Kemijske lastnosti etilenglikola, značilnost. Dihidrični alkohol. Etilenglikolni etri

Najbolj znana in se uporablja v človeško življenje in industrijskih snovi, ki spadajo v kategorijo polioli - etilen glikol in glicerol. Njihova raziskava in uporaba se je začelo pred nekaj stoletji, a lastnosti teh organske spojine

Prvi "poznanec" z etilenglikolom in glicerinom: zgodovina pridobivanja

V 1859 letu, v dveh korakih interakcijo Postopek dibromoetan s srebrovim acetatom in naknadno obdelavo s kalijevim hidroksidom, dobljene v prvi reakciji etilen glikola, Charles Wurtz najprej sintetiziramo glikol. Čez nekaj časa, smo razvili metodo neposrednega hidrolize dibromoetana, ampak na industrijski ravni v začetku dvajsetega stoletja dvovalentnih alkohola 1,2-dihidroksi etana, je - monoetilenglikol ali glikol, pridobljene s hidrolizo etilena v Združenih državah Amerike.

Do danes, tako v industriji in v laboratoriju uporabljajo številne druge metode, nove in bolj učinkovite z surovin in energentov stališč in okolju prijazne, saj uporabo reagentov, ki vsebujejo ali sprošča klor, strupene snovi, rakotvorne snovi, ter drugi škodljivi za okolje in ljudi snov se zmanjša z razvojem "zelene" kemije.

Farmacevt Carl Wilhelm Scheele v 1779 glicerola bila odprta in specifična sestava spojin so preučevali pri 1836 Théophile Jules Peluso. Dve desetletji kasneje je bila struktura molekule tega trihidričnega alkohola ugotovljena in utemeljena v zapisih Pierreja Eugena Marcelie Vertello in Charlesa Wurza. Nazadnje, dvajset let kasneje je Charles Friedel opravil popolno sintezo glicerina. Trenutno industrija uporablja dva načina pridobivanja: skozi alil klorid iz propilena in tudi skozi akrolein. Kemijske lastnosti etilenglikola, kot je glicerol, se pogosto uporabljajo na različnih področjih kemijske proizvodnje.

Struktura in struktura povezave

Molekula temelji na nenasičenem ogljikovodikovem ogrodju etilena, ki ga sestavljata dva atoma ogljika, v kateri je bila prekinjena dvojna vez. Na ogljikovih atomih sta se spustili dve hidroksilni skupini. Formula etilena - C₂H₄, po prekinitvi povezave z žerjavom in dodatkom hidroksilnih skupin (po več stopnjah), izgleda kot C₂H₄(OH)₂. To je etilenglikol.

etilen molekula označena z linearnim strukture, medtem ko ima dvovalentnih alkohol določena podobnost trans konfigurtsii pri nameščanju hidroksilnih skupin glede na hrbtenico ogljika in drug na drugega (v celoti uporablja ta izraz v legi a glede na multiplo vez). Takšna motnja ustreza oddaljeni lokaciji vodikov funkcionalnih skupin, manjšo porabo energije in s tem - največjo stabilnost sistema. Preprosto povedano, ena OH-skupina "izgleda" gor, in drugi - navzdol. Hkrati so nestabilne spojine z dvema hidroksilnima skupinama: z enim atomom ogljika, da se tvori reakcijska zmes, takoj dehidriramo, ki poteka v aldehidi.

Klasifikacija pripadnosti

Kemične lastnosti etilen glikola določimo po svojem izvoru iz skupine, ki jo sestavljajo polialkoholov, in sicer podskupine diole, t.j. spojine s dvema hidroksilnima deli na sosednjih ogljikovih atomih. Snov vsebuje tudi več OH substituente, in glicerin. Ima tri alkohola funkcionalno skupino, in je najpogostejši predstavnik svoje podvrste.

Mnoge spojine tega razreda se prav tako proizvajajo in uporabljajo pri kemični proizvodnji za različne sinteze in druge namene, vendar je uporaba etilenglikola v bolj resnem obsegu in se uporablja v skoraj vseh panogah. To vprašanje bo podrobneje obravnavano v nadaljevanju.

Fizične značilnosti

Uporaba etilen glikola je razložena s prisotnostjo številnih lastnosti, ki so povezane s polihidričnimi alkoholi. To so značilnosti, ki so značilne le za določen razred organskih spojin.

