Ang pinakatanyag at ginagamit sa buhay ng tao at mga sangkap sa industriya na kabilang sa kategorya ng mga polyhydric alcohol ay ang ethylene glycol at glycerin. Ang kanilang pagsasaliksik at paggamit ay nagsimula ilang siglo na ang nakalilipas, ngunit ang mga katangian ng mga organikong compound na ito ay sa maraming paraan ay hindi matutulad at natatangi, na ginagawang kailangan ang mga ito hanggang sa araw na ito. Ginagamit ang mga polyhydric alcohol sa maraming kemikal na synthesis, industriya at lugar ng buhay ng tao.
Ang unang "kakilala" sa ethylene glycol at glycerin: ang kasaysayan ng pagkuha
Noong 1859, sa pamamagitan ng dalawang yugtong proseso ng pagre-react sa dibromoethane na may silver acetate at pagkatapos ay paggamot sa ethylene glycol diacetate na nakuha sa unang reaksyon na may caustic potash, unang nag-synthesize si Charles Wurtz ng ethylene glycol. Pagkalipas ng ilang panahon, nabuo ang isang paraan ng direktang hydrolysis ng dibromoethane, ngunit sa isang pang-industriya na sukat sa simula ng ikadalawampu siglo, ang dihydric alcohol 1, 2-dioxyethane, na kilala rin bilang monoethylene glycol, o simpleng glycol, sa USAnakuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng ethylene chlorohydrin.
Ngayon, kapwa sa industriya at sa laboratoryo, maraming iba pang mga pamamaraan ang ginagamit, bago, mas matipid mula sa hilaw na materyal at enerhiya na punto ng view, at environment friendly, dahil ang paggamit ng mga reagents na naglalaman o naglalabas ng chlorine, mga toxin, carcinogens at iba pang mapanganib na sangkap para sa kapaligiran at mga tao, ay bumababa sa pagbuo ng "berdeng" chemistry.
Ang Glycerine ay natuklasan ng parmasyutiko na si Carl Wilhelm Scheele noong 1779, at pinag-aralan ni Theophile Jules Pelouze ang komposisyon ng tambalan noong 1836. Pagkalipas ng dalawang dekada, ang istraktura ng molekula ng trihydric na alkohol na ito ay itinatag at napatunayan sa mga gawa ni Pierre Eugene Marseille Vertelot at Charles Wurtz. Sa wakas, makalipas ang dalawampung taon, isinagawa ni Charles Friedel ang kumpletong synthesis ng gliserol. Sa kasalukuyan, ang industriya ay gumagamit ng dalawang pamamaraan para sa paggawa nito: sa pamamagitan ng allyl chloride mula sa propylene, at gayundin sa pamamagitan ng acrolein. Ang mga kemikal na katangian ng ethylene glycol, tulad ng glycerin, ay malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan ng paggawa ng kemikal.
Ang istraktura at istraktura ng koneksyon
Ang molekula ay nakabatay sa isang unsaturated hydrocarbon skeleton ng ethylene, na binubuo ng dalawang carbon atoms, kung saan nasira ang isang double bond. Dalawang pangkat ng hydroxyl ang idinagdag sa mga bakanteng valence site sa mga carbon atom. Ang formula ng ethylene ay C2H4, pagkatapos maputol ang crane bond at magdagdag ng mga hydroxyl group (pagkatapos ng ilang yugto) ito ay parang C2N4(OH)2. Iyon na iyonethylene glycol.
Ang ethylene molecule ay may linear na istraktura, habang ang dihydric alcohol ay may isang uri ng trans configuration sa paglalagay ng mga hydroxyl group na may kaugnayan sa carbon backbone at sa isa't isa (ang terminong ito ay ganap na naaangkop sa posisyong nauugnay sa ang maramihang bono). Ang nasabing dislokasyon ay tumutugma sa pinakamalayo na lokasyon ng mga hydrogen mula sa mga functional na grupo, mas mababang enerhiya, at samakatuwid ang pinakamataas na katatagan ng system. Sa madaling salita, ang isang grupo ng OH ay tumitingin sa itaas at ang isa naman ay nakatingin sa ibaba. Kasabay nito, ang mga compound na may dalawang hydroxyls ay hindi matatag: sa isang carbon atom, na nabubuo sa reaction mixture, sila ay agad na nade-dehydrate, nagiging aldehydes.
