Etilenglikolio charakteristikos. Dviejų rūgšties alkoholis. Etileno glikolio eteriai

Labiausiai žinomi ir naudojami žmogaus gyvenime ir pramonėje medžiagos, priklausančios poliamidrinių alkoholių kategorijai, yra etilenglikolis ir glicerinas. Jų moksliniai tyrimai ir naudojimas prasidėjo kelis šimtmečius, tačiau šių organinių junginių savybės daugiausia yra unikalios ir unikalios, dėl ko jos yra nepakeičiamos iki šios dienos. Daugiafunkciai alkoholiai naudojami daugelyje cheminių sintezių, pramonės šakų ir žmogaus gyvenimo srityse.

Pirmasis "pažinimas" su etilenglikolio ir glicerino: įsigijimo istorija

1859 m. Dvigubas dibrometano ir sidabro acetato reakcijos procesas ir vėlesnis apdorojimas kaustiniu kaliu, paruoštu pirmoje etilenglikolio diacetato reakcijoje, pirmą kartą buvo sintezuotas etilo glikolis Charlesas Wurzas. Kartą vėliau buvo sukurtas dibrometano tiesioginės hidrolizės metodas, tačiau XX a. Pradžioje pramoninis molekulmas etilo chlorohidrino hidrolizės būdu buvo pagamintas dihidrato alkoholis 1,2-dihidroksietanas, taip pat monoetilenglikolis arba tiesiog glikolis.

Iki šiol tiek pramonėje, tiek laboratorijoje naudojami kiti metodai, nauji, ekonomiškesni iš žaliavų ir energijos požiūriu bei ekologiški, nes naudojami reagentai, kurių sudėtyje yra chloro, toksinų, kancerogenų ir kitų pavojų aplinkai bei žmonėms Cheminė medžiaga yra mažesnė kaip "žaliosios" chemijos plėtra.

1799 m. Apothecieris Carlas Vilhelmas Scheele atrado glicerolį, o specifinę jo sudėtį 1836 m. Ištyrė Theophilus Julius Peluzas. Po dviejų dešimtmečių šio triatominio alkoholio molekulės struktūra buvo nustatyta ir pagrįsta Pierre Eugene Marcelia Vertello ir Charles Wurz raštu. Galiausiai, praėjus dvidešimčiai metų, Charles Friedel atliko visišką glicerino sintezę. Šiuo metu pramonė naudoja du gamybos būdus: alilo chlorido iš propileno, taip pat per akroleiną. Etilenglikolio, kaip ir glicerolio, cheminės savybės plačiai naudojamos įvairiuose cheminės gamybos srityse.

Ryšio struktūra ir struktūra

Molekulė yra pagrįsta nesočiųjų angliavandenilių etileno skeletu, susidedančiu iš dviejų anglies atomų, kuriame buvo suskaidyta dviguba jungtis. Dvi hidroksilo grupės prisijungė prie atlaisvintų valentingumo vietų prie anglies atomų. Etileno formulė yra C ₂ H ₄ , po krano susiliejimo ir hidroksilo grupių (po kelis etapus) jis atrodo kaip C ₂ H ₄ (OH) ₂ . Tai yra etilenglikolis.

Etileno molekulė turi linijinę struktūrą, o dihidratas turi tam tikrą transkonfigūraciją hidroksilo grupių atžvilgiu, atsižvelgiant į anglies šerdį ir tarpusavyje (šis terminas visiškai taikomas pozicijai, atsižvelgiant į daugialypį ryšį). Toks dislokavimas atitinka pačią nutolusią vandenilio vietą iš funkcinių grupių, mažiau energijos, taigi ir maksimalų sistemos stabilumą. Paprasčiau tariant, vienas "ON" grupės "atrodo", o kitas - žemyn. Tuo pačiu metu junginiai su dviem hidroksilais yra nestabili: kai reakcijos mišinyje susidaro vienas anglies atomas, jie nedelsiant dehidratuojami, pereinant prie aldehidų.

