Chemické vlastnosti etylénglykolu, charakteristické. Dvojsýtny alkohol. Etylénglykolétery

Najznámejšie a najpoužívanejšie v živote človeka a v priemysle látky patriace do kategórie viacmocných alkoholov sú etylénglykol a glycerín. Ich výskum a používanie sa začalo pred niekoľkými storočiami, ale vlastnosti týchto organických zlúčenín sú z veľkej časti jedinečné a unikátne, čo ich robí až do dnešného dňa nenahraditeľným. Viacväzbové alkoholy sa používajú v mnohých chemických syntézach, odvetviach a sférach ľudského života.

Prvý "známy" s etylénglykolom a glycerínom: história získania

V roku 1859 pomocou dvojstupňového procesu reakcie dibrómetánu s octanom strieborným a následným spracovaním draselným draslíkom pripraveným v prvej reakcii etylénglykoldiacetátu Charles Würz najprv syntetizoval etylénglykol. O niečo neskôr sa vyvinul spôsob priamej hydrolýzy dibrómetánu, avšak v priemyselnom meradle na začiatku dvadsiateho storočia sa v Spojených štátoch vyrábal dvojmocný alkohol 1,2-dihydroxyetán, tiež monoetylénglykol alebo jednoducho glykol, hydrolýzou etylénchlórhydrínu.

K dnešnému dňu sa v priemysle, ako aj v laboratóriu používa niekoľko ďalších metód, ktoré sú nové, úspornejšie z pohľadu surovín a energie a sú šetrné k životnému prostrediu, pretože použitie činidiel obsahujúcich alebo emitujúcich chlór, toxíny, karcinogény a iné environmentálne a ľudské riziká Látka sa zmenšuje ako vývoj "zelenej" chémie.

Lekárnik Carl Wilhelm Scheele bol v roku 1779 objavený glycerol a konkrétne zloženie zlúčeniny študoval v roku 1836 Theophilus Julius Peluz. O dve desaťročia neskôr bola štruktúra molekuly tohto triatomického alkoholu založená a odôvodnená v dielach Pierra Eugena Marcelia Vertella a Charlesa Wurza. Napokon o dvadsať rokov neskôr uskutočnil Charles Friedel kompletnú syntézu glycerínu. V súčasnosti priemysel používa dve spôsoby výroby: cez allylchlorid z propylénu a tiež cez akroleín. Chemické vlastnosti etylénglykolu, ako je glycerol, sa široko používajú v rôznych oblastiach chemickej výroby.

Štruktúra a štruktúra spojenia

Táto molekula je založená na nenasýtenom uhľovodíkovom skelete etylénu pozostávajúceho z dvoch atómov uhlíka, v ktorom bola zlomená dvojitá väzba. Dve hydroxylové skupiny sa pripojili k uvolneným miestam valencie na uhlíkových atómoch. Etylénový vzorec je C2H4, po pretrhnutí žeriavovej väzby a pridaní hydroxylových skupín (po niekoľkých stupňoch) vyzerá ako C2H4 (OH) ₂ . Ide o etylénglykol.

Etylénová molekula má lineárnu štruktúru, zatiaľ čo dvojsýtny alkohol má nejaký druh trans-konfigurácie v usporiadaní hydroxylových skupín vzhľadom na uhlíkové jadro a navzájom (tento pojem je plne aplikovateľný na pozíciu vzhľadom na viacnásobnú väzbu). Takáto dislokácia zodpovedá najvzdialenejšiemu umiestneniu vodíka z funkčných skupín, menej energie a tým aj maximálna stabilita systému. Jednoducho povedané, jedna ON-skupina "vyzerá" hore a druhá - nadol. Súčasne sú zlúčeniny s dvoma hydroxylmi nestabilné: keď sa v reakčnej zmesi vytvorí jeden atóm uhlíka, okamžite sa dehydratujú a prechádzajú na aldehydy.

