甲醇，别名羟基甲烷，化学式为CH3OH(一个甲基与一个羟基相连，通常缩写为MeOH)。甲醇又名木醇，因为甲醇曾经主要是通过干馏木材生产。今天，工业生产甲醇主要通过一氧化碳的氢化。
甲醇是结构最简单的醇，由一个甲基与一个羟基相连组成。甲醇是一种轻质、易挥发、无色、易燃的液体，具有与乙醇(饮用酒精)相似的独特气味。[1]然而，甲醇比乙醇毒性大得多。在室温下，甲醇是一种极性液体。甲醇每年生产2000多万吨，既可以作为许多专业化工品的前体，也被用作其他通用化学品的前体，如甲醛、乙酸、甲基叔丁基醚等。
正常健康的人体内存在少量甲醇。一项研究发现，受试者呼出的气体中甲醇平均含量为4.5 ppm。[2]人体内平均内源性甲醇为0.45克/天，可能由水果中的果胶代谢而来；一公斤苹果可以产生1.4克甲醇。[3]
甲醇可以通过多种细菌的厌氧代谢自然产生，在环境中通常少量存在。因此，大气中含有少量甲醇蒸汽。而大气中的甲醇在几天内被阳光中的空气氧化成二氧化碳和水。
甲醇在空间恒星形成区也有大量发现，并在天文学中用来标记这些区域。甲醇通过它的光谱发射线被探测到。[4]
2006年，天文学家在乔德雷尔银行天文台使用MERLIN射电望远镜阵列在太空中发现了一大团甲醇，直径为2.88亿英里(4.63亿公里)。[5][6] [2016年，天文学家使用阿尔玛射电望远镜在年轻恒星TW Hydrae周围的行星形成盘中检测到甲醇。[7]
甲醇对人体的急性毒性较低，但很危险，因为甲醇与乙醇一起偶尔会被大量摄入。少至10毫升(0.34盎司)的纯甲醇会破坏视神经，导致永久性失明。30毫升(1.0盎司)具有潜在的致命性。[8]半数致死剂量为100毫升(3.4盎司)(即1-2毫升/千克体重的纯甲醇[9]。甲醇的参考剂量为每天0.5毫克/千克。[10][11] 甲醇的中毒效应在摄入后数小时开始，解毒剂通常可以防止永久性损伤。[8]由于甲醇在外观和气味上与乙醇(饮料中的酒精)相似，所以很难区分两者(变性酒精、掺假酒精或质量非常低的酒精饮料也是如此)。然而，耐甲醇现象仍然存在，例如迈克·马洛伊，他是20世纪30年代初甲醇谋杀未遂的受害者。[12]
甲醇有两种毒性机制。首先，甲醇对中枢神经系统的影响可能是致命的，就像乙醇中毒一样，甲醇也是中枢神经系统的抑制剂。第二，在中毒过程中，甲醇通过甲醛代谢成甲酸(以甲酸根离子的形式存在)，[13]这一过程由肝脏中的醇脱氢酶启动。甲醇通过醇脱氢酶转化为甲醛，甲醛通过醛脱氢酶转化为甲酸（甲酸盐）。甲醛通过醛脱氢酶可完全转化为甲酸盐，没有甲醛残留。[14]甲酸盐是有毒的，因为它抑制线粒体细胞色素c氧化酶，导致细胞水平缺氧和代谢性酸中毒，以及各种其他代谢紊乱。[15]
甲醇中毒的爆发是由于饮用酒精的污染。这在发展中国家更常见。[16]2013年，美国发生了1700多起甲醇中毒病例。受影响的通常是成年男子。[17]及时治疗可避免严重后果。[18]对甲醇的毒性早在1856年就有描述。[19]
由于其毒性，甲醇经常被用作工业用乙醇的变性添加剂。在美国和其他一些国家，甲醇的加入免除了工业乙醇（俗称“变性酒精”或“甲基醇”）的酒类消费税。
甲醇主要转化为甲醛，甲醛广泛应用于许多领域，尤其是聚合物。该转化需要氧化:
乙酸可以由甲醇制得。
甲醇和异丁烯合成得到甲基叔丁基醚。甲基叔丁基醚是汽油中主要的辛烷促进剂。
甲醇缩合生产碳氢化合物或芳烃系，是气液转化几项技术的基础。其中包括甲醇制烃(MTH)、甲醇制汽油(MTG)、甲醇制烯烃(MTO)和甲醇制丙烯(MTP)。沸石作为多相催化剂催化这些转化。MTG进程曾在新西兰莫图努伊商业化。[20][21]
