En ünlü ve insan hayatında kullanılan vesanayide, polihidrik alkoller kategorisine ait maddeler etilen glikol ve gliserindir. Araştırmaları ve kullanımları birkaç yüzyıl önce başladı, ancak bu organik bileşiklerin özellikleri büyük ölçüde benzersiz ve benzersizdir, bu da onları bugüne kadar vazgeçilmez kılmaktadır. Polihidrik alkoller, insan yaşamının birçok kimyasal sentezinde, endüstrisinde ve alanında kullanılır.
Etilen glikol ve gliserin ile ilk "tanıdık": üretim tarihi
1859'da iki aşamalı bir süreçledibromoetanın gümüş asetat ile etkileşimi ve daha sonra etilen glikol diasetatın ilk reaksiyonunda elde edilen potasyum hidroksit ile muamele, Charles Wurz ilk önce etilen glikolü sentezledi. Bir süre sonra, dibrometanın doğrudan hidrolizi için bir yöntem geliştirildi, ancak yirminci yüzyılın başında endüstriyel bir ölçekte, etilen klorohidrin olarak da bilinen 1,2-dioksoetan diyatomik alkol, ABD'de etilen klorohidrin hidrolizi ile elde edildi.
Bugün, hem endüstride hem delaboratuarlar, yeşil, geliştikçe klor, toksinler, kanserojenler ve çevre için tehlikeli olan diğer maddeleri içeren veya serbest bırakan reaktiflerin kullanımı azaldığından, yeni, ham ve enerji açısından daha ekonomik ve çevre dostu bir dizi başka yöntem uygular. kimya.
Eczacı Karl Wilhelm Scheele 1779'dagliserin bulundu ve bileşiğin bileşimi 1836 yılında Theophile Jules Peluse tarafından incelendi. Yirmi yıl sonra, bu trihidrik alkol molekülünün yapısı Pierre Eugene Marseille Vertelo ve Charles Wurz'un eserlerinde oluşturuldu ve doğrulandı. Son olarak, yirmi yıl sonra, Charles Friedel tam bir gliserin sentezi gerçekleştirdi. Şu anda, sanayi üretimi için iki yöntem kullanmaktadır: propilen kaynaklı alil klorür ve ayrıca akrolein. Gliserol gibi etilen glikolün kimyasal özellikleri, kimyasal üretimin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bileşiğin yapısı ve yapısı
Molekül doymamışBir çift bağın kırıldığı iki karbon atomundan oluşan etilenin hidrokarbon iskeleti. İki hidroksil grubu karbon atomlarının boş değerliklerine katıldı. Etilen Formülü - C2'H4, vinç bağlantısını kestikten ve hidroksil gruplarını birleştirdikten sonra (birkaç aşamadan sonra), C2'H4(HE)2. Bu etilen glikoldur.
Etilen molekülü doğrusal bir yapıya sahipken,dihidrik alkol, karbon omurgasına ve birbirine göre hidroksil gruplarının düzenlenmesinde belirli bir trans-konfigürasyon görünümüne sahiptir (bu terim, çoklu bağlara göre pozisyona tamamen uygulanabilir). Böyle bir çıkık, fonksiyonel gruplardan en uzak hidrojen düzenlemesine, daha az enerjiye ve dolayısıyla sistemin maksimum stabilitesine karşılık gelir. Basitçe söylemek gerekirse, bir OH grubu “yukarı bakar” ve diğeri aşağı bakar. Aynı zamanda, iki hidroksil içeren bileşikler kararsızdır: bir karbon atomunda, reaksiyon karışımında oluşur, hemen susuz kalır ve aldehidlere dönüşür.
sınıflandırma
Etilen glikolün kimyasal özellikleri belirlenirpolihidrik alkoller grubundan, yani bir diol alt grubundan, yani bitişik karbon atomlarında iki hidroksil fragmanına sahip bileşiklerden kaynaklanır. Gliserol ayrıca birkaç OH ikame maddesi içeren bir maddedir. Üç alkol fonksiyonel gruba sahiptir ve alt sınıfının en yaygın temsilcisidir.