Prístup k zaradeniu

Chemické vlastnosti etylénglykolu sa určujú svojim pôvodom zo skupiny viacmocných alkoholov, menovite podskupiny diolov, to znamená zlúčeniny s dvoma hydroxylovými skupinami susedných atómov uhlíka. Látka, ktorá tiež obsahuje niekoľko substituentov OH je tiež glycerín. Má tri alkoholové funkčné skupiny a je najbežnejším zástupcom svojej podtriedy.

Mnohé zlúčeniny tejto triedy sa tiež vyrábajú a používajú pri výrobe chemikálií pre rôzne syntézy a iné účely, ale použitie etylénglykolu má vážnejšiu váhu a používa sa prakticky vo všetkých odvetviach. Táto otázka bude podrobnejšie popísaná nižšie.

Fyzikálne vlastnosti

Použitie etylénglykolu sa vysvetľuje prítomnosťou mnohých vlastností, ktoré sú vlastné viacsýtnym alkoholom. Toto sú charakteristické znaky charakteristické len pre danú triedu organických zlúčenín.

Najdôležitejšou z týchto vlastností je neobmedzená schopnosť miešania s vodou. Vodu + etylénglykol poskytuje riešenie, ktoré má jedinečnú charakteristiku: jeho teplota tuhnutia v závislosti od koncentrácie diolu je o 70 stupňov nižšia ako teplota tuhého destilátu. Je dôležité poznamenať, že táto závislosť je nelineárna a po dosiahnutí určitého kvantitatívneho obsahu glykolu začína opačný efekt - bod tuhnutia sa zvyšuje s rastúcim percentom rozpustenej látky. Táto funkcia našla uplatnenie v oblasti výroby rôznych mrazuvzdorných, nemrznúcich kvapalín, ktoré kryštalizujú pri extrémne nízkych teplotných charakteristikách prostredia.

S výnimkou vody prebieha proces rozpúšťania dobre v alkohole a acetóne, ale nie je pozorovaný v parafínoch, benzénoch, éteroch a tetrachlórmetáne. Na rozdiel od svojho alifatického rodiča - plynná látka, ako je etylén, etylénglykol, je sirupom podobný, priehľadný, s miernym žltým odtieňom, kvapalinou s chuťou s nízkou chuťou, s nepríjemnou vôňou, takmer neprchavou. Zmrazenie 100% etylénglykolu sa dosahuje pri - 12,6 ° C a teplota varu je +197,8 ° C. Za normálnych podmienok je hustota 1,11 g / cm3.

Metódy získania

Etylénglykol sa môže získať niekoľkými spôsobmi, niektoré z nich majú dnes iba historickú alebo prípravnú hodnotu, zatiaľ čo iné sú aktívne používané človekom v priemyselnom meradle a nielen. Nasledujte v chronologickom poradí najdôležitejšie.

Prvý spôsob prípravy etylénglykolu z dibrómetánu už bol opísaný vyššie. Vzorec etylénu, ktorého dvojitá väzba je zlomená a voľné valencie sú obsadené halogénmi, - hlavnou východiskovou látkou v tejto reakcii - okrem uhlíka a vodíka má vo svojom zložení dva atómy brómu. Vytvorenie medziproduktu v prvom stupni spôsobu je možné presne kvôli ich štiepeniu, t.j. nahradenie acetátovými skupinami, ktoré sa po ďalšej hydrolýze prevedú na alkoholické.

V priebehu ďalšieho vývoja vedy bolo možné získať etylénglykol priamou hydrolýzou akýchkoľvek etánov substituovaných dvoma halogénmi zo susedných atómov uhlíka pomocou vodných roztokov uhličitanov kovov z alkalickej skupiny alebo (menej ekologicky prijateľnej) H20 a oxidu olovičitého. Reakcia je pomerne "časovo náročná" a pokračuje len pri veľmi vysokých teplotách a tlakoch, ale to nebránilo Nemcom, aby používali túto metódu počas svetových vojen na výrobu etylénglykolu v priemyselnom meradle.

