Το πιο διάσημο και χρησιμοποιείται στην ανθρώπινη ζωή καιΣτη βιομηχανία, ουσίες που ανήκουν στην κατηγορία των πολυυδρικών αλκοολών είναι η αιθυλενογλυκόλη και η γλυκερίνη. Η έρευνα και η χρήση τους ξεκίνησαν πριν από αρκετούς αιώνες, αλλά οι ιδιότητες αυτών των οργανικών ενώσεων είναι σε μεγάλο βαθμό μοναδικές και μοναδικές, γεγονός που τις καθιστά απαραίτητες μέχρι σήμερα. Οι πολυυδρικές αλκοόλες χρησιμοποιούνται σε πολλές χημικές συνθέσεις, βιομηχανίες και σφαίρες της ανθρώπινης ζωής.
Η πρώτη "γνωριμία" με την αιθυλενογλυκόλη και τη γλυκερίνη: μια ιστορία παραγωγής
Το 1859, μέσω μιας διαδικασίας δύο σταδίωναλληλεπίδραση διβρωμοαιθανίου με οξικό άργυρο και επακόλουθη κατεργασία με υδροξείδιο καλίου που ελήφθη κατά την πρώτη αντίδραση οξικού αιθυλενογλυκόλης, ο Charles Wurz συνέθεσε πρώτη αιθυλενογλυκόλη. Λίγο καιρό αργότερα, αναπτύχθηκε μια μέθοδος για την άμεση υδρόλυση του διβρομεθανίου, αλλά σε βιομηχανική κλίμακα στις αρχές του εικοστού αιώνα, η 1,2-διοξοαιθανική διατομική αλκοόλη, επίσης γνωστή ως μονοαιθυλενογλυκόλη, ή απλά γλυκόλη, αποκτήθηκε στις ΗΠΑ με υδρόλυση αιθυλενοχλωροϋδρίνης.
Σήμερα, τόσο στη βιομηχανία όσο και στοΤα εργαστήρια εφαρμόζουν μια σειρά από άλλες μεθόδους, νέες, πιο οικονομικές από την άποψη των πρώτων υλών και της ενέργειας, και φιλικές προς το περιβάλλον, καθώς η χρήση αντιδραστηρίων που περιέχουν ή απελευθερώνουν χλώριο, τοξίνες, καρκινογόνα και άλλες ουσίες επικίνδυνες για το περιβάλλον και τους ανθρώπους μειώνεται καθώς αναπτύσσεται το πράσινο. χημεία.
Ο φαρμακοποιός Karl Wilhelm Scheele το 1779Η γλυκερίνη ανακαλύφθηκε και η σύνθεση της ένωσης μελετήθηκε το 1836 από τον Theophile Jules Peluse. Δύο δεκαετίες αργότερα, η δομή του μορίου αυτής της τριυδρικής αλκοόλης καθιερώθηκε και τεκμηριώθηκε στα έργα των Pierre Eugene Marseille Vertelo και Charles Wurz. Τέλος, είκοσι χρόνια αργότερα, ο Charles Friedel πραγματοποίησε μια πλήρη σύνθεση γλυκερίνης. Επί του παρόντος, η βιομηχανία χρησιμοποιεί δύο μεθόδους για την παραγωγή της: μέσω αλλυλοχλωριδίου από προπυλένιο και επίσης μέσω ακρολεΐνης. Οι χημικές ιδιότητες της αιθυλενογλυκόλης, όπως η γλυκερόλη, χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς της χημικής παραγωγής.
Η δομή και η δομή της ένωσης
Το μόριο βασίζεται σε ακόρεστασκελετός υδρογονάνθρακα αιθυλενίου, αποτελούμενος από δύο άτομα άνθρακα, στο οποίο έσπασε ένας διπλός δεσμός. Δύο υδροξυλομάδες εντάχθηκαν στα κενά σθένη των ατόμων άνθρακα. Τύπος αιθυλενίου - C2H4, μετά τη διακοπή της σύνδεσης του γερανού και τη σύνδεση των ομάδων υδροξυλίου (μετά από διάφορα στάδια), μοιάζει με C2H4(ΑΥΤΟΣ)2. Αυτή είναι η αιθυλενογλυκόλη.
