Proprietățile chimice ale etilenglicolului, caracteristici. Alcool dihidric. Eteri etilen glicol

Cel mai faimos și folosit în viața umană șiin industrie, substantele apartinand categoriei de alcooli polihidroxici sunt etilenglicolul si glicerina. Cercetarea și utilizarea lor au început cu câteva secole în urmă, dar proprietățile acestor compuși organici sunt în multe privințe unice și unice, ceea ce îi face de neînlocuit până în prezent. Alcoolii polihidroxilici sunt utilizați în multe sinteze chimice, industrii și domenii ale activității umane.

Prima „cunoștință” cu etilenglicolul și glicerina: istoria producției

În 1859, printr-un proces în două etapePrin reacția dibrometanului cu acetat de argint și tratarea ulterioară a diacetatului de etilenglicol obținut în prima reacție cu hidroxid de potasiu, Charles Wurtz a sintetizat mai întâi etilenglicolul. Un timp mai târziu, a fost dezvoltată o metodă de hidroliză directă a dibrometanului, dar la scară industrială, la începutul secolului XX, alcoolul dihidroxilic 1,2-dioxietan, cunoscut și sub numele de monoetilen glicol, sau pur și simplu glicol, a fost obținut în SUA. prin hidroliza etilenclorhidrinei.

Astăzi, atât în ​​industrie, cât și înlaboratoarele folosesc o serie de alte metode, noi, mai economice din punct de vedere al materiei prime și al energiei și ecologice, deoarece se reduce utilizarea de reactivi care conțin sau eliberează clor, toxine, agenți cancerigeni și alte substanțe periculoase pentru mediu și oameni. pe măsură ce tehnologia „verde” dezvoltă chimia.

Farmacist Karl Wilhelm Scheele în 1779A fost descoperită glicerina, iar compoziția compusului a fost studiată în 1836 de Théophile Jules Pelouz. Două decenii mai târziu, structura moleculei acestui alcool trihidroxilic a fost stabilită și fundamentată în lucrările lui Pierre Eugene Marcel Verthelot și Charles Wurtz. În cele din urmă, încă douăzeci de ani mai târziu, Charles Friedel a realizat sinteza completă a glicerolului. În prezent, industria folosește două metode pentru producerea sa: prin clorură de alil din propilenă și, de asemenea, prin acroleină. Proprietățile chimice ale etilenglicolului, cum ar fi glicerina, sunt utilizate pe scară largă în diferite domenii ale producției chimice.

Structura și structura conexiunii

Molecula se bazează pe nesaturatescheletul hidrocarburic al etilenei, format din doi atomi de carbon, în care legătura dublă a fost ruptă. Două grupări hidroxil au fost adăugate la situsurile de valență libere de pe atomii de carbon. Formula etilenă - C₂H₄, după ruperea legăturii macaralei și atașarea grupărilor hidroxil (după mai multe etape), arată ca C₂H₄(OH)₂. Acesta este etilenglicol.

Molecula de etilenă are o structură liniară, în timp ceîn timp ce un alcool dihidroxilic are un fel de configurație trans în plasarea grupărilor hidroxil în raport cu coloana vertebrală a carbonului și între ele (acest termen se aplică pe deplin la poziția relativă la legătura multiplă). O astfel de dislocare corespunde locației cele mai îndepărtate a hidrogenului din grupele funcționale, energie mai mică și, prin urmare, stabilitate maximă a sistemului. Pur și simplu, un grup OH „se uită” în sus, iar celălalt se uită în jos. În același timp, compușii cu doi hidroxili sunt instabili: cu un atom de carbon, atunci când se formează în amestecul de reacție, se deshidratează imediat, transformându-se în aldehide.

Clasificare

Se determină proprietățile chimice ale etilenglicoluluioriginea sa din grupul de alcooli polihidroxici și anume subgrupul de dioli, adică compuși cu două fragmente hidroxil la atomi de carbon adiacenți. O substanță care conține și mai mulți substituenți OH este glicerolul. Are trei grupe funcționale de alcool și este cel mai frecvent reprezentant al subclasei sale.

Mulți compuși din această clasă primesc, de asemeneafolosit în producția chimică pentru diverse sinteze și alte scopuri, dar utilizarea etilenglicolului are o amploare mai serioasă și este implicată în aproape toate industriile. Această problemă va fi discutată mai detaliat mai jos.

caracteristici fizice

Utilizarea etilenglicolului se explică prin prezența unui număr de proprietăți care sunt inerente alcoolilor polihidroxilici. Acestea sunt caracteristici distinctive caracteristice numai acestei clase de compuși organici.

