Le plus célèbre et utilisé dans la vie humaine etdans l'industrie, les substances appartenant à la catégorie des alcools polyhydriques sont l'éthylène glycol et la glycérine. Leurs recherches et leur utilisation ont débuté il y a plusieurs siècles, mais les propriétés de ces composés organiques sont à bien des égards uniques et uniques, ce qui les rend irremplaçables à ce jour. Les alcools polyhydriques sont utilisés dans de nombreuses synthèses chimiques, industries et sphères de l'activité humaine.
La première "connaissance" de l'éthylène glycol et de la glycérine: l'histoire de l'obtention
En 1859, grâce à un processus en deux étapesinteraction du dibromoéthane avec l'acétate d'argent et traitement ultérieur avec de l'hydroxyde de potassium obtenu dans la première réaction du diacétate d'éthylène glycol, Charles Würz a été le premier à synthétiser l'éthylène glycol. Quelque temps plus tard, une méthode d'hydrolyse directe du dibromoéthane a été mise au point, mais à l'échelle industrielle au début du XXe siècle, l'alcool dihydrique 1,2-dioxyéthane, également connu sous le nom de monoéthylène glycol, ou simplement glycol, a été obtenu aux États-Unis par l'hydrolyse de l'éthylène chlorhydrine.
Aujourd'hui, tant dans l'industrie que dansles laboratoires utilisent un certain nombre d'autres méthodes, nouvelles, plus économiques du point de vue des matières premières et de l'énergie, et respectueuses de l'environnement, car l'utilisation de réactifs contenant ou émettant du chlore, des toxines, des cancérogènes et d'autres substances dangereuses pour l'environnement et les humains est réduite comme le «vert» chimie.
Pharmacien Karl Wilhelm Scheele en 1779la glycérine a été découverte, et les particularités de la composition du composé ont été étudiées en 1836 par Théophile Jules Peluz. Deux décennies plus tard, la structure de la molécule de cet alcool trihydrique a été établie et justifiée dans les travaux de Pierre Eugène Marceley Verthelot et Charles Wurtz. Enfin, vingt ans plus tard, Charles Friedel a réalisé la synthèse complète de la glycérine. Actuellement, l'industrie utilise deux méthodes pour l'obtenir: par le chlorure d'allyle du propylène, et également par l'acroléine. Les propriétés chimiques de l'éthylène glycol, comme la glycérine, sont largement utilisées dans divers domaines de la production chimique.
Structure et structure de connexion
La molécule est basée sur des insaturéssquelette hydrocarboné d'éthylène, constitué de deux atomes de carbone, dans lequel une double rupture de liaison s'est produite. Deux groupes hydroxyle sont liés aux positions de valence libérées au niveau des atomes de carbone. Formule d'éthylène - C2H4, après la rupture de la liaison de la grue et l'ajout de groupes hydroxyle (après plusieurs étapes), il ressemble à C2H4(IL)2... C'est l'éthylène glycol.
La molécule d'éthylène a une structure linéaire, tandis quetandis que l'alcool dihydrique a une sorte de configuration trans dans l'agencement des groupes hydroxyle par rapport au squelette carboné et entre eux (ce terme est pleinement applicable à la position par rapport à une liaison multiple). Une telle dislocation correspond à la disposition la plus éloignée des hydrogènes des groupes fonctionnels, la plus faible énergie, et donc la stabilité maximale du système. En termes simples, un groupe OH regarde vers le haut et l'autre regarde vers le bas. Dans le même temps, les composés avec deux hydroxyles sont instables: à un atome de carbone, se formant dans le mélange réactionnel, ils se déshydratent immédiatement, se transformant en aldéhydes.
Affiliation à la classification
Les propriétés chimiques de l'éthylène glycol sont déterminéesson origine dans le groupe des alcools polyhydriques, à savoir le sous-groupe des diols, c'est-à-dire des composés avec deux fragments hydroxyle au niveau d'atomes de carbone adjacents. Une substance qui contient également plusieurs substituants OH est la glycérine. Il a trois groupes fonctionnels d'alcool et est le membre le plus courant de sa sous-classe.
De nombreux composés de cette classe reçoivent etsont utilisés dans la production chimique pour diverses synthèses et à d'autres fins, mais l'utilisation de l'éthylène glycol est plus grave et est utilisée dans presque toutes les industries. Cette question sera discutée plus en détail ci-dessous.
Caractéristiques physiques
L'utilisation de l'éthylène glycol s'explique par la présence d'un certain nombre de propriétés inhérentes aux alcools polyhydriques. Ce sont des traits distinctifs caractéristiques uniquement de cette classe de composés organiques.