Το μόριο αιθυλενίου έχει γραμμική δομή, ενώενώ η διυδρική αλκοόλη έχει μια ορισμένη ομοιότητα trans-διαμόρφωσης στη διάταξη των υδροξυλομάδων σε σχέση με την ραχοκοκαλιά του άνθρακα και μεταξύ τους (αυτός ο όρος εφαρμόζεται πλήρως στη θέση σε σχέση με πολλούς δεσμούς). Μια τέτοια εξάρθρωση αντιστοιχεί στην πιο απομακρυσμένη διάταξη υδρογόνων από λειτουργικές ομάδες, λιγότερη ενέργεια και συνεπώς - τη μέγιστη σταθερότητα του συστήματος. Με απλά λόγια, μια ομάδα OH «κοιτάζει ψηλά» και η άλλη κάτω. Ταυτόχρονα, οι ενώσεις με δύο υδροξύλια είναι ασταθείς: σε ένα άτομο άνθρακα, σχηματίζοντας στο μείγμα αντίδρασης, αφυδατώνουν αμέσως, μετατρέπονται σε αλδεϋδες.
Ταξινόμηση
Προσδιορίζονται οι χημικές ιδιότητες της αιθυλενογλυκόληςΗ προέλευσή του προέρχεται από την ομάδα πολυυδρικών αλκοολών, συγκεκριμένα από μια υποομάδα διόλων, δηλαδή από ενώσεις με δύο θραύσματα υδροξυλίου σε παρακείμενα άτομα άνθρακα. Η γλυκερόλη είναι επίσης μια ουσία που περιέχει επίσης αρκετούς υποκαταστάτες ΟΗ. Έχει τρεις λειτουργικές ομάδες αλκοόλ και είναι ο πιο κοινός εκπρόσωπος της υποκατηγορίας του.
Πολλές ενώσεις αυτής της κατηγορίας λαμβάνουν επίσηςχρησιμοποιείται στη χημική παραγωγή για διάφορες συνθέσεις και άλλους σκοπούς, αλλά η χρήση αιθυλενογλυκόλης έχει μια πιο σοβαρή κλίμακα και εμπλέκεται σε όλες σχεδόν τις βιομηχανίες. Αυτό το ζήτημα θα εξεταστεί λεπτομερέστερα παρακάτω.
Φυσικά χαρακτηριστικά
Η χρήση αιθυλενογλυκόλης εξηγείται από την παρουσία ορισμένων ιδιοτήτων που είναι εγγενείς στις πολυυδρικές αλκοόλες. Αυτά είναι διακριτικά χαρακτηριστικά που είναι χαρακτηριστικά μόνο για αυτήν την κατηγορία οργανικών ενώσεων.
Η πιο σημαντική ιδιότητα είναι η απεριόριστη ικανότητα ανάμιξης με H2ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ.Το νερό + αιθυλενογλυκόλη δίνει ένα διάλυμα που έχει ένα μοναδικό χαρακτηριστικό: η θερμοκρασία κατάψυξης, ανάλογα με τη συγκέντρωση της διόλης, είναι 70 βαθμούς χαμηλότερη από εκείνη του καθαρού αποστάγματος. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτή η εξάρτηση είναι μη γραμμική, και όταν φτάσει σε μια ορισμένη ποσοτική περιεκτικότητα σε γλυκόλη, αρχίζει το αντίθετο αποτέλεσμα - η θερμοκρασία κατάψυξης αυξάνεται με αύξηση του ποσοστού της διαλυτής ουσίας. Αυτό το χαρακτηριστικό έχει βρει εφαρμογή στην παραγωγή διαφόρων αντιψυκτικών, μη παγωμένων υγρών, τα οποία κρυσταλλώνουν σε εξαιρετικά χαμηλά θερμικά χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος.
Εκτός από το νερό, η διαδικασία διάλυσης είναι εξαιρετική.προχωρά σε αλκοόλη και ακετόνη, αλλά δεν παρατηρείται σε παραφίνες, βενζόλια, αιθέρες και τετραχλωράνθρακα. Σε αντίθεση με τον αλειφατικό του πρόγονο - μια αέρια ουσία όπως το αιθυλένιο, η αιθυλενογλυκόλη είναι ένα διαφανές υγρό που μοιάζει με σιρόπι με ελαφρώς κίτρινη απόχρωση, γλυκιά γεύση, με χαρακτηριστική οσμή, πρακτικά μη πτητική. Η κατάψυξη εκατό τοις εκατό αιθυλενογλυκόλης συμβαίνει στους - 12,6 βαθμούς Κελσίου και βράζει στους +197,8. Υπό κανονικές συνθήκες, η πυκνότητα είναι 1,11 g / cm3.