Klasifikavimo priklausomybė

Etilenglikolio cheminės savybės yra nustatomos pagal daugiakampių alkoholių grupę, ty diolių pogrupį, ty junginius su dviem hidroksilo liekanomis prie gretimų anglies atomų. Medžiaga, kurios sudėtyje taip pat yra keletas OH pakaitalų, taip pat yra glicerinas. Jis turi tris alkoholio funkcines grupes ir yra labiausiai paplitęs jo poklasio atstovas.

Daugelis šios klasės junginių taip pat gaminami ir naudojami cheminei gamybai įvairiems sintezėms ir kitiems tikslams, tačiau etilenglikolio naudojimas yra dar rimtesnis ir naudojamas beveik visose pramonės šakose. Šis klausimas bus išsamiau aptartas toliau.

Fizinės charakteristikos

Etilenglikolio naudojimas paaiškinamas tuo, kad yra keletas savybių, būdingų daugiavaleniams alkoholiams. Tai yra skiriamieji požymiai, būdingi tik tam tikrai organinių junginių klasei.

Svarbiausia iš savybių yra neribotas gebėjimas maišyti su H2O. Vanduo + etilenglikolis suteikia unikalią savybę: jos užšalimo temperatūra, priklausomai nuo diolio koncentracijos, yra 70 laipsnių žemesnė negu gryno distiliato koncentracija. Svarbu pažymėti, kad ši priklausomybė yra nelinijinė ir, pasiekus tam tikrą kiekybinį glikolio kiekį, prasideda atvirkštinis poveikis - užšalimo taškas didėja didėjant tirpstajam procentui. Ši funkcija yra pritaikyta įvairių antifrezinų, neužšalusių skysčių, kurie kristalizuojasi esant labai mažoms aplinkos temperatūrinėms savybėms, gamybos srityje.

Išskyrus vandenį, tirpinimo procesas vyksta gerai alkoholyje ir acetone, tačiau jo nėra stebint parafiniuose, benzenuose, eteriuose ir anglies tetrachloride. Priešingai nei jo alifatinis tėvas - dujinė medžiaga, tokia kaip etilenas, etilenglikolis, yra panašus į sirupą, skaidrus, švelnus geltonasis atspalvis, skonio skonis, turintis neaktyvią kvapą, beveik nestabilus. 100% etilenglikolio užšalimas yra -12,6 laipsnių Celsijaus ir verdantis +197,8. Esant normalioms sąlygoms, tankis yra 1,11 g / cm3.

Gavimo metodai

Etileno glikolį galima gauti keliais būdais, kai kurie iš jų šiandien turi tik istorinę ar preparatyvinę vertę, o kitus žmonės aktyviai naudoja ne tik pramonėje, bet ir kitoje. Laikydamiesi chronologine tvarka, laikykitės svarbiausių dalykų.

Pirmasis etilenglikolio iš dibrometano gamybos būdas jau buvo aprašytas aukščiau. Etileno formulė, kurios dviguba jungtis yra suskaidyta, o laisvus valencijas užima halogenai, - pagrindinė šios reakcijos pradinė medžiaga, be anglies ir vandenilio, savo sudėtyje yra du bromo atomai. Tarpinio produkto susidarymas pirmajame proceso etape yra įmanomas būtent dėl jų skilimo, t. Y. Pakeičiant acetatinėmis grupėmis, kurios po tolesnės hidrolizės paverčiamos alkoholinėmis.

Vykdant tolesnę mokslo raidą tapo įmanoma gauti etilenglikolį tiesiogine hidrolize bet kokio etano, pakeisto dviem halogenais iš gretimų anglies atomų, naudojant vandenilius metalų karbonatų iš šarminės grupės arba (mažiau aplinkai nekenksmingų) H ₂ O ir švino dioksido. Reakcija yra gana "daug laiko" ir tęsia tik labai aukštą temperatūrą ir spaudimą, tačiau tai netrukdė vokiečiams naudoti šį metodą per pasaulinius karus gaminant etilenglikolį pramoniniu mastu.

