El más famoso y utilizado en la vida humana yen la industria, las sustancias que pertenecen a la categoría de alcoholes polihídricos son el etilenglicol y la glicerina. Su investigación y uso comenzaron hace varios siglos, pero las propiedades de estos compuestos orgánicos son en muchos sentidos únicos y únicos, lo que los hace insustituibles hasta el día de hoy. Los alcoholes polihídricos se utilizan en muchas síntesis químicas, industrias y esferas de la actividad humana.
El primer "conocimiento" con etilenglicol y glicerina: la historia de la obtención
En 1859, mediante un proceso de dos pasosLa interacción de dibromoetano con acetato de plata y el posterior tratamiento con hidróxido de potasio obtenido en la primera reacción de diacetato de etilenglicol, Charles Würz fue el primero en sintetizar etilenglicol. Algún tiempo después, se desarrolló un método de hidrólisis directa del dibromoetano, pero a escala industrial a principios del siglo XX, se obtuvo en EE. UU. El alcohol dihídrico 1,2-dioxietano, también conocido como monoetilenglicol, o simplemente glicol. por hidrólisis de etileno clorhidrina.
Hoy, tanto en la industria como enLos laboratorios utilizan una serie de otros métodos, nuevos, más económicos desde el punto de vista de las materias primas y la energía, y respetuosos con el medio ambiente, ya que el uso de reactivos que contienen o emiten cloro, toxinas, carcinógenos y otras sustancias peligrosas para el medio ambiente y los seres humanos se reduce a medida que la química "verde".
El farmacéutico Karl Wilhelm Scheele en 1779Se descubrió la glicerina y Théophile Jules Peluz estudió las peculiaridades de la composición del compuesto en 1836. Dos décadas más tarde, la estructura de la molécula de este alcohol trihídrico se estableció y comprobó en los trabajos de Pierre Eugene Marseille Verthelot y Charles Wurtz. Finalmente, veinte años después, Charles Friedel llevó a cabo la síntesis completa de glicerina. Actualmente, la industria utiliza dos métodos para su producción: mediante cloruro de alilo a partir de propileno, y también mediante acroleína. Las propiedades químicas del etilenglicol, como la glicerina, se utilizan ampliamente en varios campos de la producción química.
La estructura y estructura de la conexión.
La molécula se basa en insaturadosesqueleto de hidrocarburo de etileno, formado por dos átomos de carbono, en el que se ha roto el doble enlace Se añaden dos grupos hidroxilo a las posiciones de valencia vacías en los átomos de carbono. Fórmula de etileno - C2H4, después de la ruptura del enlace de la grúa y la adición de grupos hidroxilo (después de varias etapas), parece C2H4(ES ÉL)2... Este es etilenglicol.
La molécula de etileno tiene una estructura lineal, mientras quemientras que el alcohol dihídrico tiene una especie de configuración trans en la disposición de los grupos hidroxilo en relación con la cadena principal de carbono y entre sí (este término es totalmente aplicable a la posición con respecto a un enlace múltiple). Tal dislocación corresponde a la disposición más distante de los hidrógenos de los grupos funcionales, la menor energía y, por lo tanto, la máxima estabilidad del sistema. En pocas palabras, un grupo OH mira hacia arriba y el otro mira hacia abajo. Al mismo tiempo, los compuestos con dos hidroxilos son inestables: en un átomo de carbono, al formarse en la mezcla de reacción, se deshidratan inmediatamente y pasan a aldehídos.
Afiliación de clasificación
Se determinan las propiedades químicas del etilenglicol.su origen del grupo de alcoholes polihídricos, es decir, el subgrupo de dioles, es decir, compuestos con dos fragmentos hidroxilo en átomos de carbono adyacentes. Una sustancia que también contiene varios sustituyentes OH es la glicerina. Tiene tres grupos funcionales de alcohol y es el miembro más común de su subclase.
Muchos compuestos de esta clase también reciben yutilizado en la producción química para diversas síntesis y otros fines, pero el uso de etilenglicol es más serio y se utiliza en casi todas las industrias. Este tema se discutirá con más detalle a continuación.
Caracteristicas fisicas
El uso de etilenglicol se explica por la presencia de una serie de propiedades inherentes a los alcoholes polihídricos. Estos son rasgos distintivos característicos solo para esta clase de compuestos orgánicos.