La plus importante des propriétés est la capacité illimitée de se mélanger avec H2SUR. Eau + éthylène glycol donne une solution avec une caractéristique unique: son point de congélation, en fonction de la concentration du diol, est inférieur de 70 degrés à celui d'un distillat pur. Il est important de noter que cette dépendance n'est pas linéaire, et dès que l'on atteint une certaine teneur quantitative en glycol, l'effet inverse commence - la température de congélation augmente avec une augmentation du pourcentage du soluté. Cette caractéristique a trouvé une application dans la production de divers antigels, liquides non gelants, qui cristallisent à des caractéristiques thermiques extrêmement basses de l'environnement.
Sauf dans l'eau, le processus de dissolution est excellentse déroule dans l'alcool et l'acétone, mais n'est pas observé dans les paraffines, les benzènes, les éthers et le tétrachlorure de carbone. Contrairement à son ancêtre aliphatique - une substance gazeuse telle que l'éthylène, l'éthylène glycol est un liquide sirupeux et transparent avec une légère teinte jaune, au goût sucré, avec une odeur inhabituelle, pratiquement non volatile. La congélation d'éthylène glycol à cent pour cent se produit à - 12,6 degrés Celsius et l'ébullition à +197,8. Dans des conditions normales, la densité est de 1,11 g / cm3.
Méthodes de réception
L'éthylène glycol peut être obtenu en plusieursCertains d'entre eux n'ont aujourd'hui qu'une signification historique ou préparative, tandis que d'autres sont activement utilisés par l'homme à l'échelle industrielle et pas seulement. En suivant l'ordre chronologique, nous considérerons les plus importants.
La première méthode d'obtention a déjà été décrite ci-dessusl'éthylène glycol à partir du dibromoéthane. La formule de l'éthylène, dont la double liaison est rompue, et les valences libres sont occupées par des halogènes, - principale substance de départ de cette réaction - en plus du carbone et de l'hydrogène, a deux atomes de brome dans sa composition. La formation d'un composé intermédiaire à la première étape du procédé est possible précisément en raison de leur élimination, c'est-à-dire de la substitution par des groupes acétate, qui, lors d'une hydrolyse ultérieure, sont convertis en groupes alcool.
Dans le processus de développement ultérieur de la science, il est devenuil est possible d'obtenir de l'éthylène glycol par hydrolyse directe de tout éthanes substitués par deux halogènes aux atomes de carbone voisins en utilisant des solutions aqueuses de carbonates métalliques du groupe alcalin ou (réactif moins respectueux de l'environnement) H2A propos et le dioxyde de plomb. La réaction est assez "laborieuse" et ne se déroule qu'à des températures et des pressions sensiblement élevées, mais cela n'a pas empêché les Allemands d'utiliser cette méthode pour la production d'éthylène glycol à l'échelle industrielle pendant les guerres mondiales.
A joué un rôle dans le développement de la chimie organiqueet un procédé de production d'éthylène glycol à partir d'éthylène chlorhydrine par hydrolyse avec des sels de carbone de métaux alcalins. Avec une augmentation de la température de réaction à 170 degrés, le rendement du produit cible atteint 90%. Mais il y avait un inconvénient important - le glycol devait être en quelque sorte éliminé de la solution saline, ce qui entraînait directement un certain nombre de difficultés. Les scientifiques ont résolu ce problème en développant une méthode avec le même matériau de départ, mais en divisant le processus en deux étapes.
Hydrolyse des acétates d'éthylène glycol, étant auparavantla dernière étape de la méthode Würz est devenue une méthode distincte, lorsqu'ils ont réussi à obtenir le réactif initial en oxydant l'éthylène dans l'acide acétique avec de l'oxygène, c'est-à-dire sans utiliser de composés halogènes coûteux et totalement non respectueux de l'environnement.
De nombreuses méthodes de production sont également connuesl'éthylène glycol par oxydation de l'éthylène avec des hydroperoxydes, des peroxydes, des peracides organiques en présence de catalyseurs (composés d'osmium), du chlorate de potassium, etc. Il existe également des méthodes électrochimiques et radiochimiques.
Caractérisation des propriétés chimiques générales
Les propriétés chimiques de l'éthylène glycol sont déterminéesses groupes fonctionnels. Les réactions peuvent impliquer un substituant hydroxyle ou les deux, selon les conditions du procédé. La principale différence de réactivité est qu'en raison de la présence de plusieurs hydroxyles dans l'alcool polyhydrique et de leur influence mutuelle, des propriétés acides plus fortes se manifestent que chez les «frères» monoatomiques. Par conséquent, dans les réactions avec les alcalis, les produits sont des sels (pour le glycol - glycolate, pour le glycérol - glycérates).
Les propriétés chimiques de l'éthylène glycol, ainsi queglycérol, comprend toutes les réactions des alcools de la catégorie monohydrique. Le glycol donne des esters complets et partiels dans les réactions avec les acides monobasiques, le glycolate, respectivement, est formé avec les métaux alcalins, et dans un processus chimique avec des acides forts ou leurs sels, un aldéhyde d'acide acétique est libéré - en raison de l'élimination d'un atome d'hydrogène de la molécule.
