Polihidrik alkoller kategorisine ait en ünlü ve insan hayatında ve endüstride kullanılan maddeler etilen glikol ve gliserindir. Araştırmaları ve kullanımları birkaç yüzyıl önce başladı, ancak bu organik bileşiklerin özellikleri birçok yönden taklit edilemez ve benzersiz, bu da onları bu gün için vazgeçilmez kılıyor. Polihidrik alkoller birçok kimyasal sentezde, endüstride ve insan yaşamının alanlarında kullanılmaktadır.
Etilen glikol ve gliserin ile ilk "tanışma": elde etme tarihi
1859'da, dibromoetanın gümüş asetat ile reaksiyona sokulması ve ardından ilk reaksiyonda elde edilen etilen glikol diasetatın kostik potas ile işlenmesinden oluşan iki aşamalı bir işlemle, Charles Wurtz ilk olarak etilen glikol sentezledi. Bir süre sonra, dibromoetanın doğrudan hidrolizi yöntemi geliştirildi, ancak yirminci yüzyılın başında endüstriyel ölçekte, ABD'de monoetilen glikol veya basitçe glikol olarak da bilinen dihidrik alkol 1,2-dioksietanetilen klorohidrinin hidrolizi ile elde edilir.
Bugün, hem endüstride hem de laboratuvarda, klor içeren veya serbest bırakan reaktiflerin kullanılması nedeniyle yeni, hammadde ve enerji açısından daha ekonomik ve çevre dostu bir dizi başka yöntem kullanılmaktadır., toksinler, kanserojenler ve çevre ve insanlar için diğer tehlikeli maddeler, "yeşil" kimyanın gelişmesiyle azalmaktadır.
Gliserin, 1779'da eczacı Carl Wilhelm Scheele tarafından keşfedildi ve Theophile Jules Pelouze, 1836'da bileşiğin bileşimini inceledi. Yirmi yıl sonra, bu trihidrik alkolün molekülünün yapısı kuruldu ve Pierre Eugene Marseille Vertelot ve Charles Wurtz'un çalışmalarında doğrulandı. Sonunda, yirmi yıl sonra Charles Friedel, gliserolün tam sentezini gerçekleştirdi. Şu anda endüstri, üretimi için iki yöntem kullanıyor: propilenden alil klorür ve ayrıca akrolein yoluyla. Etilen glikolün gliserin gibi kimyasal özellikleri, kimyasal üretimin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bağlantının yapısı ve yapısı
Molekül, içinde bir çift bağın koptuğu iki karbon atomundan oluşan etilenin doymamış bir hidrokarbon iskeletine dayanmaktadır. Karbon atomlarındaki boş değerlik bölgelerine iki hidroksil grubu ilave edildi. Etilenin formülü C2H4 şeklindedir, vinç bağını kopardıktan ve hidroksil grupları ekledikten (birkaç aşamadan sonra) C gibi görünür.2N4(OH)2. işte buetilen glikol.
Etilen molekülü doğrusal bir yapıya sahiptir, dihidrik alkol ise karbon omurgasına ve birbirine göre hidroksil gruplarının yerleşiminde bir tür trans konfigürasyonuna sahiptir (bu terim, çoklu bağ). Böyle bir çıkık, hidrojenlerin fonksiyonel gruplardan en uzak konumuna, daha düşük enerjiye ve dolayısıyla sistemin maksimum kararlılığına karşılık gelir. Basitçe söylemek gerekirse, bir OH grubu yukarı, diğeri aşağı bakar. Aynı zamanda, iki hidroksil içeren bileşikler kararsızdır: reaksiyon karışımında oluşan bir karbon atomunda hemen kurutulurlar ve aldehitlere dönüşürler.
