Den mest kjente og brukte i menneskeliv ogi industrien er stoffer som tilhører kategorien flerverdige alkoholer etylenglykol og glyserin. Forskningen og bruken deres begynte for flere århundrer siden, men egenskapene til disse organiske forbindelsene er på mange måter unike og unike, noe som gjør dem uerstattelige den dag i dag. Flerverdige alkoholer brukes i mange kjemiske synteser, industrier og områder for menneskelig aktivitet.
Første "bekjentskap" med etylenglykol og glyserin: produksjonshistorie
I 1859, gjennom en to-trinns prosessVed å reagere dibrometan med sølvacetat og påfølgende behandling av etylenglykoldiacetat oppnådd i den første reaksjonen med kaliumhydroksid, syntetiserte Charles Wurtz først etylenglykol. En tid senere ble det utviklet en metode for direkte hydrolyse av dibrometan, men i industriell skala på begynnelsen av det tjuende århundre ble det oppnådd dihydrisk alkohol 1,2-dioksyetan, også kjent som monoetylenglykol, eller ganske enkelt glykol, i USA ved hydrolyse av etylenklorhydrin.
I dag, både i industrien og ilaboratorier bruker en rekke andre metoder, nye, mer økonomiske fra et råstoff- og energisynspunkt, og miljøvennlige, siden bruken av reagenser som inneholder eller avgir klor, giftstoffer, kreftfremkallende stoffer og andre miljø- og menneskerfarlige stoffer. som den "grønne" teknologien utvikler kjemi.
Farmasøyt Karl Wilhelm Scheele i 1779Glyserin ble oppdaget, og sammensetningen av forbindelsen ble studert i 1836 av Théophile Jules Pelouz. To tiår senere ble strukturen til molekylet til denne treverdige alkoholen etablert og underbygget i verkene til Pierre Eugene Marcel Verthelot og Charles Wurtz. Til slutt, ytterligere tjue år senere, utførte Charles Friedel den fullstendige syntesen av glyserol. For tiden bruker industrien to metoder for sin produksjon: gjennom allylklorid fra propylen, og også gjennom akrolein. De kjemiske egenskapene til etylenglykol, som glyserin, er mye brukt i ulike felt av kjemisk produksjon.
Struktur og struktur av forbindelsen
Molekylet er basert på umettethydrokarbonskjelettet av etylen, bestående av to karbonatomer, hvor dobbeltbindingen er brutt. To hydroksylgrupper ble tilsatt til de frigjorte valensstedene på karbonatomene. Etylenformel - C2H4, etter å ha brutt kranbindingen og festet hydroksylgrupper (etter flere stadier), ser det ut som C2H4(HAN)2. Dette er etylenglykol.
Etylenmolekylet har en lineær struktur, mensmens en toverdig alkohol har en slags transkonfigurasjon i plasseringen av hydroksylgrupper i forhold til karbonryggraden og til hverandre (dette begrepet gjelder fullt ut posisjonen i forhold til multippelbindingen). En slik dislokasjon tilsvarer den fjerneste plasseringen av hydrogener fra de funksjonelle gruppene, lavere energi, og derfor maksimal stabilitet av systemet. Enkelt sagt, en OH-gruppe "ser" opp og den andre ser ned. Samtidig er forbindelser med to hydroksylgrupper ustabile: med ett karbonatom, når de dannes i reaksjonsblandingen, dehydreres de umiddelbart og blir til aldehyder.
Klassifisering
De kjemiske egenskapene til etylenglykol bestemmesdens opprinnelse fra gruppen av flerverdige alkoholer, nemlig undergruppen av dioler, det vil si forbindelser med to hydroksylfragmenter ved tilstøtende karbonatomer. Et stoff som også inneholder flere OH-substituenter er glyserol. Den har tre funksjonelle alkoholgrupper og er den vanligste representanten for underklassen.
Mange forbindelser av denne klassen mottar ogsåbrukes i kjemisk produksjon til ulike synteser og andre formål, men bruken av etylenglykol har en mer seriøs skala og er involvert i nesten alle industrier. Denne problemstillingen vil bli diskutert mer detaljert nedenfor.
fysiske egenskaper
Bruken av etylenglykol forklares av tilstedeværelsen av en rekke egenskaper som er iboende i flerverdige alkoholer. Dette er karakteristiske trekk som bare er karakteristiske for denne klassen av organiske forbindelser.