欧洲燃料质量指令允许燃料生产商最多将3%的甲醇和等量的助溶剂掺入欧洲销售的汽油中。中国每年使用45亿升以上的甲醇作为运输燃料，用于常规车辆的低浓度混合燃料，以及为甲醇燃料设计的车辆中的高浓度混合燃料。
甲醇是大多数简单甲胺、甲基卤化物和甲基醚的前体。[22]甲酯由甲醇生产，包括脂肪酯交换和酯交换生产生物柴油。[22][23]
能量载体
甲醇是一种有很前途的能量载体，因为作为液体，甲醇比氢气和天然气更容易储存。然而，甲醇的能量密度很低，相当于部分燃烧的甲烷。甲醇的能量密度是15.6兆焦耳/升，而乙醇是24兆焦耳/升，汽油是33兆焦耳/升
甲醇的进一步优点是其易于生物降解和低毒性。它不会在好氧(有氧)或厌氧(无氧)环境中持续存在。甲醇在地下水中的半衰期仅为1至7天，而许多普通汽油成分的半衰期为数百天(例如苯的半衰期为10至730天)。由于甲醇可与水混溶并可生物降解，它不太可能积聚在地下水、地表水、空气或土壤中。[24]
车辆燃料
甲醇偶尔被用来为内燃机提供燃料。它燃烧生成二氧化碳和水:
燃料中甲醇浓度高带来的一个问题是醇会腐蚀一些金属，尤其是铝。甲醇燃料已被提议用于地面运输。甲醇的经济主要优点是可以适应汽油内燃机，对发动机和对输送和储存液体燃料的基础设施的改动最小。然而，甲醇的能量密度只有汽油的一半，这意味着需要两倍体积的甲醇。
其他应用
甲醇是一种传统的乙醇变性剂，其产品被称为“变性酒精”或“甲基化醇”。在劝阻私酒消费的禁酒令期间，变性酒精被普遍使用，并最终导致数人死亡。[25]
甲醇在管道和挡风玻璃洗涤液中用作溶剂和防冻剂。20世纪初，甲醇被用作汽车冷却液防冻剂。[26]截至2018年5月，因为甲醇有被饮用的风险，欧盟禁止甲醇用于挡风玻璃清洗或除霜。[27]
在一些废水处理厂，废水中加入少量甲醇，为反硝化细菌提供碳源，反硝化细菌将硝酸盐转化为氮气，减少敏感含水层的硝化作用。
甲醇是聚丙烯酰胺凝胶电泳中的降粘剂。
甲醇燃料电池的独特之处在于其低温、常压操作，这使其大大小型化。[28][29]该特性与甲醇相对容易和安全的储存和处理相结合，为燃料电池供电的消费电子产品开辟了可能性，如笔记本电脑和移动电话。[30]
甲醇也是野营和划船便携炉中广泛使用的燃料。甲醇在未加压的燃烧器中燃烧良好，所以酒精炉通常非常简单，有时仅仅是一个盛燃料的杯子。这种简易性使得它们成为野外长时间徒步旅行者的最爱。同样，酒精可以凝胶化，可以降低泄漏或溢出的风险，就像“斯特恩诺”品牌一样。
甲醇与水混合后注入高性能柴油和汽油发动机，以提高功率和降低进气温度，这一过程称为水甲醇注入。
一氧化碳和氢气在催化剂上反应生成甲醇。如今，最广泛使用的催化剂是铜和氧化锌的混合物，负载在氧化铝上，1966年ICI首次使用这种催化剂。在5-10兆帕(50-100大气压)和250℃(482℉)下，反应具有较高的选择性(> 99.8%):
甲烷生产合成气时，每摩尔一氧化碳产生三摩尔氢气，而合成每摩尔一氧化碳仅消耗两摩尔氢气。处理过量氢气的一种方法是将二氧化碳注入甲醇合成反应器，在那里二氧化碳也根据以下反应式生成甲醇:
就机理而言，这一过程是通过最初将一氧化碳转化为二氧化碳，然后再进行氢化:[[31]
其中副产物H2O通过水煤气变换反应回收
下面给出了一个总体反应，与上面列出的相同。
甲烷催化转化为甲醇受包括甲烷单加氧酶在内的多种酶的影响。这些酶是混合功能氧化酶，即氧化过程与水[32]和NAD+的生成联系在一起。[33]
CH4 + O2 + NADPH + H+ → CH3OH + H2O + NAD+