Sınıflandırma
Etilen glikolün kimyasal özellikleri, polihidrik alkoller grubundan, yani diollerin alt grubundan, yani komşu karbon atomlarında iki hidroksil fragmanı olan bileşiklerden kökeni ile belirlenir. Birkaç OH ikamesi de içeren bir madde gliseroldür. Üç alkol fonksiyonel grubuna sahiptir ve alt sınıfının en yaygın üyesidir.
Bu sınıfın birçok bileşiği de çeşitli sentez ve diğer amaçlar için kimyasal üretimde elde edilir ve kullanılır, ancak etilen glikolün kullanımı daha ciddi bir ölçekte ve hemen hemen tüm endüstrilerde yer almaktadır. Bu konu aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır.
Fiziksel özellikler
Etilen glikol kullanımı, bir dizipolihidrik alkollerde bulunan özellikler. Bunlar, yalnızca bu organik bileşik sınıfı için karakteristik olan ayırt edici özelliklerdir.
Özelliklerin en önemlisi, H2O ile sınırsız karıştırma yeteneğidir. Su + etilen glikol, benzersiz bir özelliğe sahip bir çözelti verir: diol konsantrasyonuna bağlı olarak donma noktası, saf distilattan 70 derece daha düşüktür. Bu bağımlılığın doğrusal olmadığını ve belirli bir kantitatif glikol içeriğine ulaşıldığında, ters etkinin başladığını not etmek önemlidir - donma noktası, çözünmüş maddenin yüzdesindeki bir artışla yükselir. Bu özellik, ortamın son derece düşük termal özelliklerinde kristalleşen çeşitli antifrizlerin, antifriz sıvılarının üretiminde uygulama bulmuştur.
Su dışında, çözünme işlemi alkol ve asetonda iyi ilerler, ancak parafinlerde, benzenlerde, eterlerde ve karbon tetraklorürde gözlenmez. Alifatik atasının aksine - etilen gibi gazlı bir madde olan etilen glikol, şurup benzeri, hafif sarı bir renk tonu ile şeffaf bir sıvıdır, tadı tatlıdır, karakteristik olmayan bir kokuya sahiptir, pratik olarak uçucu değildir. %100 etilen glikolün dondurulması -12.6 santigrat derecede ve +197.8'de kaynama meydana gelir. Normal koşullar altında yoğunluk 1.11 g/cm'dir3.
Yöntemleri Alma
Etilen glikol, bazıları günümüzde yalnızca tarihsel veya hazırlayıcı öneme sahipken, diğerleri çeşitli şekillerde elde edilebilir.insan tarafından endüstriyel ölçekte aktif olarak kullanılır ve sadece. Kronolojik sırayla en önemlilerine bir göz atalım.
Dibromoetandan etilen glikol elde etmek için ilk yöntem yukarıda zaten açıklanmıştır. Çift bağı kopmuş ve serbest değerleri halojenler tarafından işgal edilen etilenin formülü, karbon ve hidrojene ek olarak bu reaksiyonun ana başlangıç maddesi olan halojenlerin bileşiminde iki brom atomuna sahiptir. İşlemin ilk aşamasında bir ara bileşiğin oluşumu, tam olarak bunların ortadan kaldırılması, yani daha fazla hidroliz üzerine alkol gruplarına dönüşen asetat grupları ile yer değiştirmesi nedeniyle mümkündür.
Bilimin daha da gelişmesi sürecinde, komşu karbon atomlarında iki halojen ile ikame edilmiş etanların doğrudan hidrolizi ile, alkali gruptan metal karbonatların sulu çözeltileri kullanılarak veya (daha az çevresel olarak) etilen glikol elde etmek mümkün hale geldi. dostu reaktif) H2 Oh ve kurşun dioksit. Reaksiyon oldukça "emek yoğun" ve yalnızca önemli ölçüde yüksek sıcaklık ve basınçlarda ilerler, ancak bu, Almanların dünya savaşları sırasında endüstriyel ölçekte etilen glikol üretmek için bu yöntemi kullanmasını engellemedi.