Najpomembnejša lastnost je neomejena zmožnost mešanja s H₂O. Voda + etilen glikol daje raztopino, ki ima edinstveno lastnost: njegovo zmrzišča, odvisno od koncentracije diola manj kot 70 stopinj, kot čiste destilata. Pomembno je omeniti, da to nelinearno odvisnost, in ko doseže določeno kvantitativno glikol začne nasproten učinek - zmrzišča poveča s povečanjem deleža topljenca. Ta možnost je bila uporabljena v proizvodnji različnih proti zmrzovanju tekočin "nezamerzaek", ki kristalizirajo po izjemno nizkih toplotnih značilnosti okolja.

Razen v vodi, pri čemer postopek raztapljanje poteka popolnoma v alkohol in aceton, vendar ni opaziti v parafin, benzena, etru in ogljikovega tetraklorida. V nasprotju z njegov predhodnik alifatske - plinaste snovi, kot je etilen glikol, etilen glikol - je sirupasta, prosojna, z rahlim odtenkom rumeno tekočino, sladkobnega okusa, z dikcijo vonjem, praktično obstojnega. Zamrzovanja pojavi pri stoodstotno etilen glikol - 12,6 stopinj Celzija in vreliščem - pri 197.8. V normalnih pogojih je gostota 1,11 g / cm³.

Metode pridobivanja

Etilenglikol se lahko pridobi na več načinov, nekateri od njih imajo danes le zgodovinsko ali preparativno vrednost, medtem ko jih drugi dejavno uporabljajo v industrijskem obsegu in ne le. Po kronološkem vrstnem redu upoštevajte najpomembnejše.

To je že prva Postopek za pripravo etilen glikola od dibromoetana bil opisan. Formula etilen dvojna vez je prekinjena, in prosta valenca zasedajo halogeni, - glavna vhodna snov pri tej reakciji - poleg ogljika in vodika v svoji strukturi ima dva atoma broma. Nastanek vmesne spojine v prvi stopnji postopka je možno samo zaradi njihove cepitve, tj. E. Zamenjava acetatnih skupin, da se pretvori z nadaljnjo hidrolizo v alkohol.

Pri nadaljnjem razvoju znanosti je postalo mogoče proizvajati etilen glikol z neposrednim hidrolizo koli ethanes substituirana z dvema halogenoma na sosednja ogljikova atoma, z vodno raztopino alkalijskih karbonatov ali skupine (manj okolju prijazen reagenta) H₂O in svinčev dioksid. Reakcija ne "težaven" in se pojavi le pri precej višjih temperatur in tlakov, vendar to ni preprečilo Nemcem v času svetovne vojne to metodo uporabljajo za proizvodnjo etilena v industrijskem merilu.

Njena vloga pri oblikovanju organske kemije igrala in metoda priprave etilen glikola s hidrolizo premoga alkalijskih soli skupine. S povečanjem reakcijske temperature na 170 stopinj je dobitek želenega produkta dosegel 90%. Vendar pa je prišlo do znatne pomanjkljivosti - glikol je treba nekako izločiti iz solne raztopine, ki neposredno vključuje številne težave. Znanstveniki so to vprašanje rešili z razvojem metode z isto začetno snovjo, vendar je postopek prelomil v dve fazi.

Hidroliza etilenglikolatsetatov, pri čemer je v zadnji fazi metode prej Wurtz postala ločena ravni, po omogočeno prejeti substrata oksidacijo etilena v ocetno kislino s kisikom, se pravi brez uporabe drage in ne neškodljiv halogenske spojine.

Obstaja tudi veliko načinov za proizvodnjo etilenglikola z oksidiranjem etilena s hidroperoksidi, peroksidi, organskimi perkislinami v prisotnosti katalizatorjev (osmijeve spojine), kalijev klorat in drugi. Obstajajo tudi elektrokemične in sevalno-kemične metode.

Karakterizacija splošnih kemijskih lastnosti

Kemijske lastnosti etilen glikola določajo njegove funkcionalne skupine. V reakciji lahko sodelujejo en hidroksilni substituent ali oboje, odvisno od pogojev procesa. Glavna razlika v reaktivnosti je v tem, da je zaradi prisotnosti več hidroksilov v polihidričnem alkoholu in njihovem medsebojnem vplivu močnejši kisline lastnosti, kot v monatomskih "kolegih". Zato so pri reakcijah z alkalnimi produkti soli (za glikolglikolate, za glicerolglicerate).

Kemične lastnosti etilen glikola, ter glicerol, reakcijo alkoholov vključuje vse vrste monohidričen. Glikol daje popolnih in delnih estrov v reakciji z monobaznih kislin glycolates, oziroma se tvorijo z alkalnimi kovinami in s kemičnim postopkom z močnimi kislinami ali njenih soli sprosti aldehid ocetne kisline - zaradi cepitve molekule izmed atoma vodika.

