載されている：Armstrong, Henry (1892). "The International Conference on Chemical Nomenclature". The Journal of Analytical and Applied Chemistry . 6 (1177): 390– 400. Bibcode :1892Natur..46...56A. doi : 10.1038/046056c0 . p. 398: 15. アルコールとフェノールは、由来する炭化水素にちなんで命名され、接尾辞olが付きます（例：ペンタノール、ペンテノールなど）。
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さらに読む

  • 国際化学物質安全性カード 0057
  • メチルアルコール（メタノール）CDC/NIOSH、安全情報へのリンク
  • CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド – メチルアルコール
  • メタノールファクトシート – 国家汚染物質目録
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