Bu sınıftaki birçok bileşik ayrıcaKimyasal üretimde çeşitli sentezler ve diğer amaçlar için kullanılırlar, ancak etilen glikol kullanımı daha ciddi bir ölçeğe sahiptir ve hemen hemen tüm endüstrilerde yer alır. Bu konu aşağıda daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır.
fiziksel özellikler
Etilen glikol kullanımı, polihidrik alkollerin doğasında bulunan bir dizi özelliğin varlığı ile açıklanmaktadır. Bunlar sadece bu organik bileşik sınıfı için karakteristik olan ayırt edici özelliklerdir.
En önemli özellik, H ile karıştırmak için sınırsız yetenektir2HAKKINDA.Su + etilen glikol, benzersiz bir karakteristik özelliğe sahip bir çözelti verir: diol konsantrasyonuna bağlı olarak donma sıcaklığı, saf damıtıktan 70 derece daha düşüktür. Bu bağımlılığın doğrusal olmadığını ve belirli bir kantitatif glikol içeriğine ulaşıldığında, ters etki başlar - donma sıcaklığı, çözünür maddenin yüzdesinde bir artışla artar. Bu özellik, çevrenin son derece düşük termal özelliklerinde kristalleşen çeşitli antifrizlerin, donmayan sıvıların üretiminde uygulama bulmuştur.
Su dışında çözünme süreci mükemmeldir.alkol ve asetonda ilerler ancak parafinler, benzenler, eterler ve karbon tetraklorürde görülmez. Alifatik atasının aksine - etilen gibi gaz halindeki bir madde olan etilen glikol, şurup benzeri, şeffaf bir sıvıdır, hafif sarı renktedir, tadı tatlısıdır, karakteristik olmayan bir kokuya sahiptir, pratik olarak uçucu değildir. Yüzde yüz etilen glikolün donması - 12.6 santigrat derecede ve +197.8 derecede kaynar. Normal şartlar altında yoğunluk 1,11 g / cm'dir.3.
Elde etme yöntemleri
Etilen glikol birkaç şekilde elde edilebiliryollar, bazıları bugün yalnızca tarihsel veya hazırlayıcı öneme sahipken, diğerleri insanlar tarafından yalnızca endüstriyel ölçekte değil, aktif olarak kullanılmaktadır. Kronolojik sıraya göre takip ederek en önemlilerini ele alacağız.
İlk elde etme yöntemi yukarıda zaten açıklanmıştır.dibromoetandan etilen glikol. Çift bağı kırılmış ve serbest değerleri halojenler tarafından işgal edilen etilen formülü - bu reaksiyondaki ana başlangıç maddesi - karbon ve hidrojene ek olarak, bileşiminde iki brom atomu vardır. Prosesin ilk aşamasında bir ara bileşiğin oluşumu, tam olarak bunların ortadan kaldırılması, yani daha fazla hidrolizle alkol gruplarına dönüştürülen asetat grupları ile ikame edilmesi nedeniyle mümkündür.
Bilimin daha da gelişmesi sürecinde,Etilen glikolü, bir alkali grubundan veya (daha az çevre dostu reaktif) metal karbonatların sulu çözeltilerini kullanarak, komşu karbon atomlarında iki halojen ile ikame edilmiş herhangi bir etanın doğrudan hidrolizi yoluyla elde etmek mümkündür.2Dioksit hakkında ve kurşun.Reaksiyon oldukça "zahmetli" ve yalnızca önemli ölçüde yüksek sıcaklık ve basınçlarda ilerliyor, ancak bu Almanların bu yöntemi dünya savaşları sırasında endüstriyel ölçekte etilen glikol üretimi için kullanmasını engellemedi.
