Диэтиловый эфир¶

Диэтиловый эфир — это органическое соединение, простейший представитель класса алифатических простых эфиров. Представляет собой бесцветную, легколетучую, легковоспламеняющуюся жидкость с характерным резким запахом и сладковатым вкусом. Химическая формула — C₄H₁₀O, структурная — CH₃CH₂OCH₂CH₃. Широко известен под тривиальными названиями «серный эфир» (по историческому способу получения) и «эфир для наркоза». Обладает сильным наркотическим действием, в связи с чем в прошлом применялся в медицине как ингаляционное анестетическое средство, а в настоящее время используется в основном как растворитель и реагент в лабораторной практике и промышленности.

¶История

Первое документально подтверждённое получение диэтилового эфира приписывается немецкому врачу и ботанику Валериусу Кордусу, который в 1540 году синтезировал его, перегоняя смесь этилового спирта с серной кислотой. Своё название «серный эфир» соединение получило именно из-за использования серной кислоты в качестве катализатора. В течение нескольких столетий эфир оставался лабораторным курьёзом, пока в XVIII веке его свойства не начали изучать систематически.

В 1842 году американский врач Кроуфорд Уильямсон Лонг впервые применил диэтиловый эфир для наркоза при хирургической операции, хотя не опубликовал свои результаты своевременно. Официальная демонстрация эфирного наркоза состоялась 16 октября 1846 года в Бостоне, когда дантист Уильям Томас Грин Мортон успешно провёл операцию под эфирным обезболиванием. Эта дата считается началом эры современной анестезиологии. В России первая операция под эфирным наркозом была выполнена 7 февраля 1847 года хирургом Фёдором Ивановичем Иноземцевым.

В XX веке, с развитием более безопасных анестетиков (галотан, изофлуран, севофлуран), диэтиловый эфир был постепенно вытеснен из клинической практики из-за высокой взрывопожароопасности, неприятного последействия (тошнота, рвота) и длительного периода пробуждения. Однако он сохранил значение как лабораторный реагент и растворитель.

¶Физические свойства

Диэтиловый эфир — бесцветная, прозрачная жидкость с высокой летучестью. Основные физические константы:

• Молекулярная масса: 74,12 г/моль.
• Температура кипения: 34,6 °C (при атмосферном давлении).
• Температура плавления: −116,3 °C.
• Плотность: 0,714 г/см³ (при 20 °C), легче воды.
• Растворимость в воде: ограниченная (около 6,9 г на 100 мл при 20 °C), при этом вода также ограниченно растворяется в эфире.
• Давление насыщенного пара: высокое (58,6 кПа при 20 °C), что обуславливает быстрое испарение.
• Показатель преломления: 1,3526 (при 20 °C).

Важнейшей особенностью является высокая летучесть и чрезвычайная воспламеняемость. Пары эфира образуют с воздухом взрывоопасные смеси в широком диапазоне концентраций (от 1,7 до 36 % по объёму). Температура самовоспламенения — 180 °C. Эфир способен накапливать статическое электричество, что увеличивает риск возгорания при переливании.

¶Химические свойства

Диэтиловый эфир — относительно инертное соединение, однако вступает в ряд характерных для простых эфиров реакций.

¶Образование пероксидов

Наиболее важное с практической точки зрения свойство — склонность к автоокислению при хранении на свету и в присутствии кислорода воздуха. При этом образуются диэтиловые пероксиды и гидропероксиды — крайне взрывоопасные вещества. Пероксиды эфира могут спонтанно детонировать при нагревании, трении или ударе. Поэтому диэтиловый эфир хранят в тёмных стеклянных бутылях, часто с добавлением стабилизаторов (например, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола — ионола) или над слоем воды. Перед использованием в лаборатории эфир обязательно проверяют на наличие пероксидов (например, с помощью йодида калия).

¶Кислотный гидролиз

При нагревании с разбавленными кислотами эфир гидролизуется до этилового спирта: \[ \text{C}_2\text{H}_5\text{O}\text{C}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \] Реакция обратима.

¶Реакции с галогенами

При действии хлора или брома на свету происходит замещение атомов водорода в углеводородном радикале с образованием галогенпроизводных.

¶Комплексообразование

Диэтиловый эфир является слабым основанием Льюиса (за счёт неподелённой электронной пары на атоме кислорода) и образует донорно-акцепторные комплексы со многими кислотами Льюиса, например, с трифторидом бора (BF₃·O(C₂H₅)₂) — широко используемый в органическом синтезе реагент.

