Die bekendste stowwe wat in die menslike lewe en industrie gebruik word wat tot die kategorie polihidriese alkohole behoort, is etileenglikol en gliserien. Hulle navorsing en gebruik het etlike eeue gelede begin, maar die eienskappe van hierdie organiese verbindings is in baie opsigte onnavolgbaar en uniek, wat hulle tot vandag toe onontbeerlik maak. Polihidriese alkohole word in baie chemiese sintese, nywerhede en areas van die menslike lewe gebruik.
Die eerste "bekendheid" met etileenglikol en gliserien: die geskiedenis van die verkryging van
In 1859, deur 'n twee-stadium proses van reaksie van dibroometaan met silwer asetaat en dan die behandeling van die etileenglikol diasetaat verkry in die eerste reaksie met bytende potas, Charles Wurtz eerste gesintetiseer etileenglikol. 'n Tyd later is 'n metode van direkte hidrolise van dibroom-etaan ontwikkel, maar op 'n industriële skaal aan die begin van die twintigste eeu, tweehidriese alkohol 1, 2-dioksietaan, ook bekend as mono-etileenglikol, of bloot glikol, in die VSAverkry deur hidrolise van etileenchloorhidrien.
Vandag, beide in die industrie en in die laboratorium, word 'n aantal ander metodes gebruik, nuut, meer ekonomies vanuit 'n grondstof- en energie-oogpunt, en omgewingsvriendelik, aangesien die gebruik van reagense wat chloor bevat of vrystel, gifstowwe, karsinogene en ander gevaarlike stowwe vir die omgewing en mense, neem af met die ontwikkeling van "groen" chemie.
Glycerine is in 1779 deur apteker Carl Wilhelm Scheele ontdek, en Theophile Jules Pelouze het die samestelling van die verbinding in 1836 bestudeer. Twee dekades later is die struktuur van die molekule van hierdie driehidriese alkohol vasgestel en gestaaf in die werke van Pierre Eugene Marseille Vertelot en Charles Wurtz. Uiteindelik, twintig jaar later, het Charles Friedel die volledige sintese van gliserol uitgevoer. Tans gebruik die bedryf twee metodes vir sy produksie: deur allielchloried van propileen, en ook deur akroleïen. Die chemiese eienskappe van etileenglikol, soos gliserien, word wyd gebruik in verskeie velde van chemiese produksie.
Die struktuur en struktuur van die verbinding
Die molekule is gebaseer op 'n onversadigde koolwaterstofskelet van etileen, bestaande uit twee koolstofatome, waarin 'n dubbelbinding gebreek is. Twee hidroksielgroepe is by die ontruimde valensieplekke by die koolstofatome gevoeg. Die formule van etileen is C2H4, nadat die hyskraanbinding gebreek is en hidroksielgroepe bygevoeg is (na verskeie stadiums) lyk dit soos C2N4(OH)2. Dit is wat dit isetileenglikol.
Die etileenmolekule het 'n lineêre struktuur, terwyl die tweewaardige alkohol 'n soort transkonfigurasie het in die plasing van hidroksielgroepe in verhouding tot die koolstofruggraat en tot mekaar (hierdie term is volledig van toepassing op die posisie t.o.v. die meervoudige binding). So 'n ontwrigting stem ooreen met die mees afgeleë ligging van waterstof uit funksionele groepe, laer energie, en dus die maksimum stabiliteit van die stelsel. Eenvoudig gestel, een OH-groep kyk op en die ander kyk af. Terselfdertyd is verbindings met twee hidroksiele onstabiel: by een koolstofatoom, wat in die reaksiemengsel gevorm word, word hulle dadelik gedehidreer en verander in aldehiede.
Klassifikasie
Die chemiese eienskappe van etileenglikol word bepaal deur die oorsprong daarvan uit die groep polihidriese alkohole, naamlik die subgroep diole, dit wil sê verbindings met twee hidroksielfragmente by naburige koolstofatome. 'n Stof wat ook verskeie OH-substituente bevat, is gliserol. Dit het drie alkohol funksionele groepe en is die mees algemene lid van sy subklas.
Baie verbindings van hierdie klas word ook verkry en gebruik in chemiese produksie vir verskeie sintese en ander doeleindes, maar die gebruik van etileenglikol is op 'n meer ernstige skaal en is betrokke in byna alle nywerhede. Hierdie kwessie sal hieronder in meer besonderhede bespreek word.
Fisiese kenmerke
Die gebruik van etileenglikol is te wyte aan die teenwoordigheid van 'n aantaleienskappe wat inherent is aan polihidriese alkohole. Dit is kenmerkende kenmerke wat slegs kenmerkend is vir hierdie klas organiese verbindings.