Jo vaidmenį organinės chemijos plėtrai atliko etileno gliukolio gavimas iš etileno chlorhidrino jo hidrolizės būdu naudojant šarminės grupės metalų anglies druskas. Padidėjus reakcijos temperatūrai iki 170 laipsnių, pageidaujamo produkto derlius pasiekė 90%. Tačiau buvo didelis trūkumas - glikoliui reikia kažkaip išgauti iš druskos tirpalo, kuris tiesiogiai susijęs su daugeliu sunkumų. Mokslininkai išsprendė šią problemą, sukūrę metodą su ta pačia pradine medžiaga, bet suskirstydami procesą į du etapus.

Etilenglikolio acetatų hidrolizė, kuri yra paskutinė Wurz metodo stadija, tapo atskiru metodu, kai jie galėjo paruošti pradinį reagentą, oksiduojant etileną acto rūgštyje su deguonimi, ty nenaudojant brangių ir visiškai neekologinių halogenų junginių.

Taip pat egzistuoja daug būdų, kaip gaminti etilenglikolį oksiduojant etileną su hidroperoksidu, peroksidu, organinėmis peroksidomis, esant katalizatoriams (osmiumo junginiams), kalio chloratui ir tt Elektrocheminiai ir radiaciniai-cheminiai metodai taip pat egzistuoja.

Bendrųjų cheminių savybių apibūdinimas

Etilenglikolio cheminės savybės yra nustatomos pagal jo funkcines grupes. Atsižvelgiant į proceso sąlygas, reakcijose gali dalyvauti vienas hidroksilo pakaitas arba abu. Pagrindinis reaktyvumo skirtumas yra tas, kad dėl daugelio hidroksilų buvimo daugybėje alkoholio ir jų tarpusavio įtaka atsiranda stipresnių rūgščių savybių nei monoatominių "analogiškų". Todėl reakcijose su šarminiais produktais yra druskų (glikolio glikolatų, glicerolio - gliceratų).

Etilenglikolio, taip pat glicerino cheminės savybės apima visas alkoholio reakcijas iš monatominių kategorijų. Atsižvelgiant į reakcijas su monobazinėmis rūgštimis, glikolis suteikia pilnus ir neišsamius eterius, atitinkamai gliukolitai susidaro šarminiais metalais, o cheminiu procesu su stipriomis rūgštimis arba jų druskomis išlaisvinamas acto rūgšties aldehidas - išsiskiriant iš vandenilio atomo molekulės.

Reakcijos su aktyviaisiais metalais

Etilenglikolio sąveika su aktyviaisiais metalais (stovint po vandeniliu cheminio įtempio diapazone) aukštose temperatūrose duoda atitinkamo metalo etilenglikolatą, plius vandenilis.

C ₂ H ₄ (OH) ₂ + X → C ₂ H ₄ O ₂ X, kur X yra aktyvus divalentinis metalas.

Kokybinė reakcija į etilenglikolį

Išskirkite daugiamatinį alkoholį iš bet kokio kito skysčio, naudodami regėjimo reakciją, būdingą tik šiai junginių klasei. Dėl to šviežiai išpilstytas vario hidroksidas (2), turintis būdingą mėlyną atspalvį, išpilamas į bespalvį alkoholio tirpalą. Kai mišri komponentai sąveikauja, nuosėdos ištirpinamos, o tirpalas yra spalvos prisotinta mėlyna spalva - dėl vario glikolato susidarymo (2).

Polimerizacija

Etilenglikolio cheminės savybės yra labai svarbios tirpiklių gamybai. Minėtos medžiagos tarpmiestinis dehidratacija, t. Y. Vandens pašalinimas iš kiekvienos iš dviejų glikolio molekulių ir jų tolesnis derinys (viena hidroksilo grupė visiškai suskaidoma, o kita - tik vandenilis), leidžia gauti unikalų organinį tirpiklį, dioksaną, kuris dažnai naudojamas organinėje chemijoje, Nepaisant didelio toksiškumo.