Pag-uuri
Ang mga kemikal na katangian ng ethylene glycol ay tinutukoy ng pinagmulan nito mula sa pangkat ng mga polyhydric alcohol, katulad ng subgroup ng mga diol, iyon ay, mga compound na may dalawang hydroxyl fragment sa mga katabing carbon atoms. Ang isang substance na naglalaman din ng ilang OH substituents ay glycerol. Mayroon itong tatlong alcohol functional group at ito ang pinakakaraniwang miyembro ng subclass nito.
Maraming compound ng klase na ito ang nakukuha at ginagamit din sa paggawa ng kemikal para sa iba't ibang synthesis at iba pang layunin, ngunit ang paggamit ng ethylene glycol ay nasa mas seryosong sukat at nasasangkot sa halos lahat ng industriya. Ang isyung ito ay tatalakayin nang mas detalyado sa ibaba.
Mga katangiang pisikal
Ang paggamit ng ethylene glycol ay dahil sa pagkakaroon ng ilangmga katangian na likas sa polyhydric alcohols. Ito ay mga natatanging tampok na katangian lamang para sa klase ng mga organikong compound na ito.
Ang pinakamahalaga sa mga katangian ay ang walang limitasyong kakayahang makihalubilo sa H2O. Ang tubig + ethylene glycol ay nagbibigay ng solusyon na may kakaibang katangian: ang pagyeyelo nito, depende sa konsentrasyon ng diol, ay 70 degrees na mas mababa kaysa sa purong distillate. Mahalagang tandaan na ang pag-asa na ito ay hindi linear, at sa pag-abot sa isang tiyak na dami ng nilalaman ng glycol, ang kabaligtaran na epekto ay nagsisimula - ang punto ng pagyeyelo ay tumataas na may pagtaas sa porsyento ng natunaw na sangkap. Ang tampok na ito ay nakahanap ng aplikasyon sa paggawa ng iba't ibang mga antifreeze, mga anti-freeze na likido na nag-kristal sa napakababang mga katangian ng thermal ng kapaligiran.
Maliban sa tubig, ang proseso ng dissolution ay nagpapatuloy nang maayos sa alkohol at acetone, ngunit hindi sinusunod sa paraffins, benzenes, ethers at carbon tetrachloride. Hindi tulad ng aliphatic na ninuno nito - tulad ng isang gaseous substance tulad ng ethylene, ang ethylene glycol ay isang tulad ng syrup, transparent na likido na may bahagyang dilaw na tint, matamis sa lasa, na may hindi pangkaraniwang amoy, halos hindi pabagu-bago. Ang pagyeyelo ng 100% ethylene glycol ay nangyayari sa -12.6 degrees Celsius, at kumukulo sa +197.8. Sa normal na kondisyon, ang density ay 1.11 g/cm3.
Pagkuha ng Mga Paraan
Ang Ethylene glycol ay maaaring makuha sa iba't ibang paraan, ang ilan sa ngayon ay mayroon lamang makasaysayang o preparative na kahalagahan, habang ang iba ayaktibong ginagamit ng tao sa antas ng industriya at hindi lamang. Sa magkakasunod na pagkakasunud-sunod, tingnan natin ang pinakamahalaga.
Ang unang paraan para sa pagkuha ng ethylene glycol mula sa dibromoethane ay inilarawan na sa itaas. Ang formula ng ethylene, ang dobleng bono kung saan ay nasira, at ang mga libreng valencies ay inookupahan ng mga halogens, ang pangunahing panimulang materyal sa reaksyong ito, bilang karagdagan sa carbon at hydrogen, ay may dalawang bromine atoms sa komposisyon nito. Ang pagbuo ng isang intermediate compound sa unang yugto ng proseso ay posible nang tumpak dahil sa kanilang pag-aalis, ibig sabihin, pagpapalit ng mga grupo ng acetate, na, sa karagdagang hydrolysis, ay nagiging mga alkohol.
Sa proseso ng karagdagang pag-unlad ng agham, naging posible na makakuha ng ethylene glycol sa pamamagitan ng direktang hydrolysis ng anumang ethanes na pinapalitan ng dalawang halogen sa mga kalapit na carbon atoms, gamit ang mga may tubig na solusyon ng mga metal carbonate mula sa alkaline group o (mas mababa ang kapaligiran. friendly reagent) H2 Oh at lead dioxide. Ang reaksyon ay medyo "labor-intensive" at nagpapatuloy lamang sa makabuluhang mataas na temperatura at pressure, ngunit hindi ito naging hadlang sa mga German na gamitin ang pamamaraang ito noong mga digmaang pandaigdig upang makagawa ng ethylene glycol sa isang industriyal na sukat.