Etilen klorohidrinden alkali grubu metallerin karbon tuzları ile hidrolizi yoluyla etilen glikol elde etme yöntemi de organik kimyanın gelişmesinde rol oynamıştır. Reaksiyon sıcaklığının 170 dereceye çıkarılmasıyla hedef ürünün verimi %90'a ulaştı. Ancak önemli bir dezavantaj vardı - glikol, doğrudan ilgili olan tuz çözeltisinden bir şekilde özütlenmeliydi.bir takım zorluklar. Bilim adamları bu sorunu aynı başlangıç malzemesine sahip bir yöntem geliştirerek ancak süreci iki aşamaya bölerek çözdüler.
Wurtz yönteminin önceki son aşaması olan etilen glikol asetat hidrolizi, asetik asit içindeki etileni oksijenle oksitleyerek, yani pahalı ve pahalı kimyasallar kullanmadan başlangıç reaktifini elde etmeyi başardıklarında ayrı bir yöntem haline geldi. tamamen çevre dostu olmayan halojen bileşikleri.
Ayrıca, etileni hidroperoksitler, peroksitler, katalizörler (osmiyum bileşikleri), potasyum klorat vb. varlığında organik perasitlerle oksitleyerek etilen glikol üretmenin birçok yolu vardır. Ayrıca elektrokimyasal ve radyasyon-kimyasal yöntemler de vardır.
Genel kimyasal özelliklerin karakterizasyonu
Etilen glikolün kimyasal özellikleri, fonksiyonel grupları tarafından belirlenir. Reaksiyonlar, proses koşullarına bağlı olarak bir hidroksil ikame edicisini veya her ikisini içerebilir. Reaktivitedeki temel fark, polihidrik bir alkolde birkaç hidroksilin varlığı ve bunların karşılıklı etkisi nedeniyle, monohidrik "kardeşlerden" daha güçlü asidik özelliklerin ortaya çıkması gerçeğinde yatmaktadır. Bu nedenle alkalilerle reaksiyonlarda ürünler tuzlardır (glikol - glikolatlar için, gliserol - gliseratlar için).
Gliserinin yanı sıra etilen glikolün kimyasal özellikleri, monohidrik kategorisindeki tüm alkol reaksiyonlarını içerir. Glikol, monobazik asitlerle reaksiyonlarda tam ve kısmi esterler verir, sırasıyla glikolatlar, alkali metallerle oluşturulur ve ne zamangüçlü asitler veya bunların tuzları ile kimyasal bir işlemde, bir hidrojen atomunun bir molekülden elimine edilmesi nedeniyle asetik asit aldehit açığa çıkar.
Aktif metallerle reaksiyonlar
Etilen glikolün aktif metallerle (kimyasal kuvvet serisindeki hidrojenden sonra) yüksek sıcaklıklarda reaksiyonu, karşılık gelen metalin etilen glikolatını verir ve ayrıca hidrojen açığa çıkar.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, burada X aktif iki değerlikli metaldir.
Etilen glikole kalitatif reaksiyon
Yalnızca bu bileşik sınıfı için karakteristik olan görsel bir reaksiyon kullanarak polihidrik alkolü diğer sıvılardan ayırt edin. Bunu yapmak için, karakteristik bir mavi renk tonuna sahip olan taze çökeltilmiş bakır hidroksit (2), renksiz bir alkol çözeltisine dökülür. Karışık bileşenler etkileşime girdiğinde, çökelti çözülür ve çözelti, bakır glikolat (2) oluşumunun bir sonucu olarak koyu mavi bir renge dönüşür.
Polimerizasyon
Etilen glikolün kimyasal özellikleri solvent üretimi için büyük önem taşır. Bahsedilen maddenin moleküller arası dehidrasyonu, yani, iki glikol molekülünün her birinden suyun elimine edilmesi ve sonraki kombinasyonları (bir hidroksil grubu tamamen elimine edilir ve diğerinden sadece hidrojen çıkarılır), elde etmeyi mümkün kılar. benzersiz bir organik çözücü - yüksek toksisitesine rağmen organik kimyada sıklıkla kullanılan dioksan.