Organik kimyanın gelişiminde rol oynadıve alkali metallerin karbon tuzları ile hidroliz yoluyla etilen klorohidrinden etilen glikol üretme yöntemi. Reaksiyon sıcaklığının 170 dereceye çıkmasıyla, hedef ürünün verimi% 90'a ulaştı. Ancak önemli bir dezavantaj vardı - glikol, bir dizi güçlükle doğrudan ilişkili olan tuz çözeltisinden bir şekilde çıkarılmak zorundaydı. Bilim adamları bu sorunu, aynı başlangıç materyali ile bir yöntem geliştirerek, ancak süreci iki aşamaya bölerek çözdüler.
Etilen glikol asetatların hidrolizi, daha önceWürz yönteminin son aşaması, asetik asit içindeki etileni oksijenle oksitleyerek, yani pahalı ve tamamen karşılaşılmamış halojen bileşikleri kullanmadan ilk reaktifi elde etmeyi başardıklarında ayrı bir yöntem haline geldi.
Birçok üretim yöntemi de bilinmektedir.etilen glikolü katalizörler (osmiyum bileşikleri), potasyum klorat, vb. mevcudiyetinde hidroperoksitler, peroksitler, organik perasitler ile oksitleyerek etilen glikol. Ayrıca elektrokimyasal ve radyasyon-kimyasal yöntemler de vardır.
Genel kimyasal özelliklerin karakterizasyonu
Etilen glikolün kimyasal özellikleri belirlenirfonksiyonel grupları. Reaksiyonlar, işlem koşullarına bağlı olarak bir hidroksil ikame edicisini veya her ikisini içerebilir. Reaktivitedeki temel fark, polihidrik alkolde çeşitli hidroksillerin varlığı ve bunların karşılıklı etkileri nedeniyle, monoatomik "kardeşler" e göre daha güçlü asidik özelliklerin ortaya çıkmasıdır. Bu nedenle, alkalilerle reaksiyonlarda ürünler tuzlardır (glikol - glikolat için, gliserol - gliseratlar için).
Etilen glikolün kimyasal özelliklerinin yanı sıragliserol, monohidrik kategorideki tüm alkol reaksiyonlarını içerir. Glikol, monobazik asitlerle reaksiyonlarda tam ve eksik esterler verir, sırasıyla glikolat alkali metallerle oluşturulur ve güçlü asitler veya tuzları ile kimyasal bir işlemde, asetik asit aldehit salınır - bir hidrojen atomunun molekül.
Aktif metallerle reaksiyonlar
Etilen glikolün aktif ile etkileşimiyüksek sıcaklıklarda metaller (kimyasal gerilim serisinde hidrojenden sonra durur) karşılık gelen metalin etilen glikolatını verir, artı hidrojen açığa çıkar.
C2'H4(HE)2 + X → C2'H4aman2X, burada X aktif bir iki değerlikli metaldir.
Etilen glikole kalitatif reaksiyon
Polihidrik alkolü diğerlerinden ayırt edinSıvı, yalnızca bu sınıf bileşikler için karakteristik olan görsel bir reaksiyon yardımı ile yapılabilir. Bunun için, karakteristik bir mavi tonu olan yeni çökeltilmiş bakır hidroksit (2), renksiz bir alkol çözeltisine dökülür. Karışık bileşenler etkileşime girdiğinde çökelti çözülür ve bakır glikolat (2) oluşumunun bir sonucu olarak çözelti koyu mavi hale gelir.
Polimerizasyon
Etilen glikolün kimyasal özellikleri mükemmeldir.çözücülerin üretiminde önemi. Bahsedilen maddenin moleküller arası dehidrasyonu, yani iki glikol molekülünün her birinden suyun uzaklaştırılması ve sonraki kombinasyonları (bir hidroksil grubu tamamen ortadan kaldırılır ve diğerinden sadece hidrojen salınır), bir benzersiz organik çözücü - yüksek toksisitesine rağmen genellikle organik kimyada kullanılan dioksan.