Ang paraan ng pagkuha ng ethylene glycol mula sa ethylene chlorohydrin sa pamamagitan ng hydrolysis nito na may mga carbon s alt ng alkali group na mga metal ay gumanap din ng papel nito sa pagbuo ng organic chemistry. Sa pagtaas ng temperatura ng reaksyon sa 170 degrees, ang ani ng target na produkto ay umabot sa 90%. Ngunit mayroong isang makabuluhang disbentaha - ang glycol ay kailangang makuha sa anumang paraan mula sa solusyon ng asin, na direktang nauugnay saisang bilang ng mga paghihirap. Nalutas ng mga siyentipiko ang isyung ito sa pamamagitan ng pagbuo ng isang pamamaraan na may parehong panimulang materyal, ngunit hinahati ang proseso sa dalawang yugto.
Ang Ethylene glycol acetate hydrolysis, bilang ang naunang huling yugto ng pamamaraang Wurtz, ay naging isang hiwalay na paraan nang makuha nila ang panimulang reagent sa pamamagitan ng pag-oxidize ng ethylene sa acetic acid na may oxygen, iyon ay, nang hindi gumagamit ng mahal at ganap na hindi kapaligiran na mga halogen compound.
Mayroon ding maraming paraan upang makagawa ng ethylene glycol sa pamamagitan ng pag-oxidize ng ethylene na may hydroperoxides, peroxides, organic peracids sa pagkakaroon ng mga catalyst (osmium compound), potassium chlorate, atbp. Mayroon ding mga electrochemical at radiation-chemical na pamamaraan.
Pagsasalarawan ng mga pangkalahatang katangian ng kemikal
Ang mga kemikal na katangian ng ethylene glycol ay tinutukoy ng mga functional na grupo nito. Ang mga reaksyon ay maaaring may kasamang isang hydroxyl substituent o pareho, depende sa mga kondisyon ng proseso. Ang pangunahing pagkakaiba sa reaktibiti ay nakasalalay sa katotohanan na dahil sa pagkakaroon ng ilang mga hydroxyl sa isang polyhydric na alkohol at ang kanilang impluwensya sa isa't isa, ang mas malakas na acidic na mga katangian ay ipinahayag kaysa sa mga monohydric na "kapatid". Samakatuwid, sa mga reaksyon sa alkalis, ang mga produkto ay mga asin (para sa glycol - glycolates, para sa glycerol - glycerates).
Ang mga kemikal na katangian ng ethylene glycol, pati na rin ang glycerin, ay kinabibilangan ng lahat ng reaksyon ng mga alkohol mula sa kategorya ng monohydric. Ang Glycol ay nagbibigay ng buo at bahagyang mga ester sa mga reaksyon na may mga monobasic acid, ang glycolates, ayon sa pagkakabanggit, ay nabuo sa mga alkali na metal, at kapagsa isang kemikal na proseso na may malalakas na acids o sa kanilang mga asin, ang acetic acid aldehyde ay inilalabas - dahil sa pag-aalis ng isang hydrogen atom mula sa isang molekula.
Mga reaksyon na may mga aktibong metal
Reaksyon ng ethylene glycol na may mga aktibong metal (pagkatapos ng hydrogen sa serye ng lakas ng kemikal) sa mataas na temperatura ay nagbibigay ng ethylene glycolate ng katumbas na metal, kasama ang hydrogen na inilabas.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, kung saan ang X ay ang aktibong divalent metal.
Kuwalitatibong reaksyon sa ethylene glycol
Ibahin ang polyhydric alcohol mula sa anumang iba pang likido gamit ang isang visual na reaksyon na katangian lamang para sa klase ng mga compound na ito. Upang gawin ito, ang sariwang precipitated copper hydroxide (2), na may katangian na asul na tint, ay ibinuhos sa isang walang kulay na solusyon ng alkohol. Kapag nag-interact ang mga pinaghalong sangkap, natutunaw ang precipitate at ang solusyon ay nagiging malalim na asul na kulay - bilang resulta ng pagbuo ng copper glycolate (2).
Polymerization
Ang mga kemikal na katangian ng ethylene glycol ay napakahalaga para sa paggawa ng mga solvents. Ang intermolecular dehydration ng nabanggit na sangkap, iyon ay, ang pag-aalis ng tubig mula sa bawat isa sa dalawang molekula ng glycol at ang kanilang kasunod na kumbinasyon (isang hydroxyl group ay ganap na inalis, at ang hydrogen lamang ang tinanggal mula sa isa pa), ay ginagawang posible na makakuha ng isang natatanging organikong solvent - dioxane, na kadalasang ginagamit sa organic chemistry, sa kabila ng mataas na toxicity nito.