Μέθοδοι απόκτησης
Η αιθυλενογλυκόλη μπορεί να ληφθεί σε αρκετέςτρόπους, μερικοί από αυτούς σήμερα έχουν μόνο ιστορική ή προπαρασκευαστική σημασία, ενώ άλλοι χρησιμοποιούνται ενεργά από τους ανθρώπους σε βιομηχανική κλίμακα και όχι μόνο. Ακολουθώντας με χρονολογική σειρά, θα εξετάσουμε τα πιο σημαντικά.
Η πρώτη μέθοδος λήψης έχει ήδη περιγραφεί παραπάνω.αιθυλενογλυκόλη από διβρωμοαιθάνιο. Ο τύπος του αιθυλενίου, του οποίου ο διπλός δεσμός είναι σπασμένος, και οι ελεύθεροι σθένοι καταλαμβάνονται από αλογόνα, - η κύρια αρχική ουσία αυτής της αντίδρασης - εκτός από τον άνθρακα και το υδρογόνο, έχει δύο άτομα βρωμίου στη σύνθεσή του. Ο σχηματισμός μιας ενδιάμεσης ένωσης στο πρώτο στάδιο της μεθόδου είναι δυνατός ακριβώς λόγω της απομάκρυνσής τους, δηλαδή της υποκατάστασης με οξικές ομάδες, οι οποίες μετατρέπονται σε ομάδες αλκοόλης με περαιτέρω υδρόλυση.
Στη διαδικασία της περαιτέρω ανάπτυξης της επιστήμης, έγινεείναι δυνατόν να ληφθεί αιθυλενογλυκόλη με άμεση υδρόλυση οποιουδήποτε αιθανίου υποκατεστημένου από δύο αλογόνα σε γειτονικά άτομα άνθρακα χρησιμοποιώντας υδατικά διαλύματα ανθρακικών μετάλλων από την αλκαλική ομάδα ή (λιγότερο φιλικό προς το περιβάλλον αντιδραστήριο) H2Περίπου και διοξείδιο μολύβδου.Η αντίδραση είναι αρκετά «επίπονη» και προχωρά μόνο σε σημαντικά αυξημένες θερμοκρασίες και πιέσεις, αλλά αυτό δεν εμπόδισε τους Γερμανούς να χρησιμοποιήσουν αυτή τη μέθοδο για την παραγωγή αιθυλενογλυκόλης σε βιομηχανική κλίμακα κατά τη διάρκεια των παγκόσμιων πολέμων.
Έχει παίξει ρόλο στην ανάπτυξη της οργανικής χημείαςκαι μέθοδος παραγωγής αιθυλενογλυκόλης από αιθυλενοχλωροϋδρίνη με υδρόλυση με άλατα άνθρακα αλκαλικών μετάλλων. Με αύξηση της θερμοκρασίας αντίδρασης στους 170 βαθμούς, η απόδοση του προϊόντος στόχου έφτασε το 90%. Ωστόσο, υπήρχε ένα σημαντικό μειονέκτημα - η γλυκόλη έπρεπε να απομακρυνθεί με κάποιο τρόπο από το διάλυμα αλατιού, το οποίο σχετίζεται άμεσα με ορισμένες δυσκολίες. Οι επιστήμονες έχουν λύσει αυτό το ζήτημα αναπτύσσοντας μια μέθοδο με το ίδιο αρχικό υλικό, αλλά χωρίζοντας τη διαδικασία σε δύο στάδια.
Η υδρόλυση των οξικών αιθυλενογλυκόλης, ήταν προηγουμένωςτο τελικό στάδιο της μεθόδου Würz, έγινε μια ξεχωριστή μέθοδος όταν κατάφεραν να αποκτήσουν το αρχικό αντιδραστήριο οξειδώνοντας αιθυλένιο σε οξικό οξύ με οξυγόνο, δηλαδή, χωρίς τη χρήση δαπανηρών και εντελώς μη περιβαλλοντικών ενώσεων αλογόνου.
Πολλές μέθοδοι παραγωγής είναι επίσης γνωστές.αιθυλενογλυκόλη με οξείδωση αιθυλενίου με υδροϋπεροξείδια, υπεροξείδια, οργανικά υπεροξέα παρουσία καταλυτών (ενώσεις οσμίου), χλωριούχο κάλιο, κ.λπ. Υπάρχουν επίσης ηλεκτροχημικές και ακτινοχημικές μέθοδοι.