Halojen için hidroksil değişimi
Etilen glikol ile etkileşime girdiğindeHidrohalik asitlerle, hidroksil gruplarının karşılık gelen halojen ile yer değiştirmesi gözlenir. İkame derecesi, reaksiyon karışımındaki hidrojen halidin molar konsantrasyonuna bağlıdır:
NO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2-CH2-X, burada X klor veya bromdur.
Eterleri alma
Etilen glikolün nitrik asit ile reaksiyonunda(belirli bir konsantrasyonda) ve monobazik organik asitler (formik, asetik, propiyonik, butirik, kediotu, vb.), karmaşık ve buna göre basit monoesterler oluşur. Diğerleri için nitrik asit konsantrasyonu, glikolün di- ve trinitroesterleridir. Belirli bir konsantrasyondaki sülfürik asit, katalizör olarak kullanılır.
Etilen glikolün en önemli türevleri
Elde edilebilecek değerli maddelerbasit kimyasal reaksiyonlar kullanan polihidrik alkoller (yukarıda tarif edilmiştir) etilen glikol eterlerdir. Yani, formülleri HO-CH olan monometil ve monoetil2-CH2-O-CH3 ve HO-CH2-CH2-O-C2'H5 sırasıyla. Kimyasal özellikler açısından, birçok yönden glikollere benzerler, ancak diğer bileşik sınıfları gibi, yalnızca içlerinde bulunan benzersiz reaktif özelliklere sahiptirler:
- Monometiletilen glikol,renksiz sıvı, ancak karakteristik iğrenç kokusu olan, 124.6 derecede kaynayan, etanolde, diğer organik çözücülerde ve suda mükemmel çözünür, glikolden çok daha uçucu ve sudan daha düşük yoğunlukta (yaklaşık 0.965 g / cm3)3).
- Dimetiletilen glikol de bir sıvıdır, ancak daha az karakteristik bir kokuya sahiptir, yoğunluğu 0,935 g / cm3'tür.3sıfırın üzerinde 134 derece bir kaynama noktası ve önceki homolog ile karşılaştırılabilir bir çözünürlük.
Selosollerin kullanımı - genel olarak adlandırıldığı gibietilen glikol monoesterler oldukça yaygındır. Organik sentezde reaktif ve çözücü olarak kullanılırlar. Fiziksel özellikleri ayrıca antifrizlerde ve motor yağlarında korozyon önleyici ve kristalleşme önleyici katkı maddeleri için kullanılır.
Ürün yelpazesinin uygulamaları ve fiyatlandırma politikası
İlgili fabrika ve işletmelerdeki maliyetbu tür reaktiflerin üretimi ve satışı, etilen glikol gibi bir kimyasal bileşiğin kilogramı başına ortalama olarak yaklaşık 100 ruble dalgalanır. Fiyat, maddenin saflığına ve hedef ürünün maksimum yüzdesine bağlıdır.
Etilen glikol kullanımı sınırlı değildirherhangi bir alan. Dolayısıyla hammadde olarak organik çözücüler, suni reçineler ve lifler, düşük sıcaklıklarda donan sıvıların üretiminde kullanılmaktadır. Otomotiv, havacılık, ilaç, elektrik, deri, tütün gibi birçok endüstriyel sektörde yer almaktadır. Organik sentez için önemi yadsınamaz derecede önemlidir.
Glikolün toksik olduğunu hatırlamak önemlidirinsan sağlığına onarılamaz zarar verebilecek bir bileşik. Bu nedenle, kabı korozyondan koruyan zorunlu bir iç katmana sahip alüminyum veya çelikten yapılmış sızdırmaz kaplarda, yalnızca dikey konumlarda ve ısıtma sistemleriyle donatılmamış, ancak iyi havalandırılan odalarda depolanır. Terim beş yıldan fazla değildir.