Réactions avec les métaux actifs
Interaction de l'éthylène glycol avec l'actifles métaux (se tenant après l'hydrogène dans la série chimique de tension) à des températures élevées donnent du glycolate d'éthylène du métal correspondant, plus l'hydrogène est libéré.
Avec2H4(IL)2 + X → C2H4Oh2X, où X est un métal divalent actif.
Réaction qualitative à l'éthylène glycol
Distinguer l'alcool polyhydrique de tout autreliquide peut être réalisé à l'aide d'une caractéristique de réaction visuelle uniquement pour cette classe de composés. Pour cela, de l'hydroxyde de cuivre (2) fraîchement précipité, qui présente une teinte bleue caractéristique, est versé dans une solution d'alcool incolore. Lorsque les composants mélangés interagissent, le précipité se dissout et la solution devient bleu foncé à la suite de la formation de glycolate de cuivre (2).
Polymérisation
Les propriétés chimiques de l'éthylène glycol sont de grandeimportance pour la production de solvants. La déshydratation intermoléculaire de la substance mentionnée, c'est-à-dire l'élimination de l'eau de chacune des deux molécules de glycol et leur combinaison ultérieure (un groupe hydroxyle est complètement éliminé et seul l'hydrogène est éliminé de l'autre), permet d'obtenir un solvant organique unique - le dioxane, souvent utilisé en chimie organique, malgré sa forte toxicité.
Échange d'hydroxyle contre halogène
Lorsque l'éthylène glycol interagit avecAvec les acides halohydriques, on observe le remplacement des groupes hydroxyle par l'halogène correspondant. Le degré de substitution dépend de la concentration molaire d'halogénure d'hydrogène dans le mélange réactionnel:
NO-CH2-SN2-OH + 2HX → X-CH2-SN2-X, où X est le chlore ou le brome.
Recevoir des éthers
Dans les réactions de l'éthylène glycol avec l'acide nitrique(une certaine concentration) et des acides organiques monobasiques (formique, acétique, propionique, butyrique, valériane, etc.), complexes et, par conséquent, simples monoesters sont formés. Pour d'autres, la concentration d'acide nitrique est constituée de di- et trinitroesters de glycol. L'acide sulfurique d'une concentration donnée est utilisé comme catalyseur.
Les dérivés les plus importants de l'éthylène glycol
Des substances précieuses pouvant être obtenuesles alcools polyhydriques utilisant des réactions chimiques simples (décrites ci-dessus) sont des éthers d'éthylène glycol. A savoir: monométhyle et monoéthyle, dont les formules sont HO-CH2-SN2-O-CH3 et HO-CH2-SN2-O-C2H5 respectivement. En termes de propriétés chimiques, ils sont à bien des égards similaires aux glycols, mais, comme toute autre classe de composés, ils ont des caractéristiques réactives uniques qui leur sont inhérentes:
- Le monométhyléthylène glycol estliquide incolore, mais avec une odeur dégoûtante caractéristique, bouillant à 124,6 degrés Celsius, parfaitement soluble dans l'éthanol, d'autres solvants organiques et l'eau, beaucoup plus volatil que le glycol, et avec une densité inférieure à celle de l'eau (environ 0,965 g / cm3).
- Le diméthyléthylène glycol est également un liquide, mais avec une odeur moins caractéristique, avec une densité de 0,935 g / cm3, un point d'ébullition de 134 degrés au-dessus de zéro et une solubilité comparable à l'homologue précédent.
L'utilisation de cellosolves - comme on l'appelle généralementLes monoesters d'éthylène glycol sont assez courants. Ils sont utilisés comme réactifs et solvants en synthèse organique. Leurs propriétés physiques sont également utilisées pour les additifs anti-corrosion et anti-cristallisation dans les antigels et les huiles moteur.
Applications et politique tarifaire de la gamme de produits
Le coût dans les usines et les entreprises traitantla production et la vente de tels réactifs fluctuent en moyenne d'environ 100 roubles par kilogramme d'un composé chimique tel que l'éthylène glycol. Le prix dépend de la pureté de la substance et du pourcentage maximal du produit cible.
L'utilisation de l'éthylène glycol n'est pas limitéen'importe quel domaine. Ainsi, en tant que matière première, il est utilisé dans la production de solvants organiques, de résines et de fibres artificielles, des liquides qui gèlent à basse température. Elle intervient dans de nombreux secteurs industriels tels que l'automobile, l'aviation, la pharmacie, l'électricité, le cuir, le tabac. Son importance pour la synthèse organique est indéniablement significative.
Il est important de se rappeler que le glycol est toxiqueun composé qui peut causer des dommages irréparables à la santé humaine. Par conséquent, il est stocké dans des récipients scellés en aluminium ou en acier avec une couche intérieure obligatoire qui protège le conteneur de la corrosion, uniquement dans des positions verticales et dans des pièces non équipées de systèmes de chauffage, mais avec une bonne ventilation. Le mandat ne dépasse pas cinq ans.
