硫醇

硫醇

有机化学中,将包含巯基官能团(-SH)的一类非芳香化合物称为硫醇。从结构上来说,可以看成普通醇中的氧被硫替换之后形成的。除甲硫醇在室温下为气体外,其他硫醇均为液体或固体。低级硫醇一般有难闻的气味,有毒。硫醇可由卤代烷与硫氢化钠起取代反应製得,可作葯物、解毒剂和橡胶硫化促进剂。

  • 中文名称
    硫醇
  • 外文名称
    mercaptan
  • 特征结构
    巯基(-SH)
  • 主要种类
    乙硫醇
  • 来源
    大量粗石油

分子结构

硫醇中,硫原子为不等性 sp 杂化态,两个单电子佔据的 sp 杂化轨道分别与烃基碳和氢形成 σ 键,还有两对孤对电子佔据另外的两个 sp 杂化轨道。由于硫的 3s 和 3p 轨道形成的杂化轨道比氧的 2s 和 2p 轨道形成的杂化轨道大,故 C-S 和 S-H 键分别比 C-O 和 O-H 键长。

在甲硫醇中 C-S 和 S-H 键键长分别为 0.182 nm 和 0.134 nm,都比甲醇中的 C-O 和 O-H 键长大。∠CSH 则为 96°,小于 ∠COH。

硫的电负性比氧小,所以硫醇的偶极矩也比相应的醇小。

物理性质

除甲硫醇在室温下为气体外,其他硫醇均为液体或固体。硫醇分子间有偶极吸引力,但小于醇分子间的偶极吸引力,且硫醇分子间无明显的氢键作用,也无明显的缔合作用。因此,硫醇的沸点比分子量相近的烷烃高,比分子量相近的醇低,与分子量相近的硫醚相似。

硫醇与水间不能很好地形成氢键,所以硫醇在水中的溶解度比相应的醇小得多。常温下,乙硫醇在水中的溶解度仅为 1.5g/100mL。

低级的硫醇有强烈且令人厌恶的气味,乙硫醇的臭味尤其明显,所以常用乙硫醇作为天然气中的警觉剂,用以警示天然气泄漏。不过随着分子量的增加,硫醇的臭味渐弱,九碳以上的硫醇则有令人愉快的气味。

化学性质

巯基是硫醇化学性质的主要体现。其中 S-H 键涉及硫较大的 3s/3p 组成的杂化轨道与氢较小的 1s 轨道成键,所以 S-H 键较弱,硫醇具有酸性。硫上还有孤对电子,所以巯基也可被氧化。

酸性

硫醇的酸性比相应的醇强,可溶于氢氧化钠的乙醇溶液中生成比较稳定的盐,通入二氧化碳又变回硫醇。硫醇可与一些重金属盐生成不溶于水的硫醇盐,两者软软相吸。许多重金属离子在体内的毒性即是因为其可与生物分子的巯基结合。另一方面,也可利用硫醇(如二巯基丙酸)通过形成不溶沉淀的方法将重金属离子从尿液排出,起到解毒作用。

强还原性

硫醇很容易被氧化。弱氧化剂(如空气、碘、氧化铁、二氧化锰等)即可将硫醇氧化为二硫化物。硫醇与二硫化物形成的氧还共轭对是生物体内的常见机製,如半胱氨酸-胱氨酸还氧对。生成的二硫化物中的二硫键在维持蛋白质空间结构方面有重要作用。

硫醇用强氧化剂(如高锰酸钾、硝酸、高碘酸)氧化,经过中间物次磺酸、亚磺酸,最终生成磺酸。此法可用于脂肪磺酸的製备。

对硫醇催化加氢,可实现脱硫,产生相应的烃。石油炼製中的加氢脱硫即是基于此反应。石油中有少量硫醇,硫醇的存在不仅会使汽油具有令人讨厌的气味,还会在燃烧时转变为有毒、腐蚀性的二氧化硫和三氧化硫。

与醇的相似性

此外,硫醇还可发生一些与醇相似的反应,例如与羧酸生成硫醇酯,与醛、酮生成缩硫醛酮。后一反套用于在有机合成中保护羰基或除去羰基,或实现羰基的极性转换。

实例与代表物

常见实例

  • 甲硫醇
  • 乙硫醇
  • 乙二硫醇
  • 1-丙硫醇
  • 1,3-丙二硫醇
  • 半胱氨酸
  • 氨基丁酸
  • 卡托普利
  • 辅酶A
  • 谷胱甘肽

代表物

中文名称乙硫醇结构式 典型代表物-乙硫醇
英文名称

ethyl mercaptan;ethanethiol

别名硫氢乙烷;巯基乙烷
分子式C2H6S;CH3CH2SH
性状无色液体,有强烈的蒜气味分子量62.13
蒸汽压53.32kPa/17.7℃密度相对密度(水=1)0.84;
熔沸点熔点 -147℃ 沸点36.2℃溶解度

溶解性微溶于水

溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂

危险性

危险标记 7(低闪点易燃液体)

主要用途用作粘合剂的稳定剂和化学合成的中间体
表格资料整理自

製取方法

硫醇可由卤代烷与硫氢化钠起取代反应製得,或将卤代烷与硫脲反应,然后将产物用硷液处理製得。醇与硫化氢进行高温催化反应,能大量生产廉价的乙硫醇和丁硫醇。

实际套用

有些硫醇可作葯物、解毒剂和橡胶硫化促进剂,也可用作合成杀菌剂的原料。例如,2-巯基苯并噻唑可作橡胶的硫化促进剂;2,3-二巯基丙醇可作砷中毒的解毒剂;6-巯基嘌呤可治癌。

环境影响

人体危害

侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。

健康危害:本品主要作用于中枢神经系统。吸入低浓度蒸气时可引起头痛、恶心;较高浓度出现麻醉作用。高浓度可引起呼吸麻痹致死。中毒者可发生呕吐、腹泻,尿中出现蛋白、管型及血尿。

环境危害

急性毒性:LD50682mg/kg(大鼠经口);LC5011227mg/m4小时(大鼠吸入)。

危险特徵:其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触会猛烈反应。接触酸和酸雾产生有毒气体。与水、水蒸气反应放出有毒的或易燃的气体。与次氯酸钙、氢氧化钙发生剧烈反应。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会引着回燃。若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。

燃烧(分解)产物:一氧化碳、二氧化碳、氧化硫。

前苏联车间空气中有害物质的最高容许浓度1mg/m。

监测方法

泄漏处理

人员处置

迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,并进行隔离,严格限製出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿消防防护服。尽可能切断泄漏源。防止进入下水道、排洪沟等限製性空间。

防护措施

急救措施

污染物处理

  • 小量泄漏:用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用大量水沖洗,洗水稀释后放入废水系统。
  • 大量泄漏:构筑围堤或挖坑收容;用泡沫覆盖,降低蒸气灾害。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内,回收或运至废物处理场所处置。

废弃物处置

用焚烧法。焚烧炉排出的气体要经过硷溶液洗涤处理。

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