Cea mai importantă dintre proprietăți este capacitatea nelimitată de a se amesteca cu H₂DESPRE.Apa + etilenglicol produce o soluție cu o caracteristică unică: punctul său de îngheț, în funcție de concentrația de diol, este cu 70 de grade mai mic decât cel al distilatului pur. Este important de menționat că această dependență este neliniară, iar la atingerea unui anumit conținut cantitativ de glicol, începe efectul opus - temperatura de îngheț crește odată cu creșterea procentului de substanță solubilă. Această caracteristică și-a găsit aplicație în producția de diverse antigel, lichide „antigel”, care cristalizează la caracteristici termice extrem de scăzute ale mediului.

Cu excepția apei, procesul de dizolvare este excelentapare în alcool și acetonă, dar nu se observă în parafine, benzen, eteri și tetraclorura de carbon. Spre deosebire de părintele său alifatic, o substanță gazoasă precum etilena, etilenglicolul este un lichid transparent asemănător siropului, cu o ușoară nuanță galbenă, cu gust dulceag, cu un miros necaracteristic și practic nevolatil. Înghețarea etilenglicolului 100% are loc la -12,6 grade Celsius și fierberea la +197,8. În condiții normale, densitatea este de 1,11 g/cm³.

Metode de obținere

Etilenglicolul poate fi produs de mai mulțimetode, unele dintre ele astăzi au doar semnificație istorică sau pregătitoare, în timp ce altele sunt utilizate în mod activ de oameni la scară industrială și nu numai. Urmând în ordine cronologică, le vom considera pe cele mai importante.

Prima metodă de obținere a fost deja descrisă mai susetilenglicol din dibrometan. Formula etilenei, a cărei dublă legătură este ruptă, iar valențele libere sunt ocupate de halogeni, principala materie primă în această reacție, conține, pe lângă carbon și hidrogen, doi atomi de brom. Formarea unui compus intermediar în prima etapă a procesului este posibilă tocmai datorită eliminării lor, adică înlocuirea cu grupări acetat, care la hidroliză ulterioară sunt transformate în grupări alcoolice.

În procesul de dezvoltare ulterioară a științei a deveniteste posibil să se obțină etilenglicol prin hidroliza directă a oricărui etan substituit cu doi halogeni la atomi de carbon vecini, folosind soluții apoase de carbonați metalici din grupa alcalină sau (reactiv mai puțin ecologic) H₂O și dioxid de plumb.Reacția este destul de „intensă de muncă” și are loc numai la temperaturi și presiune semnificativ ridicate, dar acest lucru nu i-a împiedicat pe germani să folosească această metodă în timpul războaielor mondiale pentru a produce etilenglicol la scară industrială.

A jucat un rol în dezvoltarea chimiei organiceși o metodă de producere a etilenglicolului din etilen clorhidrina prin hidroliză cu săruri carbonice ale metalelor alcaline. Când temperatura de reacție a crescut la 170 de grade, randamentul produsului țintă a atins 90%. Dar a existat un dezavantaj semnificativ - glicolul trebuia extras cumva din soluția de sare, ceea ce implica direct o serie de dificultăți. Oamenii de știință au rezolvat această problemă prin dezvoltarea unei metode care folosește aceeași materie primă, dar împărțind procesul în două etape.

Hidroliza acetaților de etilenglicol, fiind anteriorEtapa finală a metodei Wurtz a devenit o metodă separată atunci când au reușit să obțină reactivul de pornire prin oxidarea etilenei în acid acetic cu oxigen, adică fără utilizarea compușilor halogeni scumpi și complet neprietenoși pentru mediu.

Există, de asemenea, multe metode de producție cunoscuteetilenglicol prin oxidarea etilenei cu hidroperoxizi, peroxizi, peracizi organici în prezenţa catalizatorilor (compuşi de osmiu), clorat de potasiu etc. Există şi metode electrochimice şi radiaţii-chimice.

Caracteristici ale proprietăților chimice generale

Se determină proprietățile chimice ale etilenglicoluluigrupele sale funcționale. Reacţiile pot implica un substituent hidroxil sau ambele, în funcţie de condiţiile procesului. Principala diferență de reactivitate este că, datorită prezenței mai multor hidroxili într-un alcool polihidroxilic și influenței lor reciproce, se manifestă proprietăți acide mai puternice decât cele ale „fraților” lor monohidric. Prin urmare, în reacțiile cu alcalii, produsele sunt săruri (pentru glicol - glicolați, pentru glicerină - glicerați).

Proprietățile chimice ale etilenglicolului, precum șiglicerolul, include toate reacțiile alcoolilor din categoria monohidric. Glicolul dă esteri completi și parțiali în reacțiile cu acizii monobazici, respectiv glicolații se formează cu metale alcaline, iar într-un proces chimic cu acizi tari sau sărurile acestora, se eliberează aldehida acidului acetic - datorită eliminării unui atom de hidrogen din moleculă.