Hidroksilio keitimas iki halogeno

Kai etilenglikolis reaguoja su vandenilio rūgšties rūgštimis, hidroksilo grupės yra pakeistos atitinkamu halogenu. Pakeitimo laipsnis priklauso nuo molinės vandenilio halogenido koncentracijos reakcijos mišinyje:

HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2-CH2-X, kur X yra chloras arba bromas.

Eterių paruošimas

Etilenglikolio reakcijose su azoto rūgštimi (tam tikra koncentracija) ir monobazinėmis organinėmis rūgštimis (skruzdžių, acto, propiono, riebi, valerijono ir tt) susidaro sudėtingi ir atitinkamai paprasti monoesteriai. Kitur azoto rūgšties koncentracija yra glikolio di- ir trinitroesteriai. Kaip katalizatorių naudojama tam tikros koncentracijos sieros rūgštis.

Svarbiausi etilenglikolio dariniai

Vertingos medžiagos, kurias galima gauti iš daugybinių alkoholių, naudojant paprastas chemines reakcijas (aprašytas pirmiau), yra etilenglikolio eteriai. Būtent: monometalis ir monoetilas, kurių formulės yra atitinkamai HO-CH2-CH2-O-CH3 ir HO-CH2-CH2-O-C2H5. Cheminėmis savybėmis jie daugeliu atžvilgių yra panašūs į glikolius, tačiau, kaip ir bet kuri kita junginių klasė, jiems būdingos unikalios reakcijos ypatybės:

• Monometyletieno glikolis yra be spalvos skystis, bet su būdingu kvapo kvapu, verdančiu 124,6 laipsnio Celsijaus laipsniu, puikiai tirpsta etanolyje, kituose organiniuose tirpikliuose ir vandenyje, yra daug lakesnis negu glikolis ir kurio tankis mažesnis nei vandens (užsakymo 0.965 g / cm ³ ).
• Dimetiletieno glikolis taip pat yra skystis, bet mažiau reiškiantis kvapas - 0,935 g / cm3 tankis, virimo taškas yra 134 laipsniai virš nulio ir tirpumas, panašus į ankstesnį homologą.

Tai, kad dažniausiai vadinami etilenglikolio monoesteriai, yra gana paplitęs. Jie naudojami kaip reagentai ir tirpikliai organinėje sintezėje. Jų fizinės savybės taip pat naudojamos antikoroziniam ir antikristalizacijos priedams antifrizo ir variklių alyvose.

Taikymo sritys ir gamybos linijos kainų politika

Tokių reagentų gamyboje ir pardavimo įmonėse ir įmonėse kainos svyruoja vidutiniškai apie 100 rublių už kilogramą cheminio junginio, tokio kaip etilenglikolis. Kaina priklauso nuo medžiagos grynumo ir didžiausio tikslinio produkto procento.

Etilenglikolio naudojimas neapriboja vienos srities. Taigi, kaip žaliava, jis naudojamas organinių tirpiklių, dirbtinių dervų ir pluoštų gamybai, skysčiams, kurie užšaldomi esant neigiamai temperatūrai. Ji dalyvauja daugelyje pramonės sektorių, tokių kaip automobilių, aviacijos, farmacijos, elektros, odos, tabako. Jo svarba organinei sintezei yra neabejotinai svarbi.

Svarbu prisiminti, kad glikolis yra toksiškas junginys, kuris gali sukelti nepataisomą žalą žmonių sveikatai. Todėl jis laikomas hermetiškuose induose, pagamintame iš aliuminio arba plieno, su privalomu vidiniu sluoksniu, kuris apsaugo talpyklą nuo korozijos, tik vertikalioje padėtyje ir patalpose, kuriose nėra šildymo sistemų, tačiau gerai vėdinama. Terminas - ne daugiau kaip penkeri metai.