Hydroxy exchangesa halogen
Kapag ang ethylene glycol ay nakipag-ugnayan sa mga hydrohalic acid, ang pagpapalit ng mga hydroxyl group ng kaukulang halogen ay sinusunod. Ang antas ng pagpapalit ay nakasalalay sa molar na konsentrasyon ng hydrogen halide sa pinaghalong reaksyon:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, kung saan ang X ay chlorine o bromine.
Kunin si Ether
Sa mga reaksyon ng ethylene glycol na may nitric acid (ng isang tiyak na konsentrasyon) at monobasic organic acids (formic, acetic, propionic, butyric, valeric, atbp.), kumplikado at, nang naaayon, ang mga simpleng monoester ay nabuo. Sa iba, ang konsentrasyon ng nitric acid ay glycol di- at trinitroesters. Ang sulfuric acid ng isang partikular na konsentrasyon ay ginagamit bilang isang katalista.
Ang pinakamahalagang derivatives ng ethylene glycol
Ang mga mahahalagang substance na maaaring makuha mula sa polyhydric alcohols gamit ang mga simpleng kemikal na reaksyon (inilarawan sa itaas) ay mga ethylene glycol ethers. Namely: monomethyl at monoethyl, ang mga formula nito ay HO-CH2-CH2-O-CH3 at HO-CH2-CH2-O-C2N5 ayon sa pagkakabanggit. Sa mga tuntunin ng mga kemikal na katangian, ang mga ito sa maraming paraan ay katulad ng mga glycols, ngunit, tulad ng anumang iba pang klase ng mga compound, mayroon silang mga natatanging reaktibong tampok na natatangi sa kanila:
- Monomethylethylene glycol ay isang walang kulay na likido, ngunit may katangian na nakakadiri na amoy, kumukulo sa 124.6 degrees Celsius, lubos na natutunaw sa ethanol, iba pamga organikong solvent at tubig, mas pabagu-bago ng isip kaysa sa glycol, at may density na mas mababa kaysa sa tubig (sa pagkakasunud-sunod na 0.965 g/cm3). Ang
- Dimethylethylene glycol ay isa ring likido, ngunit may hindi gaanong katangian na amoy, isang density na 0.935 g/cm3, isang boiling point na 134 degrees above zero at isang solubility na maihahambing sa nakaraang homologue.
Ang paggamit ng mga cellosolves - gaya ng karaniwang tawag sa ethylene glycol monoethers - ay karaniwan. Ginagamit ang mga ito bilang mga reagents at solvents sa organic synthesis. Ginagamit din ang kanilang mga pisikal na katangian para sa mga anti-corrosion at anti-crystallization additives sa antifreeze at mga langis ng motor.
Mga larangan ng aplikasyon at pagpepresyo ng hanay ng produkto
Ang gastos sa mga pabrika at negosyong kasangkot sa paggawa at pagbebenta ng mga naturang reagents ay nagbabago sa average na humigit-kumulang 100 rubles bawat kilo ng naturang kemikal na tambalan bilang ethylene glycol. Nakadepende ang presyo sa kadalisayan ng substance at sa maximum na porsyento ng target na produkto.
Ang paggamit ng ethylene glycol ay hindi limitado sa alinmang lugar. Kaya, bilang isang hilaw na materyal ito ay ginagamit sa paggawa ng mga organic na solvents, artipisyal na resins at fibers, mga likido na nagyeyelo sa mababang temperatura. Ito ay kasangkot sa maraming mga industriya tulad ng automotive, aviation, pharmaceutical, electrical, leather, tabako. Ang kahalagahan nito para sa organic synthesis ay hindi maikakailang mabigat.
Mahalagang tandaan na ang glycol aynakakalason na tambalang maaaring magdulot ng hindi na maibabalik na pinsala sa kalusugan ng tao. Samakatuwid, ito ay naka-imbak sa mga selyadong sisidlan na gawa sa aluminyo o bakal na may isang ipinag-uutos na panloob na layer na nagpoprotekta sa lalagyan mula sa kaagnasan, lamang sa mga vertical na posisyon at sa mga silid na hindi nilagyan ng mga sistema ng pag-init, ngunit may mahusay na bentilasyon. Termino - hindi hihigit sa limang taon.