Den viktigste av egenskapene er den ubegrensede muligheten til å blande med H2OM.Vann + etylenglykol produserer en løsning med en unik egenskap: frysepunktet, avhengig av diolkonsentrasjonen, er 70 grader lavere enn det rene destillatet. Det er viktig å merke seg at denne avhengigheten er ikke-lineær, og når et visst kvantitativt innhold av glykol er nådd, begynner den motsatte effekten - frysetemperaturen øker med økende prosentandel av det løselige stoffet. Denne funksjonen har funnet anvendelse i produksjon av forskjellige frostvæsker, "antifryse"-væsker, som krystalliserer ved ekstremt lave termiske egenskaper i miljøet.
Bortsett fra i vann er oppløsningsprosessen utmerketforekommer i alkohol og aceton, men er ikke observert i parafiner, benzener, etere og karbontetraklorid. I motsetning til sin alifatiske forelder, et gassformig stoff som etylen, er etylenglykol en siruplignende, gjennomsiktig væske med en svak gul fargetone, søtlig på smak, med en ukarakteristisk lukt og praktisk talt ikke-flyktig. Frysing av 100 % etylenglykol skjer ved -12,6 grader Celsius, og koking ved +197,8. Under normale forhold er tettheten 1,11 g/cm3.
Metoder for å skaffe
Etylenglykol kan produseres av fleremetoder, noen av dem har i dag kun historisk eller forberedende betydning, mens andre brukes aktivt av mennesker i industriell skala og utover. I kronologisk rekkefølge vil vi vurdere de viktigste.
Den første metoden for å oppnå er allerede beskrevet ovenforetylenglykol fra dibrometan. Formelen for etylen, hvis dobbeltbinding er brutt og de frie valensene er okkupert av halogener, hovedutgangsmaterialet i denne reaksjonen, inneholder, i tillegg til karbon og hydrogen, to bromatomer. Dannelsen av en mellomforbindelse i det første trinnet av prosessen er mulig nettopp på grunn av deres eliminering, dvs. erstatning med acetatgrupper, som ved ytterligere hydrolyse omdannes til alkoholgrupper.
I prosessen med videreutvikling av vitenskapen ble detdet er mulig å oppnå etylenglykol ved direkte hydrolyse av alle etaner substituert med to halogener ved nabokarbonatomer, ved bruk av vandige løsninger av metallkarbonater fra den alkaliske gruppen eller (mindre miljøvennlig reagens) H2O og blydioksid.Reaksjonen er ganske "arbeidsintensiv" og skjer bare ved betydelig forhøyede temperaturer og trykk, men dette stoppet ikke tyskerne fra å bruke denne metoden under verdenskrigene for å produsere etylenglykol i industriell skala.
Spilte en rolle i utviklingen av organisk kjemiog en fremgangsmåte for fremstilling av etylenglykol fra etylenklorhydrin ved hydrolyse med karboniske salter av alkalimetaller. Når reaksjonstemperaturen økte til 170 grader, nådde utbyttet av målproduktet 90%. Men det var en betydelig ulempe - glykolen måtte på en eller annen måte ekstraheres fra saltløsningen, noe som direkte involverte en rekke vanskeligheter. Forskere løste dette problemet ved å utvikle en metode som bruker det samme utgangsmaterialet, men bryte prosessen i to stadier.
Hydrolyse av etylenglykolacetater, er tidligereDet siste stadiet av Wurtz-metoden ble en egen metode da de klarte å skaffe utgangsreagenset ved å oksidere etylen i eddiksyre med oksygen, det vil si uten bruk av dyre og helt umiljøvennlige halogenforbindelser.
Det er også mange kjente produksjonsmetoderetylenglykol ved oksidasjon av etylen med hydroperoksider, peroksider, organiske persyrer i nærvær av katalysatorer (osmiumforbindelser), kaliumklorat osv. Det finnes også elektrokjemiske og strålingskjemiske metoder.
Kjennetegn ved generelle kjemiske egenskaper
De kjemiske egenskapene til etylenglykol bestemmesdens funksjonelle grupper. Reaksjonene kan involvere én hydroksylsubstituent eller begge, avhengig av prosessbetingelsene. Hovedforskjellen i reaktivitet er at på grunn av tilstedeværelsen av flere hydroksylsyrer i en flerverdig alkohol og deres gjensidige påvirkning, manifesteres sterkere sure egenskaper enn de til deres monohydriske "brødre". Derfor, i reaksjoner med alkalier, er produktene salter (for glykol - glykolater, for glyserin - glycerater).
De kjemiske egenskapene til etylenglykol, samtglyserol, inkluderer alle reaksjoner av alkoholer fra den monohydriske kategorien. Glykol gir fullstendige og partielle estere i reaksjoner med monobasiske syrer, henholdsvis glykolater dannes med alkalimetaller, og i en kjemisk prosess med sterke syrer eller deres salter frigjøres eddiksyrealdehyd - på grunn av eliminering av et hydrogenatom fra molekyl.