La más importante de las propiedades es la capacidad ilimitada de mezclarse con H2ACERCA DE.El agua + etilenglicol da una solución con una característica única: su punto de congelación, dependiendo de la concentración del diol, es 70 grados más bajo que el de un destilado puro. Es importante tener en cuenta que esta dependencia no es lineal, y al alcanzar un cierto contenido cuantitativo de glicol, comienza el efecto contrario: el punto de congelación aumenta con un aumento en el porcentaje de soluto. Esta característica ha encontrado aplicación en la producción de diversos anticongelantes, líquidos no congelantes, que cristalizan a características térmicas ambientales extremadamente bajas.
Excepto en agua, el proceso de disolución es excelente.procede en alcohol y acetona, pero no se observa en parafinas, bencenos, éteres y tetracloruro de carbono. A diferencia de su antepasado alifático, una sustancia tan gaseosa como el etileno, el etilenglicol es un líquido transparente similar a un jarabe con un ligero tinte amarillo, de sabor dulce, con un olor inusual, prácticamente no volátil. La congelación de etilenglicol al cien por cien ocurre a - 12,6 grados Celsius y la ebullición a +197,8. En condiciones normales, la densidad es de 1,11 g / cm3.
Metodos para obtener
El etilenglicol se puede obtener en variosDe maneras, algunos de ellos hoy tienen solo un significado histórico o preparativo, mientras que otros son utilizados activamente por humanos a escala industrial y no solo. A continuación, en orden cronológico, consideraremos los más importantes.
El primer método de obtención ya se ha descrito anteriormente.etilenglicol de dibromoetano. La fórmula del etileno, cuyo doble enlace está roto, y las valencias libres están ocupadas por halógenos, principal sustancia de partida en esta reacción, además de carbono e hidrógeno, tiene dos átomos de bromo en su composición. La formación de un compuesto intermedio en la primera etapa del proceso es posible precisamente debido a su eliminación, es decir, la sustitución con grupos acetato, que, tras una posterior hidrólisis, se convierten en grupos alcohol.
En el proceso de un mayor desarrollo de la ciencia, se convirtió enes posible obtener etilenglicol por hidrólisis directa de cualquier etano sustituido por dos halógenos en átomos de carbono vecinos, utilizando soluciones acuosas de carbonatos metálicos de un grupo alcalino o (reactivo menos ecológico) H2Acerca de y dióxido de plomo.La reacción es bastante "laboriosa" y se produce sólo a temperaturas y presiones significativamente elevadas, pero esto no impidió que los alemanes utilizaran este método para la producción de etilenglicol a escala industrial durante las guerras mundiales.
Jugó un papel en el desarrollo de la química orgánica.y un método para producir etilenglicol a partir de etilen clorhidrina por hidrólisis con sales de carbono de metales alcalinos. Con un aumento de la temperatura de reacción a 170 grados, el rendimiento del producto objetivo alcanzó el 90%. Pero hubo un inconveniente significativo: el glicol tuvo que eliminarse de alguna manera de la solución salina, lo que está directamente asociado con una serie de dificultades. Los científicos han resuelto este problema desarrollando un método con el mismo material de partida, pero dividiendo el proceso en dos etapas.
Hidrólisis de acetatos de etilenglicol, siendo previamentela etapa final del método de Würz, se convirtió en un método separado cuando lograron obtener el reactivo inicial oxidando etileno en ácido acético con oxígeno, es decir, sin el uso de compuestos halógenos costosos y completamente no ambientales.
También se conocen muchos métodos de producción.etilenglicol oxidando etileno con hidroperóxidos, peróxidos, perácidos orgánicos en presencia de catalizadores (compuestos de osmio), clorato de potasio, etc. También existen métodos electroquímicos y de radiación-química.
Caracterización de propiedades químicas generales
Se determinan las propiedades químicas del etilenglicol.sus grupos funcionales. Las reacciones pueden involucrar un sustituyente hidroxilo o ambos, dependiendo de las condiciones del proceso. La principal diferencia en la reactividad es que debido a la presencia de varios hidroxilos en el alcohol polihídrico y su influencia mutua, se manifiestan propiedades ácidas más fuertes que en los "hermanos" monoatómicos. Por lo tanto, en las reacciones con álcalis, los productos son sales (para glicol - glicolato, para glicerol - gliceratos).
Las propiedades químicas del etilenglicol, así comoglicerina, se incluyen todas las reacciones de alcoholes de la categoría monohídrico. El glicol da ésteres completos e incompletos en reacciones con ácidos monobásicos, el glicolato, respectivamente, se forma con metales alcalinos, y en un proceso químico con ácidos fuertes o sus sales, se libera aldehído de ácido acético debido a la eliminación de un átomo de hidrógeno de la molécula. .