铁基和铜基酶都已被表征。[33]为了模拟这一反应，已经进行了大量努力，但尚未有显著结果。[34][35] 甲醇比原料甲烷更容易氧化，因此反应往往不具有选择性。存在一些规避这个问题的策略，例如希洛夫体系和含铁和铜的沸石。[36]这些系统不一定模拟金属酶的作用机制，但可以从中获得了一些启示。活性位点可以与酶中已知酶位点有很大不同。例如，在sMMO酶中提出了双核活性位点，而在铁沸石中提出了单核铁(α-氧)。[37]
甲醇有各种纯度等级的市售品。 商用甲醇通常根据美国材料试验标准纯度等级A和AA进行分类。化学用甲醇通常相当于AA级。除了水，典型的杂质还包括丙酮和乙醇(很难通过蒸馏分离)。紫外-可见光谱是检测芳香族杂质的一种简便方法。水含量可以通过卡尔费休滴定法测定。
古埃及人在遗体保存防腐过程中，使用了一种包括甲醇的混合物质，这种混合物是他们热解木材得到的。然而，直到1661年，罗伯特·波义耳才首次分离出来纯甲醇，方法是蒸馏黄杨木（箱木）。[38]后称为“木精（英文：pyroxylic spirit）”。1834年，法国化学家让-巴蒂斯特·仲马和尤金·佩利格特测定了它的元素组成。[39]
他们还将“甲基（methylène）”一词引入有机化学，起源于希腊语methy = "alcoholic liquid" + hȳlē = "forest, wood, timber, material"。“甲基”被定义为一种“基团”，其中氢含量约占14%(重量)，且含有一个碳原子。这应当是CH2，但是当时碳的原子量被认为只有氢的六倍，所以他们给出了CH的公式。[39]木醇也被称为“双水化合物”，（因为木醇分子式被认为是C4H8O4 = (CH)4(H2O)2)。术语“甲基”是在大约1840年由“亚甲基”逆构而成的，之后被用来描述“甲基醇”。1892年，国际化学命名会将其简称为“甲醇”。[40]有机化学中碳基团命名时用的后缀-yl，就来源于甲基一词。
1923年，德国化学家阿尔文·米塔斯和马蒂亚斯·皮尔在巴斯夫公司工作，开发了一种将合成气(一氧化碳、二氧化碳和氢气的混合物)转化为甲醇的工艺。相关美国专利1，569，775(US 1569775)于1924年9月4日申请，并于1926年1月12日发布；该工艺使用一种铬和氧化锰的催化剂，条件极其苛刻:压力范围从50到220大气压，温度高达450℃。现代甲醇生产通过使用能够在较低压力下操作的催化剂(通常为铜)，而变得更加高效。现代低压甲醇(LPM)工艺是由ICI在20世纪60年代末开发的，其技术US 3326956专利早已过期。
第二次世界大战期间，德国的几种军用火箭设计中，甲醇被用作燃料，命名为M-斯托夫，当甲醇与肼以大约50/50的比例混合时，称为C-斯托夫。
在20世纪70年代的石油危机中，将甲醇用作汽车燃料的观点受到了关注。到20世纪90年代中期，美国引进了20，000多辆能够使用甲醇或汽油的甲醇燃料汽车。此外，在20世纪80年代和90年代初，欧洲销售的汽油燃料中混合了少量甲醇。到20世纪90年代末，汽车制造商停止制造甲醇燃料汽车，转而关注乙醇燃料汽车。尽管甲醇燃料汽车项目在技术上取得了成功，但在90年代中后期汽油价格下跌，甲醇价格的上涨，降低了人们对甲醇燃料的兴趣。[59]
20世纪70年代初，美孚开发了一种利用甲醇生产汽油燃料的工艺。
20世纪60年代至80年代，甲醇作为原料化学品乙酸和乙酸酐的前体出现。相关工艺包括孟山都醋酸合成、卡提瓦工艺和田纳西伊斯曼醋酸酐工艺。
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