Көп атомдуу спирттер категориясына кирген эң белгилүү жана адам жашоосунда жана өнөр жайда колдонулган заттар этиленгликоль жана глицерин. Аларды изилдөө жана колдонуу бир нече кылым мурун башталган, бирок бул органикалык кошулмалардын касиеттери көп жагынан кайталангыс жана уникалдуу, бул аларды бүгүнкү күнгө чейин алмаштыргыс кылат. Көп атомдуу спирттер көптөгөн химиялык синтезде, өндүрүштө жана адам жашоосунун тармактарында колдонулат.
Этиленгликол жана глицерин менен биринчи "таанышуу": алуу тарыхы
1859-жылы диброметанды күмүш ацетаты менен реакциялаштырып, андан кийин биринчи реакцияда алынган этиленгликоль диацетат менен каустик калий менен дарылоонун эки этаптуу процесси аркылуу Чарльз Вурц биринчи жолу этиленгликолду синтездеген. Бир нече убакыт өткөндөн кийин, диброметанды түз гидролиздөө ыкмасы иштелип чыккан, бирок 20-кылымдын башында өнөр жай масштабында АКШда моноэтиленгликол же жөн эле гликол деп да белгилүү болгон эки атомдуу спирт 1, 2-диоксиэтанэтилен хлорогидриндин гидролизинен алынган.
Бүгүнкү күндө өнөр жайда да, лабораторияда да хлор бар же бөлүп чыгаруучу реагенттерди колдонуудан бери жаңы, чийки зат жана энергетикалык жактан үнөмдүү жана экологиялык жактан таза бир катар башка ыкмалар колдонулууда., токсиндер, канцерогендер жана айлана-чөйрө жана адамдар үчүн башка коркунучтуу заттар "жашыл" химиянын өнүгүшү менен азайып баратат.
Глицерин 1779-жылы фармацевт Карл Вильгельм Шееле тарабынан ачылган, ал эми Теофил Жюль Пелузе 1836-жылы кошулманын курамын изилдеген. Жыйырма жыл өткөндөн кийин, бул үч атомдук спирттин молекуласынын түзүмү Пьер Юджин Марсель Вертелот менен Чарльз Вурцтун эмгектеринде негизделген жана далилденген. Акыры, жыйырма жылдан кийин Чарльз Фридель глицериндин толук синтезин ишке ашырды. Азыркы учурда, өнөр жай аны өндүрүү үчүн эки ыкманы колдонот: пропиленден аллилхлорид аркылуу, ошондой эле акролеин аркылуу. Глицерин сыяктуу этиленгликолдун химиялык касиеттери химиялык өндүрүштүн ар кандай тармактарында кеңири колдонулат.
Байланыштын түзүмү жана түзүмү
Молекула эки көмүртек атомунан турган этилендин каныкпаган углеводород скелетине негизделген, анда кош байланыш үзүлгөн. Көмүртек атомдорундагы бош валенттүү жерлерге эки гидроксил тобу кошулду. Этилендин формуласы C2H4, кран байланышын үзүп, гидроксил топторун кошкондон кийин (бир нече этаптан кийин) C2N4(OH)2. Мына ушундайэтиленгликол.
Этилен молекуласы сызыктуу түзүлүшкө ээ, ал эми эки атомдук спирт гидроксил топторунун көмүртек магистралына жана бири-бирине карата жайгашуусунда транс конфигурациясынын бир түрүнө ээ (бул термин толугу менен көп байланыш). Мындай дислокация суутектердин функционалдык топтордон эң алыс жайгашкан жерине, энергиянын төмөндүгүнө, демек системанын максималдуу туруктуулугуна туура келет. Жөнөкөй сөз менен айтканда, бир OH тобу өйдө карап, экинчиси ылдый карайт. Ошол эле учурда эки гидроксилден турган бирикмелер туруксуз: бир көмүртек атомунда реакция аралашмасында түзүлүп, алар дароо суусузданышат, альдегиддерге айланат.
Классификация
Этиленгликолдун химиялык касиеттери анын көп атомдуу спирттер тобунан, тактап айтканда диолдордун подгруппасынан, башкача айтканда кошуна көмүртек атомдорундагы эки гидроксил фрагменттери бар бирикмелерден келип чыгышы менен аныкталат. Ошондой эле бир нече OH алмаштыруучу заттарды камтыган зат глицерин болуп саналат. Анын үч спирттик функционалдык тобу бар жана анын субклассынын эң кеңири таралган мүчөсү.
Бул класстын көптөгөн бирикмелери да алынат жана химиялык өндүрүштө ар кандай синтез жана башка максаттар үчүн колдонулат, бирок этиленгликолду колдонуу олуттуураак масштабда жана дээрлик бардык тармактарда колдонулат. Бул маселе төмөндө кеңири талкууланат.
Физикалык өзгөчөлүктөрү
Этиленгликолдун колдонулушу бир катар бар экендигине байланыштуукөп атомдуу спирттерге мүнөздүү болгон касиеттер. Бул органикалык кошулмалардын ушул классына гана мүнөздүү айырмалоочу өзгөчөлүктөр.
Касиеттердин эң негизгиси - H2O менен аралашуунун чексиз мүмкүнчүлүгү. Суу + этиленгликол уникалдуу мүнөздөмөсү бар эритмени берет: анын тоңуу температурасы диолдун концентрациясына жараша таза дистиллятка караганда 70 градуска төмөн. Бул көз карандылык сызыктуу эмес экенин белгилей кетүү маанилүү жана гликолдун белгилүү бир сандык мазмунуна жеткенде, карама-каршы эффект башталат - эриген заттын пайызынын көбөйүшү менен тоңуу температурасы көтөрүлөт. Бул өзгөчөлүк чөйрөнүн өтө төмөн жылуулук мүнөздөмөлөрүндө кристаллдашуучу ар кандай антифриздерди, тоңдурууга каршы суюктуктарды өндүрүүдө колдонууну тапты.
Сууну кошпогондо, эрүү процесси спиртте жана ацетондо жакшы жүрөт, бирок парафиндерде, бензолдордо, эфирлерде жана төрт хлордуу көмүртектерде байкалбайт. Анын алифаттык атасынан айырмаланып - этилен сыяктуу газ түрүндөгү зат, этиленгликол сироп сымал тунук суюктук, бир аз сары өңү бар, даамы таттуу, мүнөздүү эмес жыты бар, иш жүзүндө учпайт. 100% этиленгликолдун тоңушу -12,6 градус Цельсийде, кайноосу +197,8. Кадимки шарттарда тыгыздыгы 1,11 г/см3.
Алуу ыкмалары
Этиленгликолду бир нече жол менен алууга болот, алардын айрымдары бүгүнкү күндө тарыхый же даярдоочу мааниге ээ, башкалары болсожигердүү өнөр жайлык масштабда гана эмес, адам тарабынан колдонулат. Келгиле, хронологиялык тартипте эң маанилүүлөрүн карап чыгалы.
Дибромэтандан этиленгликолду алуунун биринчи ыкмасы жогоруда айтылган. Кош байланышы үзүлгөн жана эркин валенттүүлүктөрүн галогендер ээлеген этилендин формуласын бул реакцияда көмүртек жана суутектен тышкары негизги баштапкы зат болуп, анын курамында эки бром атому бар. Процесстин биринчи этабында аралык кошулмалардын түзүлүшү так аларды жоюунун, башкача айтканда, андан ары гидролизден кийин спирттик топторго айланган ацетат топтору менен алмаштыруунун эсебинен мүмкүн болот.
Илимдин мындан аркы өнүгүү процессинде щелочтук топтун металл карбонаттарынын суудагы эритмелерин колдонуу менен эки галоген менен алмаштырылган ар кандай этандарды тике гидролиздөө жолу менен этиленгликолду алуу мүмкүн болду. достук реагент) H2 О жана коргошун диоксиди. Реакция кыйла "эмгекти көп талап кылат" жана бир кыйла жогорулатылган температурада жана басымда гана жүрөт, бирок бул немецтерге дүйнөлүк согуш учурунда бул ыкманы өнөр жайлык масштабда этиленгликолду өндүрүү үчүн колдонууга тоскоол болгон эмес.
Органикалык химиянын өнүгүшүндө этиленгликолду этиленхлоргидринден щелоч тобундагы металлдардын көмүртек туздары менен гидролиздөө жолу менен алуу ыкмасы да өз ролун ойногон. 170 градуска чейин реакция температурасынын жогорулашы менен, максаттуу продуктунун түшүмү 90% га жетти. Бирок олуттуу кемчилик бар болчу - гликол туз эритмесинен кандайдыр бир жол менен алынышы керек болчу, бул түздөн-түз байланыштуу.бир катар кыйынчылыктар. Окумуштуулар бул маселени бир эле баштапкы материалдан турган ыкманы иштеп чыгуу менен чечишти, бирок процессти эки этапка бөлүштү.
Этиленгликол ацетаты гидролиз, Вюрц ыкмасынын мурунку акыркы этабы болуп, алар уксус кислотасындагы этиленди кычкылтек менен кычкылдандыруу жолу менен баштапкы реагентти алууга жетишкен, башкача айтканда кымбат баалуу жана толугу менен экологиялык эмес галоген кошулмалар.
Ошондой эле этиленди гидропероксиддер, пероксиддер, органикалык перкислоталар менен катализаторлордун (осмий бирикмелери), калий хлораты ж.
Жалпы химиялык касиеттердин мүнөздөмөсү
Этиленгликолдун химиялык касиеттери анын функционалдык топтору менен аныкталат. Реакциялар процесстин шарттарына жараша бир гидроксил алмаштыруучуну же экөөнү тең камтышы мүмкүн. Реактивдүүлүктүн негизги айырмачылыгы көп атомдуу спиртте бир нече гидроксилдердин болушунан жана алардын өз ара таасиринен улам бир атомдуу "биртуугандарга" караганда күчтүүрөөк кислоталык касиеттер көрүнөөрүндө. Демек, щелочтор менен болгон реакцияларда туздар (гликол үчүн - гликолаттар, глицерин үчүн - глицераттар)
Этиленгликолдун, ошондой эле глицериндин химиялык касиеттери бир атомдуу категориядагы спирттердин бардык реакцияларын камтыйт. Гликол бир негиздүү кислоталар менен реакцияда толук жана жарым-жартылай эфирлерди берет, гликолаттар щелочтуу металлдар менен түзүлөт жана качанкүчтүү кислоталар же алардын туздары менен болгон химиялык процессте уксус кислотасы альдегиди бөлүнүп чыгат - молекуладан суутек атомун жок кылуунун эсебинен.
Активдүү металлдар менен реакциялар
Этиленгликолдун активдүү металлдар менен реакциясы (химиялык күч катарындагы суутектен кийин) жогорулатылган температурада тиешелүү металлдын этиленгликолатын берет, ага кошумча суутек бөлүнүп чыгат.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, мында X активдүү эки валенттүү металл.
Этиленгликолго сапаттык реакция
Көп атомдуу спиртти башка суюктуктардан ушул класстагы кошулмалар үчүн гана мүнөздүү визуалдык реакцияны колдонуп айырмалаңыз. Бул үчүн, спирттин түссүз эритмесине мүнөздүү көк түскө ээ болгон жаңы тундурулган жез гидроксиди (2) куюлат. Аралаштырылган компоненттер өз ара аракеттенгенде, чөкмө эрийт жана эритме кочкул көк түскө айланат - жез гликолатынын (2) пайда болушунун натыйжасында.
Полимеризация
Этиленгликолдун химиялык касиеттери эриткичтерди өндүрүү үчүн чоң мааниге ээ. Аталган заттын молекулалар аралык дегидратациясы, башкача айтканда, гликолдун эки молекуласынын ар биринен сууну жок кылуу жана алардын кийинки айкалышы (бир гидроксил тобу толугу менен, ал эми экинчисинен суутек гана ажыратылат) алууга мүмкүндүк берет. уникалдуу органикалык эриткич - диоксан, анын жогорку уулуулугуна карабастан, органикалык химияда көп колдонулат.
Гидроксиалмашуугалогенге
Этиленгликол галсоксид кислоталары менен өз ара аракеттенгенде гидроксил топторунун тиешелүү галоген менен алмашуусу байкалат. Алмашуу даражасы реакция аралашмасындагы галоген суутектин молярдык концентрациясына көз каранды:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, мында X - хлор же бром.
Эфирди алуу
Этиленгликолдун азот кислотасы (белгилүү концентрациядагы) жана бир негиздүү органикалык кислоталар (кумурска, уксус, пропион, бутирик, валерик ж. б.) менен болгон реакцияларында татаал жана ошого жараша жөнөкөй моноэфирлер пайда болот. Башкаларында азот кислотасынын концентрациясы гликол ди- жана тринитроэфирлер. Катализатор катары берилген концентрациядагы күкүрт кислотасы колдонулат.
Этиленгликолдун эң маанилүү туундулары
Жөнөкөй химиялык реакциялар аркылуу көп атомдуу спирттерден алынуучу баалуу заттар (жогоруда сүрөттөлгөн) этиленгликол эфирлери болуп саналат. Тактап айтканда: монометил жана моноэтил, алардын формулалары HO-CH2-CH2-O-CH3 жана HO-CH2-CH2-O-C2N5 тиешелүүлүгүнө жараша. Химиялык касиеттери боюнча, алар гликолдорго көп жагынан окшош, бирок, кошулмалардын башка класстары сыяктуу эле, алар үчүн уникалдуу реактивдүү өзгөчөлүктөр бар:
- Монометилетиленгликол – түссүз суюктук, бирок мүнөздүү жийиркеничтүү жыты бар, 124,6 градус Цельсияда кайноо, этанолдо жакшы эрүүчү, башка.органикалык эриткичтер жана суу, гликолдон алда канча учуучу жана тыгыздыгы суудан төмөн (0,965 г/см3 тартибинде).
- Диметилэтиленгликол дагы суюк, бирок анча мүнөздүү жыты жок, тыгыздыгы 0,935 г/см3, кайноо температурасы 134 градус нөлдөн жогору жана эригичтиги салыштырмалуу мурунку гомологго.
Целлольддорду колдонуу - көбүнчө этиленгликол моноэфирлери деп аталат - кеңири таралган. Алар органикалык синтезде реагенттер жана эриткичтер катары колдонулат. Алардын физикалык касиеттери антифризде жана мотор майларында коррозияга жана кристаллдашууга каршы кошумчалар үчүн да колдонулат.
Товардын ассортиментин колдонуу жана баалоо чөйрөлөрү
Мындай реагенттерди өндүрүү жана сатуу менен алектенген ишканаларда жана ишканаларда баасы этиленгликол сыяктуу химиялык кошулмалардын килограммына орточо 100 рублга чейин өзгөрүп турат. Баасы заттын тазалыгына жана максаттуу продуктунун максималдуу пайызына жараша болот.
Этиленгликолду колдонуу бир гана аймак менен чектелбейт. Ошентип, чийки зат катары органикалык эриткичтерди, жасалма чайырларды жана жипчелерди, төмөнкү температурада тоңуучу суюктуктарды өндүрүүдө колдонулат. Ал автомобиль, авиация, фармацевтика, электр, булгаары, тамеки сыяктуу көптөгөн тармактарда иштейт. Анын органикалык синтез үчүн мааниси талашсыз салмактуу.
Гликол экенин эстен чыгарбоо керекадамдын ден соолугуна орду толгус зыян келтире турган уулуу кошулма. Ошондуктан, ал алюминийден же болоттон жасалган, идишти коррозиядан сактаган милдеттүү ички катмары бар герметикалык идиштерде, вертикалдуу абалда жана жылытуу системасы менен жабдылбаган, бирок жакшы желдетилген бөлмөлөрдө гана сакталат. Мөөнөтү - беш жылдан ашпайт.