Reakcije z aktivnimi kovinami

Medsebojno delovanje etilen glikola z aktivnimi kovinami (ki stoji po vodiku v kemičnem napetem območju) pri povišanih temperaturah daje etilen glikolat ustrezne kovine in se osvobodi vodik.

C₂H₄(OH)₂ + X → C₂H₄O podjetju₂X, kjer je X aktivna dvovalentna kovina.

Kvalitativna reakcija na etilenglikolu

Razlikovati polihidrični alkohol iz katere koli druge tekočine z uporabo vizualne reakcije, ki je značilna le za ta razred spojin. V ta namen se sveže oborjena voda vlije v brezbarvno alkoholno raztopino bakrov hidroksid (2), ki ima značilno modro odtenek. Ko mešane komponente komunicirajo, opazimo raztapljanje oborine in raztopino obarvamo v nasičeni modri barvi - zaradi nastanka bakrovega glikolata (2).

Polimerizacija

Kemične lastnosti etilen glikola so pomembni za proizvodnjo topil. Medmolekulska dehidracija omenjene snovi, to je izločanje vode iz vsakega od dveh molekul glikola in nato kombiniranje (eno hidroksilno skupino odcepimo v celoti, po drugi strani pa sega samo vodik), daje možnost pridobitve edinstven organsko topilo - dioksanu, ki se pogosto uporablja v organski kemiji, kljub visoki toksičnosti.

Izmenjava hidroksila za halogen

Kadar se etilen glikol reagira s hidrokhaličnimi kislinami, se hidroksilne skupine nadomestijo z ustreznim halogenom. Stopnja substitucije je odvisna od molske koncentracije vodikovega halida v reakcijski zmesi:

HO-CH₂-CH₂-OH + 2H → H-CH₂-CH₂-X, kjer je X klor ali brom.

Priprava etrov

V reakcijah etilena z dušikovo kislino (definirano koncentracija) in monobaznih organskih kislin (mravljična, ocetna, propionska, karneval, valerianska in t. D.) tvorbo kompleksa in zato monoethers. Pri drugih je koncentracija dušikove kisline di- in trinitroestri glikola. Katalizator je žveplova kislina določene koncentracije.

Najpomembnejši derivati ​​etilenglikola

Dragocene snovi, ki jih lahko enostavno dobimo iz polihidričnih alkoholov kemijske reakcije (opisani zgoraj) so etri etilen glikola. Namreč: monometil in monoetil, katerih formule so HO-CH₂-CH₂-O-CH₃ in HO-CH₂-CH₂-OC₂H₅ . Po kemijskih lastnostih so zelo podobna glikolov, vendar, tako kot kateri koli drugi razred spojin, ki imajo edinstvene reakcionarne funkcije, značilna le:

• Monometiletilenglikol je tekočina brez barve, vendar z značilnim gnusno vonja, zavre pri 124,6 stopinj Celzija, dobro raztapljanje v etanolu in drugih organskih topil in vode, so bistveno bolj nestanovitna kot glikola in gostoto manjšo od vode (približno 0,965 g / cm³).
• Dimetil etilenglikol je tudi tekočina, vendar z manj značilnim vonjem, gostoto 0,935 g / cm³, vrelišče je 134 stopinj nad ničlo in topnost primerljiva s prejšnjim homologom.

Uporaba celosolov - tako na splošno imenovanih monoetri etilen glikola - je precej pogosta. Uporabljajo se kot reagenti in topila v organski sintezi. Uporabite jih tudi fizične lastnosti za protikorozijske in antikristalizacijske dodatke v antifrizi in motornih oljih.

Področja uporabe in cenovna politika proizvodne linije

Stroški tovarn in podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo in prodajo takih kemikalij, se giblje od povprečno okoli 100 rubljev na kilogram teh kemičnih spojin, kot je etilen glikol. Cena je odvisna od čistote snovi in ​​največjega odstotka ciljnega proizvoda.

Uporaba etilenglikola ni omejena na katero koli področje. Torej, kot surovina se uporablja pri proizvodnji organskih topil, umetnih smol in vlaken, tekočin, ki zamrznejo pri negativnih temperaturah. Vključen je v številne industrijske sektorje, kot so avtomobil, letalstvo, farmacevtski, električni, usnjarski in tobačni izdelki. Njen pomen za organsko sintezo je nedvomno pomemben.

Pomembno je vedeti, da je glikol strupena spojina, ki lahko povzroči nepopravljivo škodo za zdravje ljudi. Zato se shranijo v zapečateni embalaži iz aluminija ali jekla, z dodatno notranjo plast, ki ščiti rezervoar pred korozijo, samo v navpični položaj in področjih, ki niso predvideni s sistemi za ogrevanje, vendar z dobrim prezračevanjem. Rok - ne več kot pet let.