Reaksjoner med aktive metaller
Interaksjon av etylenglykol med aktivmetaller (står etter hydrogen i den kjemiske spenningsserien) ved forhøyede temperaturer gir etylenglykolat av det tilsvarende metallet, pluss at hydrogen frigjøres.
C2H4(HAN)2 + X → C2H4Oh2X, hvor X er et aktivt toverdig metall.
Kvalitativ reaksjon på etylenglykol
Skille flerverdig alkohol fra enhver annenvæsker kan gjøres ved å bruke en visuell reaksjon som kun er karakteristisk for en gitt klasse forbindelser. For å gjøre dette, helles nyutfelt kobberhydroksid (2), som har en karakteristisk blå fargetone, i en fargeløs alkoholløsning. Når blandede komponenter interagerer, løses bunnfallet og løsningen blir dyp blå - som følge av dannelsen av kobberglykolat (2).
Polymerisasjon
De kjemiske egenskapene til etylenglykol er sværtbetydning for produksjon av løsemidler. Intermolekylær dehydrering av det nevnte stoffet, det vil si eliminering av vann fra hvert av to glykolmolekyler og deres påfølgende assosiasjon (en hydroksylgruppe er fullstendig eliminert, og bare hydrogen forlater den andre), gjør det mulig å oppnå et unikt organisk løsningsmiddel - dioksan, som ofte brukes i organisk kjemi, til tross for sin høye toksisitet.
Bytte av hydroksyl til halogen
Når etylenglykol interagerer medMed hydrohalogensyrer observeres erstatning av hydroksylgrupper med tilsvarende halogen. Substitusjonsgraden avhenger av den molare konsentrasjonen av hydrogenhalogenid i reaksjonsblandingen:
NO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2-CH2-X, hvor X er klor eller brom.
Innhenting av etere
I reaksjonene av etylenglykol med salpetersyre(av en viss konsentrasjon) og monobasiske organiske syrer (maursyre, eddiksyre, propionsyre, smørsyre, valerian, etc.) oppstår dannelsen av komplekse og følgelig enkle monoestere. I andre er konsentrasjonen av salpetersyre glykoldi- og trinitroestere. Svovelsyre av en gitt konsentrasjon brukes som katalysator.
De viktigste derivatene av etylenglykol
Verdifulle stoffer som kan fås fraflerverdige alkoholer som bruker enkle kjemiske reaksjoner (beskrevet ovenfor) er etylenglykoletere. Nemlig: monometyl og monoetyl, hvis formler er HO-CH2-CH2-O-CH3 og HO-CH2-CH2-O-S2H5 hhv. Deres kjemiske egenskaper ligner på mange måter glykoler, men, akkurat som alle andre klasse forbindelser, har de unike reaksjonsegenskaper som er unike for dem:
- Monometyletylenglykol eren fargeløs væske, men med en karakteristisk ekkel lukt, kokende ved 124,6 grader Celsius, svært løselig i etanol, andre organiske løsemidler og vann, mye mer flyktig enn glykol, og med en tetthet lavere enn vann (ca. 0,965 g/cm)3).
- Dimetyletylenglykol er også en væske, men med en mindre karakteristisk lukt, tetthet 0,935 g/cm3, et kokepunkt på 134 grader over null og en løselighet som kan sammenlignes med den forrige homologen.
Bruken av cellosolves - som de vanligvis kallesEtylenglykolmonoestere er ganske vanlige. De brukes som reagenser og løsemidler i organisk syntese. Deres fysiske egenskaper brukes også som anti-korrosjon og anti-krystallisering additiver i frostvæske og motoroljer.
Bruksområder og prispolitikk for produktutvalget
Kostnader i fabrikker og foretak som er involvert iproduksjon og salg av slike reagenser, svinger i gjennomsnitt rundt 100 rubler per kilo av en slik kjemisk forbindelse som etylenglykol. Prisen avhenger av renheten til stoffet og den maksimale prosentandelen av målproduktet.
Bruken av etylenglykol er ikke begrensetet hvilket som helst område. Dermed brukes det som råstoff i produksjon av organiske løsemidler, kunstige harpikser og fibre, og væsker som fryser ved minusgrader. Det er involvert i mange industrisektorer som bil, luftfart, farmasøytisk, elektrisk, lær, tobakk. Dens betydning for organisk syntese er unektelig betydelig.
Det er viktig å huske at glykol er giftigen forbindelse som kan forårsake uopprettelig skade på menneskers helse. Derfor lagres den i forseglede beholdere laget av aluminium eller stål med et obligatorisk indre lag som beskytter beholderen mot korrosjon, kun i vertikale posisjoner og i rom som ikke er utstyrt med varmesystemer, men med god ventilasjon. Løpetiden er ikke mer enn fem år.