Χαρακτηρισμός γενικών χημικών ιδιοτήτων
Προσδιορίζονται οι χημικές ιδιότητες της αιθυλενογλυκόληςτις λειτουργικές του ομάδες. Οι αντιδράσεις μπορεί να περιλαμβάνουν έναν υδροξύλιο υποκαταστάτη ή και τα δύο, ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας. Η κύρια διαφορά στην αντιδραστικότητα είναι ότι λόγω της παρουσίας αρκετών υδροξυλίων στην πολυυδρική αλκοόλη και της αμοιβαίας επιρροής τους, εκδηλώνονται ισχυρότερες όξινες ιδιότητες από ό, τι στα μονοατομικά «αδέλφια». Ως εκ τούτου, σε αντιδράσεις με αλκάλια, τα προϊόντα είναι άλατα (για γλυκόλη - γλυκολικό, για γλυκερόλη - γλυκερικά).
Οι χημικές ιδιότητες της αιθυλενογλυκόλης, καθώς καιγλυκερίνη, περιλαμβάνονται όλες οι αντιδράσεις αλκοολών από τη μονοϋδρική κατηγορία. Η γλυκόλη δίνει πλήρεις και ατελείς εστέρες σε αντιδράσεις με μονοβασικά οξέα, το γλυκολικό, αντίστοιχα, σχηματίζεται με αλκαλικά μέταλλα και σε μια χημική διαδικασία με ισχυρά οξέα ή τα άλατά τους, το οξικό οξύ αλδεΰδη απελευθερώνεται λόγω της εξάλειψης ενός ατόμου υδρογόνου από το μόριο .
Αντιδράσεις με ενεργά μέταλλα
Αλληλεπίδραση αιθυλενογλυκόλης με ενεργόμέταλλα (που στέκονται μετά από υδρογόνο στη χημική σειρά τάσης) σε υψηλές θερμοκρασίες δίνουν αιθυλενογλυκολικό του αντίστοιχου μετάλλου, ενώ απελευθερώνεται υδρογόνο
Γ2H4(ΑΥΤΟΣ)2 + X → Γ2H4Ω2X, όπου το X είναι ένα ενεργό δισθενές μέταλλο.
Ποιοτική αντίδραση στην αιθυλενογλυκόλη
Ξεχωρίστε την πολυυδρική αλκοόλη από οποιαδήποτε άλληΤο υγρό μπορεί να γίνει με τη βοήθεια μιας οπτικής αντίδρασης που είναι χαρακτηριστική μόνο για αυτήν την κατηγορία ενώσεων. Για αυτό, το πρόσφατα καταβυθισμένο υδροξείδιο χαλκού (2), το οποίο έχει χαρακτηριστική μπλε απόχρωση, χύνεται σε ένα άχρωμο διάλυμα αλκοόλης. Όταν τα μικτά συστατικά αλληλεπιδρούν, το ίζημα διαλύεται και το διάλυμα γίνεται βαθύ μπλε ως αποτέλεσμα του σχηματισμού γλυκολικού χαλκού (2).
Πολυμερισμός
Οι χημικές ιδιότητες της αιθυλενογλυκόλης είναι μεγάλεςσημασία για την παραγωγή διαλυτών. Η διαμοριακή αφυδάτωση της αναφερθείσας ουσίας, δηλαδή, η απομάκρυνση του νερού από καθένα από τα δύο μόρια γλυκόλης και ο επακόλουθος συνδυασμός τους (μία ομάδα υδροξυλίου αποβάλλεται εντελώς και μόνο το υδρογόνο απομακρύνεται από το άλλο), καθιστά δυνατή την απόκτηση μοναδικός οργανικός διαλύτης - διοξάνη, που χρησιμοποιείται συχνά στην οργανική χημεία, παρά την υψηλή τοξικότητά του.
Ανταλλαγή υδροξυλίου με αλογόνο
Όταν η αιθυλενογλυκόλη αλληλεπιδρά μεΜε υδροαλικά οξέα, παρατηρείται αντικατάσταση υδροξυλομάδων με το αντίστοιχο αλογόνο. Ο βαθμός υποκατάστασης εξαρτάται από τη μοριακή συγκέντρωση αλογονιδίου υδρογόνου στο μείγμα αντίδρασης:
ΟΧΙ-CH2-SN2-OH + 2HX → X-CH2-SN2-Χ, όπου το Χ είναι χλώριο ή βρώμιο.