Die belangrikste van die eiendomme is die onbeperkte vermoë om met H2O te meng. Water + etileenglikol gee 'n oplossing met 'n unieke eienskap: sy vriespunt, afhangende van die diolkonsentrasie, is 70 grade laer as dié van suiwer distillaat. Dit is belangrik om daarop te let dat hierdie afhanklikheid nie-lineêr is, en wanneer 'n sekere kwantitatiewe inhoud van glikol bereik word, begin die teenoorgestelde effek - die vriespunt styg met 'n toename in die persentasie van die opgeloste stof. Hierdie kenmerk het toepassing gevind in die vervaardiging van verskeie vriesmiddels, vrieswerende vloeistowwe wat teen uiters lae termiese eienskappe van die omgewing kristalliseer.
Behalwe in water, verloop die oplosproses goed in alkohol en asetoon, maar word nie in paraffiene, benseene, eters en koolstoftetrachloried waargeneem nie. In teenstelling met sy alifatiese voorouer - so 'n gasvormige stof soos etileen, is etileenglikol 'n stroopagtige, deursigtige vloeistof met 'n effense geel tint, soet van smaak, met 'n onkenmerkende reuk, feitlik nie-vlugtig. Bevriesing van 100% etileenglikol vind plaas by -12.6 grade Celsius, en kook by +197.8 Onder normale toestande is die digtheid 1.11 g/cm3.
Kry metodes
Etileenglikol kan op verskeie maniere verkry word, waarvan sommige vandag slegs historiese of voorbereidende betekenis het, terwyl anderaktief deur die mens op industriële skaal gebruik en nie net nie. In chronologiese volgorde, kom ons kyk na die belangrikstes.
Die eerste metode vir die verkryging van etileenglikol uit dibroom-etaan is reeds hierbo beskryf. Die formule van etileen, waarvan die dubbelbinding gebreek word, en die vrye valensies word deur halogene beset, die belangrikste beginmateriaal in hierdie reaksie, benewens koolstof en waterstof, het twee broomatome in sy samestelling. Die vorming van 'n intermediêre verbinding in die eerste stadium van die proses is moontlik juis as gevolg van hul eliminasie, d.w.s. vervanging deur asetaatgroepe, wat by verdere hidrolise in alkoholgroepe verander.
In die proses van verdere ontwikkeling van die wetenskap, het dit moontlik geword om etileenglikol te verkry deur direkte hidrolise van enige etane vervang deur twee halogene by naburige koolstofatome, met behulp van waterige oplossings van metaalkarbonate van die alkaliese groep of (minder omgewingsvriendelik). vriendelike reagens) H2 O en looddioksied. Die reaksie is taamlik "arbeidsintensief" en gaan slegs by aansienlik verhoogde temperature en druk voort, maar dit het nie die Duitsers verhinder om hierdie metode tydens die wêreldoorloë te gebruik om etileenglikol op 'n industriële skaal te vervaardig nie.
Die metode om etileenglikol uit etileenchloorhidrien te verkry deur die hidrolise daarvan met koolstofsoute van alkaligroepmetale het ook sy rol gespeel in die ontwikkeling van organiese chemie. Met 'n toename in die reaksietemperatuur tot 170 grade, het die opbrengs van die teikenproduk 90% bereik. Maar daar was 'n beduidende nadeel - die glikol moes op een of ander manier uit die soutoplossing onttrek word, wat direk verband hou met'n aantal probleme. Wetenskaplikes het hierdie probleem opgelos deur 'n metode met dieselfde beginmateriaal te ontwikkel, maar die proses in twee fases op te breek.
Etileenglikolasetaathidrolise, synde die vroeëre finale stadium van die Wurtz-metode, het 'n aparte metode geword toe hulle daarin geslaag het om die aanvangsreagens te verkry deur etileen in asynsuur met suurstof te oksideer, dit wil sê sonder die gebruik van duur en heeltemal omgewingsvriendelike halogeenverbindings.
Daar is ook baie maniere om etileenglikol te vervaardig deur etileen te oksideer met hidroperoksiede, peroksiede, organiese persure in die teenwoordigheid van katalisators (osmiumverbindings), kaliumchloraat, ens. Daar is ook elektrochemiese en bestraling-chemiese metodes.
Karakterisering van algemene chemiese eienskappe
Die chemiese eienskappe van etileenglikol word deur sy funksionele groepe bepaal. Die reaksies kan een hidroksielsubstituent of albei behels, afhangende van die prosestoestande. Die belangrikste verskil in reaktiwiteit lê in die feit dat as gevolg van die teenwoordigheid van verskeie hidroksiele in 'n polihidriese alkohol en hul wedersydse invloed, sterker suur eienskappe gemanifesteer word as dié van monohidriese "broers". Daarom, in reaksies met alkalieë, is die produkte soute (vir glikol - glikolate, vir gliserol - gliserate).
Die chemiese eienskappe van etileenglikol, sowel as gliserien, sluit alle reaksies van alkohole uit die kategorie van monohidriese in. Glikol gee volle en gedeeltelike esters in reaksies met monobasiese sure, glikolate word onderskeidelik met alkalimetale gevorm, en wanneerin 'n chemiese proses met sterk sure of hul soute word asynsuuraldehied vrygestel - as gevolg van die eliminasie van 'n waterstofatoom uit 'n molekule.