Jej úloha vo vývoji organickej chémie zohrávala metóda získania etylénglykolu z etylénchlórchrínu jeho hydrolýzou s uhoľnými soľami kovov alkalickej skupiny. Pri zvýšení reakčnej teploty na 170 stupňov výťažok požadovaného produktu dosiahol 90%. Existovala však značná nevýhoda - glykol potrebný na to, aby sa nejako dostal z roztoku soli, čo priamo zahŕňa množstvo ťažkostí. Vedci tento problém vyriešili vyvinutím metódy s rovnakou počiatočnou látkou, ale prerušili proces do dvoch etáp.

Hydrolýza etylénglykolacetátov, ktorá je konečným štádiom Wurzovej metódy, sa stala samostatnou metódou, keď boli schopné pripraviť pôvodné reakčné činidlo oxidáciou etylénu v kyseline octovej kyslíkom, to znamená bez použitia drahých a úplne neekologických halogénových zlúčenín.

Existuje tiež mnoho spôsobov výroby etylénglykolu oxidáciou etylénu s hydroperoxidmi, peroxidmi, organickými perkyselinami v prítomnosti katalyzátorov (zlúčeniny osmiu), chlorečnanu draselného atď. Existujú tiež elektrochemické a radiačne-chemické metódy.

Charakterizácia všeobecných chemických vlastností

Chemické vlastnosti etylénglykolu sú určené jeho funkčnými skupinami. Jeden hydroxylový substituent alebo oba sa môžu zúčastniť na reakciách v závislosti od podmienok procesu. Hlavný rozdiel v reaktivite spočíva v tom, že kvôli prítomnosti niekoľkých hydroxylov vo viacsýtnom alkohole a ich vzájomnom vplyve sa objavujú silnejšie kyslé vlastnosti ako monoatomické "protipóly". Preto pri reakciách s alkalickými produktmi sú soli (pre glykol - glykoláty, pre glycerol - glyceráty).

Chemické vlastnosti etylénglykolu ako aj glycerínu zahŕňajú všetky reakcie alkoholov z kategórie monatomických. Glykol poskytuje úplné a nekompletné étery v reakciách s monobázickými kyselinami, glykoláty sú vytvorené s alkalickými kovmi a v chemickom procese so silnými kyselinami alebo ich soľami sa aldehyd kyseliny octovej uvoľní - odštiepením molekuly vodíka.

Reakcie s aktívnymi kovmi

Interakcia etylénglykolu s aktívnymi kovmi (stála po vodíku v rozsahu chemického stresu) pri zvýšených teplotách poskytuje etylénglykolát zodpovedajúceho kovu a vodík sa uvoľňuje.

C2H4 (OH) ₂ + X- C2H402X, kde X je aktívny dvojmocný kov.

Kvalitatívna reakcia na etylénglykol

Odlíšte viacmocný alkohol od akejkoľvek inej kvapaliny pomocou vizuálnej reakcie, charakteristickej len pre túto triedu zlúčenín. Preto sa čerstvo vyzrážaný hydroxid meďnatý (2), ktorý má charakteristický modrý odtieň, naleje do bezfarebného alkoholového roztoku. Keď zmiešané zložky interagujú, pozoruje sa rozpustenie zrazeniny a roztok sa sfarbí nasýtenou modrou farbou - ako výsledok tvorby glykolátu medi (2).

polymerizácie

Chemické vlastnosti etylénglykolu sú veľmi dôležité pre výrobu rozpúšťadiel. Intermolekulárna dehydratácia uvedenej látky, tj odstránenie vody z každej z dvoch glykolových molekúl a ich následná kombinácia (jedna hydroxylová skupina je úplne štiepená a druhá je iba vodík), umožňuje získať jedinečné organické rozpúšťadlo, dioxán, ktorý sa často používa v organickej chémii, Napriek vysokej toxicite.