Λήψη αιθέρων
Στις αντιδράσεις της αιθυλενογλυκόλης με νιτρικό οξύ(μια συγκεκριμένη συγκέντρωση) και μονοβασικά οργανικά οξέα (μυρμηκικά, οξικά, προπιονικά, βουτυρικά, βαλεριάνα, κ.λπ.), σχηματίζονται σύμπλοκοι και, κατά συνέπεια, απλοί μονοεστέρες. Για άλλους, η συγκέντρωση του νιτρικού οξέος είναι δι- και τρινιτροεστέρες της γλυκόλης. Το θειικό οξύ μιας δεδομένης συγκέντρωσης χρησιμοποιείται ως καταλύτης.
Τα πιο σημαντικά παράγωγα της αιθυλενογλυκόλης
Πολύτιμες ουσίες που μπορούν να ληφθούν απόπολυυδρικές αλκοόλες που χρησιμοποιούν απλές χημικές αντιδράσεις (περιγράφονται παραπάνω) είναι αιθυλενογλυκόλες αιθέρες Δηλαδή: μονομεθύλιο και μονοαιθύλιο, οι τύποι των οποίων είναι HO-CH2-SN2-Ο-CH3 και HO-CH2-SN2-Ο-Γ2H5 αντίστοιχα. Όσον αφορά τις χημικές ιδιότητες, είναι από πολλές απόψεις παρόμοιες με τις γλυκόλες, αλλά, όπως και κάθε άλλη κατηγορία ενώσεων, έχουν μοναδικά αντιδραστικά χαρακτηριστικά που είναι εγγενή μόνο σε αυτές:
- Η μονομεθυλαιθυλενογλυκόλη είναιάχρωμο υγρό, αλλά με χαρακτηριστική αηδιαστική οσμή, που βράζει στους 124,6 βαθμούς Κελσίου, απόλυτα διαλυτό σε αιθανόλη, άλλους οργανικούς διαλύτες και νερό, πολύ πιο πτητικό από τη γλυκόλη και με πυκνότητα χαμηλότερη από εκείνη του νερού (περίπου 0,965 g / cm3).
- Η διμεθυλαιθυλενογλυκόλη είναι επίσης ένα υγρό, αλλά με λιγότερο χαρακτηριστική οσμή, με πυκνότητα 0,935 g / cm3, σημείο βρασμού 134 βαθμούς πάνω από το μηδέν και διαλυτότητα συγκρίσιμη με το προηγούμενο ομόλογο.
Η χρήση των κυτταρολυμάτων - όπως λέγεται γενικάΟι μονοεστέρες αιθυλενογλυκόλης είναι αρκετά συνηθισμένοι. Χρησιμοποιούνται ως αντιδραστήρια και διαλύτες στην οργανική σύνθεση. Οι φυσικές τους ιδιότητες χρησιμοποιούνται επίσης για αντιδιαβρωτικά και αντι-κρυσταλλωτικά πρόσθετα σε αντιψυκτικά και λιπαντικά.
Πολιτική εφαρμογών και τιμολόγησης της γκάμας προϊόντων
Το κόστος στα εργοστάσια και τις επιχειρήσεις που ασχολούνταιΗ παραγωγή και η πώληση τέτοιων αντιδραστηρίων κυμαίνεται κατά μέσο όρο περίπου 100 ρούβλια ανά χιλιόγραμμο μιας χημικής ένωσης όπως η αιθυλενογλυκόλη. Η τιμή εξαρτάται από την καθαρότητα της ουσίας και το μέγιστο ποσοστό του προϊόντος-στόχου.
Η χρήση αιθυλενογλυκόλης δεν περιορίζεταιοποιαδήποτε περιοχή. Έτσι, ως πρώτη ύλη, χρησιμοποιείται στην παραγωγή οργανικών διαλυτών, τεχνητών ρητινών και ινών, υγρών που παγώνουν σε χαμηλές θερμοκρασίες. Συμμετέχει σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροπορία, η φαρμακευτική, η ηλεκτρική, το δέρμα, ο καπνός. Η σημασία της για τη βιολογική σύνθεση είναι αναμφισβήτητα σημαντική.
Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι η γλυκόλη είναι τοξικήμια ένωση που μπορεί να προκαλέσει ανεπανόρθωτη βλάβη στην ανθρώπινη υγεία. Επομένως, αποθηκεύεται σε σφραγισμένα δοχεία κατασκευασμένα από αλουμίνιο ή χάλυβα με ένα υποχρεωτικό εσωτερικό στρώμα που προστατεύει το δοχείο από τη διάβρωση, μόνο σε κατακόρυφες θέσεις και σε χώρους που δεν είναι εξοπλισμένοι με συστήματα θέρμανσης, αλλά με καλό εξαερισμό. Ο όρος δεν υπερβαίνει τα πέντε χρόνια.