Reaksies met aktiewe metale
Reaksie van etileenglikol met aktiewe metale (na waterstof in die chemiese sterktereeks) by verhoogde temperature gee etileenglikolaat van die ooreenstemmende metaal, plus waterstof word vrygestel.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, waar X die aktiewe tweewaardige metaal is.
Kwalitatiewe reaksie op etileenglikol
Onderskei polihidriese alkohol van enige ander vloeistof deur 'n visuele reaksie te gebruik wat net kenmerkend is vir hierdie klas verbindings. Om dit te doen, word vars gepresipiteerde koperhidroksied (2), wat 'n kenmerkende blou tint het, in 'n kleurlose oplossing van alkohol gegooi. Wanneer die gemengde komponente interaksie het, los die neerslag op en die oplossing verander in 'n diepblou kleur - as gevolg van die vorming van koperglikolaat (2).
polimerisasie
Die chemiese eienskappe van etileenglikol is van groot belang vir die vervaardiging van oplosmiddels. Die intermolekulêre dehidrasie van die genoemde stof, dit wil sê die eliminasie van water uit elk van die twee molekules van glikol en hul daaropvolgende kombinasie (een hidroksielgroep word heeltemal uitgeskakel, en slegs waterstof word uit die ander verwyder), maak dit moontlik om te verkry 'n unieke organiese oplosmiddel - dioksaan, wat dikwels in organiese chemie gebruik word, ten spyte van die hoë toksisiteit daarvan.
hidroksie-uitruilna halogeen
Wanneer etileenglikol met hidrohaliensure in wisselwerking tree, word die vervanging van hidroksielgroepe deur die ooreenstemmende halogeen waargeneem. Die graad van substitusie hang af van die molêre konsentrasie waterstofhalied in die reaksiemengsel:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, waar X chloor of broom is.
Kry Ether
In die reaksies van etileenglikol met salpetersuur (van 'n sekere konsentrasie) en monobasiese organiese sure (miere, asyn, propion, botter, valeriaan, ens.), word komplekse en, dienooreenkomstig, eenvoudige monoesters gevorm. By ander is die konsentrasie salpetersuur glikoldi- en trinitroesters. Swaelsuur van 'n gegewe konsentrasie word as 'n katalisator gebruik.
Die belangrikste afgeleides van etileenglikol
Waardevolle stowwe wat uit polihidriese alkohole verkry kan word deur eenvoudige chemiese reaksies (hierbo beskryf) is etileenglikol-eters. Naamlik: monometiel en monoëtiel, waarvan die formules HO-CH2-CH2-O-CH3 is en HO-CH2-CH2-O-C2N5 onderskeidelik. Wat chemiese eienskappe betref, is hulle in baie opsigte soortgelyk aan glikole, maar, soos enige ander klas verbindings, het hulle unieke reaktiewe kenmerke wat uniek aan hulle is:
- Monometieletileenglikol is 'n kleurlose vloeistof, maar met 'n kenmerkende walglike reuk, kook teen 124,6 grade Celsius, hoogs oplosbaar in etanol, anderorganiese oplosmiddels en water, baie meer vlugtig as glikol, en met 'n digtheid laer as dié van water (in die orde van 0,965 g/cm3).
- Dimetieletileenglikol is ook 'n vloeistof, maar met 'n minder kenmerkende reuk, 'n digtheid van 0,935 g/cm3, 'n kookpunt van 134 grade bo nul en 'n oplosbaarheid vergelykbaar na die vorige homoloog.
Die gebruik van sellosolves - soos etileenglikolmono-eters algemeen genoem word - is redelik algemeen. Hulle word gebruik as reagense en oplosmiddels in organiese sintese. Hulle fisiese eienskappe word ook gebruik vir anti-roes en anti-kristallisasie bymiddels in vriesmiddel en motorolies.
Toepassingsvelde en pryse van die produkreeks
Die koste by fabrieke en ondernemings betrokke by die vervaardiging en verkoop van sulke reagense wissel gemiddeld ongeveer 100 roebels per kilogram van so 'n chemiese verbinding soos etileenglikol. Die prys hang af van die suiwerheid van die stof en die maksimum persentasie van die teikenproduk.
Die gebruik van etileenglikol is nie beperk tot enige area nie. Dus, as 'n grondstof word dit gebruik in die vervaardiging van organiese oplosmiddels, kunsmatige harse en vesels, vloeistowwe wat by lae temperature vries. Dit is betrokke by baie nywerhede soos motor, lugvaart, farmaseutiese, elektriese, leer, tabak. Die belangrikheid daarvan vir organiese sintese is onteenseglik gewigtig.
Dit is belangrik om te onthou dat glikol isgiftige verbinding wat onherstelbare skade aan menslike gesondheid kan veroorsaak. Daarom word dit gestoor in verseëlde houers van aluminium of staal met 'n verpligte binnelaag wat die houer teen korrosie beskerm, slegs in vertikale posisies en in kamers wat nie toegerus is met verwarmingstelsels nie, maar met goeie ventilasie. Termyn – nie meer as vyf jaar nie.