Hidroksi değişimihalojen için
Etilen glikol hidrohalik asitlerle etkileşime girdiğinde, hidroksil gruplarının karşılık gelen halojen tarafından değiştirildiği gözlenir. İkame derecesi, reaksiyon karışımındaki hidrojen halojenürün molar konsantrasyonuna bağlıdır:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, burada X klor veya bromdur.
Ether Al
Etilen glikolün nitrik asit (belirli bir konsantrasyonda) ve monobazik organik asitler (formik, asetik, propiyonik, butirik, valerik vb.) ile reaksiyonlarında kompleks ve buna bağlı olarak basit monoesterler oluşur. Diğerlerinde, nitrik asit konsantrasyonu glikol di- ve trinitroesterlerdir. Katalizör olarak belirli bir konsantrasyondaki sülfürik asit kullanılır.
Etilen glikolün en önemli türevleri
Polihidrik alkollerden basit kimyasal reaksiyonlar (yukarıda açıklanmıştır) kullanılarak elde edilebilen değerli maddeler etilen glikol eterlerdir. Yani: formülleri HO-CH2-CH2-O-CH3 olan monometil ve monoetil ve HO-CH2-CH2-O-C2N5 sırasıyla. Kimyasal özellikler açısından, birçok yönden glikollere benzerler, ancak diğer herhangi bir bileşik sınıfı gibi, kendilerine özgü benzersiz reaktif özelliklere sahiptirler:
- Monometiletilen glikol renksiz bir sıvıdır, ancak karakteristik iğrenç bir kokuya sahiptir, 124,6 santigrat derecede kaynar, etanolde yüksek oranda çözünür, diğerorganik çözücüler ve su, glikolden çok daha uçucu ve sudan daha düşük bir yoğunluğa sahip (0.965 g/cm3).
- Dimetiletilen glikol de bir sıvıdır, ancak daha az karakteristik bir kokuya, 0,935 g/cm3'lük bir yoğunluğa, sıfırın üzerinde 134 derecelik bir kaynama noktasına ve karşılaştırılabilir bir çözünürlüğe sahiptir. önceki homologa.
cellosolves kullanımı - genellikle etilen glikol monoeterleri olarak adlandırılır - oldukça yaygındır. Organik sentezde reaktif ve çözücü olarak kullanılırlar. Fiziksel özellikleri ayrıca antifriz ve motor yağlarında korozyon önleyici ve kristalleşme önleyici katkı maddeleri için de kullanılır.
Uygulama alanları ve ürün yelpazesinin fiyatlandırması
Bu tür reaktiflerin üretimi ve satışı ile ilgili fabrikalarda ve işletmelerde maliyet, etilen glikol gibi bir kimyasal bileşiğin kilogramı başına ortalama yaklaşık 100 ruble dalgalanır. Fiyat, maddenin saflığına ve hedef ürünün maksimum yüzdesine bağlıdır.
Etilen glikol kullanımı herhangi bir alanla sınırlı değildir. Bu nedenle hammadde olarak organik çözücüler, suni reçineler ve lifler, düşük sıcaklıklarda donan sıvıların üretiminde kullanılır. Otomotiv, havacılık, ilaç, elektrik, deri, tütün gibi birçok sektörde faaliyet göstermektedir. Organik sentez için önemi yadsınamaz derecede ağırdır.
Glikolüninsan sağlığına onarılamaz zarar verebilecek toksik bileşik. Bu nedenle, kabı korozyondan koruyan zorunlu bir iç katmana sahip alüminyum veya çelikten yapılmış sızdırmaz kaplarda, yalnızca dikey konumlarda ve ısıtma sistemleriyle donatılmamış, ancak iyi havalandırmalı odalarda depolanır. Süre - en fazla beş yıl.