Reacții cu metale active

Interacțiunea etilenglicolului cu activulmetalele (stau după hidrogen în seria chimică de tensiune) la temperaturi ridicate dă etilenglicolat al metalului corespunzător, plus hidrogenul este eliberat.

C₂H₄(OH)₂ + X → C₂H₄oh₂X, unde X este un metal divalent activ.

Reacție calitativă la etilenglicol

Distingeți alcoolul polihidric de oricare altullichidele se pot face folosind o reacție vizuală caracteristică numai unei clase date de compuși. Pentru a face acest lucru, hidroxid de cupru proaspăt precipitat (2), care are o nuanță albastră caracteristică, este turnat într-o soluție de alcool incolor. Când componentele amestecate interacționează, precipitatul se dizolvă și soluția devine albastră adânc - ca urmare a formării glicolatului de cupru (2).

Polimerizare

Proprietățile chimice ale etilenglicolului sunt foarteimportanță pentru producția de solvenți. Deshidratarea intermoleculară a substanței menționate, adică eliminarea apei din fiecare dintre cele două molecule de glicol și asocierea lor ulterioară (o grupare hidroxil este complet eliminată și doar hidrogenul o părăsește pe cealaltă), face posibilă obținerea unui solvent organic unic - dioxan, care este adesea folosit în chimia organică, în ciuda toxicității sale ridicate.

Schimb de hidroxil cu halogen

Când etilenglicolul interacționează cuCu acizii hidrohalici, se observă înlocuirea grupărilor hidroxil cu halogenul corespunzător. Gradul de substituție depinde de concentrația molară de halogenură de hidrogen din amestecul de reacție:

NU-CH₂-CH₂-OH + 2HX → X-CH₂-CH₂-X, unde X este clor sau brom.

Obținerea de eteri

În reacțiile etilenglicolului cu acidul azotic(de o anumită concentrație) și acizi organici monobazici (formic, acetic, propionic, butiric, valerian etc.) are loc formarea de monoesteri complecși și, în consecință, simpli. În altele, concentrația de acid azotic este glicol di- și trinitroesteri. Acidul sulfuric de o concentrație dată este utilizat ca catalizator.

Cei mai importanți derivați ai etilenglicolului

Substanțe valoroase din care se pot obținealcoolii polihidroxici care utilizează reacții chimice simple (descrise mai sus) sunt eteri de etilenglicol. Și anume: monometil și monoetil, ale căror formule sunt HO-CH₂-CH₂-O-CH₃ și HO-CH₂-CH₂-O-S₂H₅ respectiv. Proprietățile lor chimice sunt în multe privințe similare cu glicolii, dar, la fel ca orice altă clasă de compuși, au caracteristici de reacție unice care sunt unice pentru ei:

• Monometiletilen glicolul esteun lichid incolor, dar cu un miros dezgustător caracteristic, care fierbe la 124,6 grade Celsius, foarte solubil în etanol, alți solvenți organici și apă, mult mai volatil decât glicolul, și cu o densitate mai mică decât cea a apei (aproximativ 0,965 g/cm).³).
• Dimetiletilenglicolul este, de asemenea, un lichid, dar cu un miros mai puțin caracteristic, densitate 0,935 g/cm³, un punct de fierbere de 134 de grade peste zero și o solubilitate comparabilă cu omologul anterior.

Utilizarea de cellosolves - așa cum sunt denumite în generalMonoesterii etilenglicolului sunt destul de comuni. Sunt utilizați ca reactivi și solvenți în sinteza organică. Proprietățile lor fizice sunt, de asemenea, utilizate ca aditivi anticoroziune și anticristalizare în uleiurile antigel și de motor.

Domenii de aplicare și politica de preț a gamei de produse

Costul în fabrici și întreprinderi implicate înproducția și vânzarea unor astfel de reactivi, fluctuează în medie cu aproximativ 100 de ruble per kilogram de compus chimic precum etilenglicolul. Pretul depinde de puritatea substantei si de procentul maxim al produsului tinta.

Utilizarea etilenglicolului nu este limitatăorice zonă. Astfel, este folosit ca materie primă în producția de solvenți organici, rășini și fibre artificiale și lichide care îngheață la temperaturi sub zero. Este implicată în multe sectoare industriale precum automobile, aviație, farmaceutică, electrică, piele, tutun. Importanța sa pentru sinteza organică este incontestabil semnificativă.

Este important să ne amintim că glicolul este toxicun compus care poate provoca daune ireparabile sănătății umane. De aceea, se depoziteaza in recipiente sigilate din aluminiu sau otel cu un strat interior obligatoriu care protejeaza recipientul de coroziune, doar in pozitii verticale si in incaperi nedotate cu sisteme de incalzire, dar cu o buna ventilatie. Termenul nu este mai mare de cinci ani.