Výmena hydroxylovej skupiny až halogénu

Keď etylénglykol reaguje s halogénovými kyselinami, hydroxylové skupiny sú nahradené zodpovedajúcim halogénom. Stupeň substitúcie závisí od molárnej koncentrácie halogenovodíka v reakčnej zmesi:

HO-CH2-CH2-OH + 2HX-X-CH2-CH2-X, kde X je chlór alebo bróm.

Príprava éterov

Pri reakciách etylénglykolu s kyselinou dusičnou (určitou koncentráciou) a jednosýtnymi organickými kyselinami (mravčou, octovou, propiónovou, olejovou, valeriánovou atď.) Dochádza k tvorbe komplexných a zodpovedajúco jednoduchých monoesterov. Pri iných koncentráciách kyseliny dusičnej sú di- a trinitro-estery glykolu. Ako katalyzátor sa používa kyselina sírová danej koncentrácie.

Najdôležitejšie deriváty etylénglykolu

Cenné látky, ktoré sa môžu získať z viacsýtnych alkoholov pomocou jednoduchých chemických reakcií (opísané vyššie) sú etylénglykolétery. Menovite: monometyl a monoetyl, ktorých vzorce sú HO-CH2-CH2-O-CH3 a HO-CH2-CH2-O-C2H5. Prostredníctvom chemických vlastností sú v mnohých ohľadoch podobné glykolom, ale rovnako ako akákoľvek iná trieda zlúčenín majú jedinečné reakčné zvláštnosti, ktoré sú pre nich jedinečné:

• Monometyl-etylénglykol je kvapalina bez farby, ale s charakteristickým zápachom, s teplotou varu 124,6 stupňov Celzia, dokonale rozpustná v etanole, iných organických rozpúšťadlách a vode, oveľa prchavejšia ako glykol a hustota nižšia ako vodná hladina 0,965 g / cm3).
• Dimetyletylénglykol je tiež kvapalný, ale má menej charakteristický zápach, hustotu 0,935 g / cm3, teplotu varu 134 ° nad nulou a rozpustnosť porovnateľnú s predchádzajúcim homológiou.

Použitie buniek - tak všeobecne nazývaných monoestery etylénglykolu - je pomerne bežné. Používajú sa ako činidlá a rozpúšťadlá v organickej syntéze. Ich fyzikálne vlastnosti sa používajú aj v antikoróznych a antikryštalizačných prísadách v nemrznúcich a motorových olejoch.

Oblasti použitia a cenová politika výrobnej linky

Náklady v továrňach a podnikoch, ktoré sa zaoberajú výrobou a predajom takýchto činidiel, kolíšu v priemere približne 100 rubľov na kilogram chemickej zlúčeniny, ako je etylénglykol. Cena závisí od čistoty látky a maximálneho percenta cieľového produktu.

Použitie etylénglykolu nie je obmedzené na žiadnu oblasť. Tak ako surovina sa používa pri výrobe organických rozpúšťadiel, umelých živíc a vlákien, kvapalín, ktoré zmrazia pri negatívnych teplotách. Je zapojený do mnohých priemyselných odvetví, ako sú automobilový, letecký, farmaceutický, elektrotechnický, kožený a tabakový priemysel. Jeho význam pre organickú syntézu je nepochybne ťažký.

Je dôležité mať na pamäti, že glykol je toxická zlúčenina, ktorá môže spôsobiť nenapraviteľné poškodenie ľudského zdravia. Preto sa skladuje v hermetických nádobách vyrobených z hliníka alebo ocele s povinnou vnútornou vrstvou chrániacou nádobu pred koróziou len vo vertikálnych polohách av miestnostiach, ktoré nie sú vybavené vykurovacími systémami, ale majú dobré vetranie. Termín - najviac päť rokov.