Reacciones con metales activos
Interacción de etilenglicol con activolos metales (que se encuentran después del hidrógeno en la serie química de tensión) a temperaturas elevadas dan etilenglicolato del metal correspondiente, además de que se libera hidrógeno.
C2H4(ES ÉL)2 + X → C2H4Oh2X, donde X es un metal divalente activo.
Reacción cualitativa al etilenglicol.
Distinguir el alcohol polihídrico de cualquier otro.líquido se puede hacer con la ayuda de una característica de reacción visual solo para esta clase de compuestos. Para ello, se vierte hidróxido de cobre (2) recién precipitado, que tiene un tinte azul característico, en una solución incolora de alcohol. Cuando los componentes mezclados interactúan, el precipitado se disuelve y la solución se vuelve azul oscuro como resultado de la formación de glicolato de cobre (2).
Polimerización
Las propiedades químicas del etilenglicol son de gran importancia.importancia para la producción de disolventes. La deshidratación intermolecular de la citada sustancia, es decir, la eliminación del agua de cada una de las dos moléculas de glicol y su posterior combinación (se elimina por completo un grupo hidroxilo y del otro solo se elimina el hidrógeno), permite obtener un único solvente orgánico - dioxano, que se usa a menudo en química orgánica, a pesar de su alta toxicidad.
Intercambio de hidroxilo por halógeno
Cuando el etilenglicol interactúa conCon ácidos hidrohálicos, se observa la sustitución de grupos hidroxilo con el correspondiente halógeno. El grado de sustitución depende de la concentración molar de haluro de hidrógeno en la mezcla de reacción:
NO-CH2-SN2-OH + 2HX → X-CH2-SN2-X, donde X es cloro o bromo.
Recibiendo éteres
En las reacciones de etilenglicol con ácido nítrico.(de cierta concentración) y ácidos orgánicos monobásicos (fórmico, acético, propiónico, butírico, valeriana, etc.), se forman monoésteres complejos y, en consecuencia, simples. Para otros, la concentración de ácido nítrico es di- y trinitroésteres de glicol. El ácido sulfúrico de una concentración determinada se utiliza como catalizador.
Los derivados más importantes del etilenglicol
Sustancias valiosas que se pueden obtener deLos alcoholes polihídricos que utilizan reacciones químicas simples (descritas anteriormente) son éteres de etilenglicol. A saber: monometilo y monoetilo, cuyas fórmulas son HO-CH2-SN2-O-CH3 y HO-CH2-SN2-JEFE2H5 respectivamente. En términos de propiedades químicas, son similares en muchos aspectos a los glicoles, pero, como cualquier otra clase de compuestos, tienen características reactivas únicas inherentes solo a ellos:
- El monometiletilenglicol eslíquido incoloro, pero con un olor repugnante característico, hirviendo a 124,6 grados centígrados, perfectamente soluble en etanol, otros disolventes orgánicos y agua, mucho más volátil que el glicol y con una densidad inferior a la del agua (aproximadamente 0,965 g / cm3).
- El dimetiletilenglicol también es un líquido, pero con un olor menos característico, con una densidad de 0,935 g / cm3, un punto de ebullición de 134 grados por encima de cero y una solubilidad comparable al homólogo anterior.
El uso de cellosolves, como se le llama generalmenteLos monoésteres de etilenglicol son bastante comunes. Se utilizan como reactivos y disolventes en síntesis orgánica. Sus propiedades físicas también se utilizan para aditivos anticorrosión y anticristalización en anticongelantes y aceites de motor.
Aplicaciones y política de precios de la gama de productos
El costo en fábricas y empresas que se ocupan dela producción y venta de tales reactivos fluctúa en promedio alrededor de 100 rublos por kilogramo de un compuesto químico como el etilenglicol. El precio depende de la pureza de la sustancia y del porcentaje máximo del producto de destino.
El uso de etilenglicol no está limitadocualquier área. Entonces, como materia prima, se utiliza en la producción de disolventes orgánicos, resinas y fibras artificiales, líquidos que se congelan a bajas temperaturas. Está involucrado en muchos sectores industriales como el automotor, aviación, farmacéutico, eléctrico, cuero, tabaco. Su importancia para la síntesis orgánica es innegablemente significativa.
Es importante recordar que el glicol es tóxico.un compuesto que puede causar daños irreparables a la salud humana. Por tanto, se almacena en recipientes sellados fabricados en aluminio o acero con una obligatoria capa interior que protege al recipiente de la corrosión, solo en posiciones verticales y en habitaciones no equipadas con sistemas de calefacción, pero con buena ventilación. El plazo no supera los cinco años.