¶Получение

Основной промышленный и лабораторный способ получения диэтилового эфира — межмолекулярная дегидратация этилового спирта под действием концентрированной серной кислоты при нагревании до 130–140 °C. Реакция протекает в две стадии: сначала образуется этилсерная кислота, которая затем реагирует со второй молекулой спирта, выделяя эфир и регенерируя серную кислоту. Выход эфира составляет около 80–85 %.

В лабораторных условиях эфир получают перегонкой смеси этилового спирта и серной кислоты с последующей промывкой дистиллята (для удаления спирта и кислоты), сушкой над хлоридом кальция и повторной перегонкой.

В промышленности также используется каталитическая дегидратация этанола на оксиде алюминия при 200–250 °C (газофазный процесс).

¶Применение

¶Растворитель

Диэтиловый эфир — один из наиболее распространённых неполярных растворителей в органической химии. Он хорошо растворяет жиры, масла, смолы, алкалоиды, многие органические соединения, но не смешивается с водой. Используется в лабораторной практике для экстракции (жидкостная экстракция), перекристаллизации и хроматографии. В промышленности применяется как растворитель для нитроцеллюлозы, лаков, клеев и в производстве бездымного пороха.

¶Медицина (историческое)

До середины XX века диэтиловый эфир был основным средством для ингаляционного наркоза. Его преимуществами были хорошая мышечная релаксация, достаточная глубина анестезии и относительная безопасность для сердечно-сосудистой системы (по сравнению с хлороформом). Однако недостатки — высокая пожароопасность, длительное введение и выведение, раздражение дыхательных путей, послеоперационная тошнота и рвота — привели к отказу от его использования в развитых странах. В России эфирный наркоз официально не применяется в плановой хирургии с 1980-х годов, но может использоваться в экстремальных условиях (полевая хирургия) при отсутствии альтернатив.

¶Лабораторный реагент

Используется как среда для проведения реакций, а также как компонент для получения реактивов Гриньяра (магнийорганические соединения, растворимые в эфире) и литийорганических соединений. Эфирные растворы трифторида бора (BF₃·OEt₂) применяются в органическом синтезе как катализатор.

¶Прочее

В прошлом эфир использовался как компонент топлива для запуска дизельных двигателей в холодное время (эфирная смесь для «быстрого старта»), а также как средство для удаления лаков и красок. В настоящее время эти применения сократились из-за токсичности и пожароопасности.

¶Безопасность и токсикология

Диэтиловый эфир является наркотическим веществом. При вдыхании его паров в малых концентрациях (0,1–0,5 % по объёму) вызывает эйфорию, головокружение, сонливость. При более высоких концентрациях (1–2 %) наступает потеря сознания и глубокий наркоз. Хроническое воздействие может привести к поражению печени, почек и нервной системы.

Вещество чрезвычайно пожаро- и взрывоопасно. Пары эфира тяжелее воздуха (в 2,5 раза), поэтому они могут распространяться по полу и скапливаться в низких местах, создавая риск взрыва от искры. Работа с эфиром требует обязательного использования вытяжной вентиляции, отсутствия открытого огня и искрящего оборудования.

В России диэтиловый эфир относится к наркотическим средствам (список III Перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в РФ), хотя его оборот ограничен, но не запрещён полностью. Хранение и использование в лабораториях регламентируется строгими правилами.

¶Интересные факты

• Диэтиловый эфир — один из первых известных человечеству анестетиков. Его применение в хирургии произвело революцию в медицине, позволив проводить длительные и сложные операции без боли.
• Из-за высокой летучести эфир быстро испаряется с поверхности кожи, вызывая ощущение сильного холода. Это свойство иногда использовалось для местного обезболивания (замораживание) в стоматологии.
• В XIX веке эфир был популярен как рекреационное средство («эфирные вечеринки»), что привело к многочисленным случаям отравления и смерти.
• При хранении в неплотно закрытой таре эфир испаряется, а в оставшейся жидкости накапливаются взрывоопасные пероксиды. Известны случаи взрывов старых бутылей с эфиром в лабораториях.

¶Источники

• Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1.
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1992.
• Травень В. Ф. Органическая химия. — М.: Академкнига, 2004. — Т. 1.
• Мортон У. Т. Г. История открытия эфирного наркоза. — Бостон, 1847.
• Постановление Правительства РФ от 30.06.1998 № 681 «Об утверждении перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации».