Chemické vlastnosti ethylenglykolu, charakteristické. Dvojsýtný alkohol. Ethylenglykolethery

Nejslavnější a nejčastěji používaný v životě člověka a v průmyslu látek patřících do kategorie vícemocných alkoholů jsou ethylenglykol a glycerin. Jejich výzkum a použití začaly před několika staletími, ale jejich vlastnosti organických sloučenin

První "známý" s ethylenglykolem a glycerinem: historie získání

V 1859 roce, ve dvoustupňovém procesu dibromethanu interakci s octanu stříbrného a následnou reakcí s hydroxidem draselným, získané v první reakci ethylenglykolu, Charles Wurtz poprvé syntetizován glykol. O něco později, jsme vyvinuli způsob přímého hydrolýzy dibromethan, ale v průmyslovém měřítku na počátku dvacátého století, dvojsytný alkohol 1,2-dihydroxy-ethan, on - monoethylenglykol, nebo glykol, získané hydrolýzou ethylenu ve Spojených státech.

K dnešnímu dni, a to jak v průmyslu a v laboratoři použít řadu dalších metod, nové a účinnější se surovinami a energetických hledisek, a šetrné k životnímu prostředí, protože použití činidel, které obsahují nebo uvolňují chlor, toxiny, karcinogeny, a další škodlivé pro životní prostředí a lidské látka se snižuje s rozvojem „zelené“ chemie.

Lékař Carl Wilhelm Scheele v roce 1779 objevil glycerol a zvláštní složení sloučeniny studoval v roce 1836 Theophilus Julius Peluz. O dvě desetiletí později byla struktura molekuly tohoto trojzložkového alkoholu založena a ospravedlněna v dílech Pierre Eugene Marcelie Vertello a Charles Wurz. Nakonec, o dvacet let později, Charles Friedel provedl kompletní syntézu glycerinu. V současné době používá průmysl dva způsoby získání: prostřednictvím allylchloridu z propylenu a také akroleinu. Chemické vlastnosti ethylenglykolu, jako je glycerol, jsou široce používány v různých oblastech chemické výroby.

Struktura a struktura spojení

Molekula je založena na nenasycené uhlovodíkové skeletě ethylenu sestávající z dvou atomů uhlíku, ve kterých byla dvojná vazba přerušena. Dvě hydroxylové skupiny se připojily k uvolněným místům valence na uhlíkových atomech. Vzorec ethylenu - C₂H₄, po rušení vazby jeřábu a přidání hydroxylových skupin (po několika etapách) vypadá jako C₂H₄(OH)₂. Jedná se o ethylenglykol.

ethylenu molekula charakterizovány lineární strukturou, zatímco dvojsytný alkohol má určitou podobnost trans konfigurtsii v umístění hydroxylových skupin, s ohledem na hlavní řetězec a k sobě navzájem (plně aplikovat tento termín do polohy vzhledem k vícenásobné vazby). Takové narušení odpovídá vzdáleném místě atomů vodíku funkčními skupinami, nižší energie, a tím i - maximální stabilitu systému. Jednoduše řečeno, jedna ON-skupina "vypadá" nahoru a druhá - dolů. Zároveň jsou nestabilní sloučenina s dvěma hydroxylovými skupinami: s jedním atomem uhlíku za vzniku reakční směsi, ale ihned dehydratovat, procházející na aldehydy.

Přidružení k zařazení

Chemické vlastnosti ethylenglykolu je určena jeho původu ze skupiny, sestávající z vícesytných alkoholů, a to podskupiny dioly, to znamená sloučeniny s dvěma hydroxylovými skupinami na sousedních atomech uhlíku. Látky, také obsahují několik hydroxylové substituenty, a je glycerin. Má tři alkoholové funkční skupinu, a je nejčastějším zástupcem svého podtřídy.

Mnoho sloučenin této třídy jsou také připraveny a použity v chemickém průmyslu pro různé syntézy a pro jiné účely, ale použití ethylenglykolu má vážný rozsah a jsou zapojeny do prakticky ve všech průmyslových odvětvích. Tato otázka bude podrobněji zvážena níže.

Fyzikální charakteristiky

Použití ethylenglykolu je vysvětleno přítomností řady vlastností, které jsou vlastnictvím vícesytných alkoholů. Jedná se o charakteristické rysy charakteristické pouze pro danou třídu organických sloučenin.

Nejdůležitější vlastností je neomezená schopnost mixu s H₂O. Voda + ethylenglykolu získá roztok, který má jedinečnou vlastnost: její teplotu tuhnutí, v závislosti na koncentraci diolu na méně než 70 stupňů, než čistý destilátu. Je důležité poznamenat, že tento nelineární závislost, a po dosažení určité kvantitativní glykol začíná opačný efekt - teplota tuhnutí je zvýšena zvýšením procento rozpuštěné látky. Tato funkce byla použita při výrobě různých proti zamrzání „nezamerzaek“, které krystalizují v extrémně nízkých tepelných charakteristik prostředí.

S výjimkou vody, proces rozpouštění probíhá přesně v alkoholu a acetonu, ale není pozorována v parafinovém benzenu, etheru a tetrachlormethan. Na rozdíl od jeho předchůdce alifatických - plynné látky, jako je například ethylenglykol, ethylenglykol - je sirupovitá, průsvitný, s lehkým nádechem žluté kapaliny, nasládlé chuti, s nezvykle zápach, prakticky netěkavé. Zmrazení 100% ethylenglykolu se vyskytuje při - 12,6 ° C a varu v rozmezí +197,8 ° C. Za normálních podmínek je hustota 1,11 g / cm³.

Metody získání

Etylenglykol lze získat několika způsoby, některé z nich mají dnes pouze historickou nebo přípravnou hodnotu, zatímco jiné jsou aktivně používány člověkem v průmyslovém měřítku a nejen. V chronologickém pořadí zvažte nejdůležitější.

První způsob získání ethylenglykolu z dibromethanu byl již popsán výše. Vzorec ethylen dvojná vazba je přerušeno, a volné valence jsou obsazeny atomy halogenu, - hlavní výchozí materiál pro tuto reakci - kromě atomů uhlíku a vodíku ve své struktuře má dva atomy bromu. Tvorba meziproduktu sloučeniny v prvním procesním kroku je možné, jen proto, že jejich štěpení, tj. E. Výměna acetátových skupin, které jsou převedeny dalším hydrolýzou do alkoholu.

V průběhu dalšího vývoje vědy se stalo možné vyrobit ethylenglykolu přímou hydrolýzou jakýchkoliv ethany substituované dvěma halogeny na sousedních atomech uhlíku, s vodnými roztoky uhličitanů alkalických kovů nebo skupiny (méně šetrný k životnímu prostředí činidlo) H₂O a oxid olovnatý. Reakce spíše „pracné“ a dochází pouze při mnohem vyšších teplot a tlaků, ale to nebrání Němců v období světové války pomocí této metody pro výrobu ethylenu v průmyslovém měřítku.

Jeho roli ve vývoji organické chemie hraje metoda získání ethylenglykolu z ethylenchlorhydrinu jeho hydrolýzou uhelnými solemi kovů alkalické skupiny. S nárůstem reakční teploty na 170 ° C dosáhl výtěžek požadovaného produktu 90%. Existovala však značná nevýhoda - glykol potřebný k nějakému vyloučení ze solného roztoku, který přímo zahrnuje řadu potíží. Vědci tento problém řešili tím, že vyvinuli metodu se stejnou výchozí látkou, ale postup rozdělili do dvou fází.

Hydrolýza etilenglikolatsetatov, že v konečné fázi tohoto způsobu dříve Wurtz, se stal oddělenou způsobem vystavena při schopné přijímat surovině oxidaci ethylenu na kyselinu octovou pomocí kyslíku, to znamená bez použití drahé a není neškodné halogenové sloučeniny.

Je rovněž známo mnoho způsobů výroby ethylenu oxidací ethylenu hydroperoxidy, peroxidy, organické perkyseliny v přítomnosti katalyzátorů (osmia sloučeniny) chlorečnan draselný a další. Existují také elektrochemické a radiačně-chemické metody.

Charakterizace obecných chemických vlastností

Chemické vlastnosti ethylenglykolu jsou určovány jeho funkčními skupinami. Jeden hydroxylový substituent nebo oba se mohou podílet na reakcích v závislosti na podmínkách procesu. Hlavní rozdíl v reaktivitě spočívá ve skutečnosti, že kvůli přítomnosti několika hydroxylů ve vícemocném alkoholu a jejich vzájemnému vlivu je silnější kyselinové vlastnosti, než u monatomických "kolegů". Proto při reakcích s alkalickými produkty jsou soli (pro glykol - glykoláty, pro glycerol - glyceráty).

Chemické vlastnosti ethylenglykolu, stejně jako glycerol, reakce alkoholů zahrnují všechny druhy jednomocné. Glykolu poskytuje kompletní a parciální estery v reakcích s jednosytných kyselin, glykoláty, v daném pořadí, jsou vytvořené s alkalickými kovy a s chemickým procesem působením silných kyselin nebo jejich solí uvolní aldehyd kyseliny octové - v důsledku štěpení molekul z atomu vodíku.

Reakce s aktivními kovy

reakcí ethylenglykolu s aktivních kovů (vodík stát po několika chemických síly) při zvýšených teplotách se získá odpovídající ethylenglykolátu kovu a vodíku se uvolní.

C₂H₄(OH)₂ + X → C₂H₄O₂X, kde X je aktivní dvojmocný kov.

Kvalitativní reakce na ethylenglykolu

Rozlišení vícesytného alkoholu z jakékoliv jiné tekutiny pomocí vizuální reakce, charakteristické pouze pro tuto třídu sloučenin. Za tímto účelem se čerstvě vysrážená voda nalije do bezbarvého alkoholového roztoku hydroxid měďnatý (2), který má charakteristický modrý odstín. Při interakci smíšených složek je rozpustnost sraženiny pozorována a roztok je zbarven v syté modré barvě - jako výsledek tvorby glykolátu mědi (2).

Polymerizace

Chemické vlastnosti ethylenglykolu mají velký význam pro výrobu rozpouštědel. Intermolekulární dehydratace uvedené látky, to znamená, že odstranění vody z každé ze dvou molekul glykolu a pak se sloučí (jedna hydroxylová skupina se odštěpí úplně, ale na druhé straně se rozprostírá pouze vodík), dává možnost získat jedinečné organické rozpouštědlo - dioxan, která se často používá v organické chemii, i přes vysokou toxicitu.

Výměna hydroxylové skupiny pro halogen

Když ethylenglykol reaguje s halogenovodíkovými kyselinami, jsou hydroxylové skupiny nahrazeny odpovídajícím halogenem. Stupeň substituce závisí na molární koncentraci halogenovodíku v reakční směsi:

HO-CH₂-CH₂-OH + 2H → H-CH₂-CH₂-X, kde X je chlor nebo brom.

Příprava etherů

V reakcí ethylenu s kyselinou dusičnou (definované koncentraci) a jednosytných organickými kyselinami (kyselina mravenčí, octová, propionová, masopust, valerové a t. D.) tvorbu komplexu, a tudíž monoethery. U jiných koncentracích kyseliny dusičné - di- a trinitroefirov glykolu. Kyselina sírová se používá jako katalyzátor předem stanovenou koncentraci.

Nejdůležitější deriváty ethylenglykolu

Cenné látky, které lze získat z vícesytných alkoholů pomocí jednoduchých chemické reakce (popsané výše) jsou ethery ethylenglykolu. Zejména: monomethyl a monoethyl, jejichž vzorce jsou HO-CH₂-CH₂-O-CH₃ a HO-CH₂-CH₂-OC₂H₅ resp. Podle chemických vlastností, které jsou hodně jako glykoly, ale stejně jako všechny ostatní třídy sloučenin, které mají jedinečné vlastnosti reakčních, která spočívá pouze:

• Monometiletilenglikol je kapalina bez barvy, ale s charakteristickou nechutný zápachu, vře při 124,6 ° C, dobře rozpustí v ethanolu a další organická rozpouštědla a voda jsou podstatně těkavější než glykol, a hustotu menší, než je voda (o 0,965 g / cm³).
• Dimethylethylenglykol je také kapalný, ale má méně charakteristický zápach, hustotu 0,935 g / cm³, teplota varu je 134 stupňů nad nulou a rozpustnost srovnatelná s předchozím homologem.

Použití buněčných solí - tak obecně nazývané monoethery ethylenglykolu - je poměrně běžné. Používají se jako činidla a rozpouštědla v organické syntéze. Také je aplikujte fyzikální vlastnosti pro antikorozní a antikrystalizační přísady v nemrznoucích a motorových olejích.

Oblasti použití a cenová politika výrobní linky

Náklady na továren a podniků zabývající se výrobou a prodeje těchto chemických látek, se pohybuje v rozmezí v průměru kolem 100 rublů za kilogram těchto chemických sloučenin, jako je ethylenglykol. Cena je závislá na čistotě látky a maximální procento požadovaného produktu.

Použití ethylenglykolu není omezeno na žádnou oblast. Takže jako surovina se používá při výrobě organických rozpouštědel, umělých pryskyřic a vláken, kapalin, které zmrazí při negativních teplotách. Je zapojen do mnoha průmyslových odvětví, jako je automobilový, letecký, farmaceutický, elektrický, kožený, tabákový průmysl. Jeho význam pro organickou syntézu je nepochybně významný.

Je důležité si uvědomit, že glykolu - toxické látky, které mohou způsobit nenapravitelné škody na lidském zdraví. Z tohoto důvodu, je uložen v uzavřených nádobách vyrobených z hliníku nebo oceli s volitelnou vnitřní vrstva chrání nádrž proti korozi, pouze ve vertikální poloze a oblastí, které nejsou opatřeny topnými systémy, ale s dobrým větráním. Termín - ne více než pět let.