Chemische eigenschappen van ethyleenglycol, kenmerkend. De tweewaardige alcohol. Ethyleenglycolethers

De meest bekende en gebruikt in het leven van de mens en in de industrie stoffen die behoren tot de categorie van veelwaardige alcoholen zijn ethyleenglycol en glycerine. Hun onderzoek en gebruik begonnen enkele eeuwen geleden, maar de eigenschappen van deze organische verbindingen zijn grotendeels uniek en uniek, waardoor ze onvervangbaar zijn voor deze dag. Veelwaardige alcoholen worden gebruikt in veel chemische syntheses, industrieën en gebieden van het menselijk leven.

De eerste 'kennismaking' met ethyleenglycol en glycerine: de geschiedenis van het verkrijgen van

In 1859 werd Charles Wurz door middel van het tweetrap proces van de reactie van dibroomethaan met zilveracetaat en daaropvolgende behandeling met bijtend kalium bereid in de eerste reactie van ethyleenglycoldiacetaat synthetische ethyleenglycol. Enige tijd later werd een methode voor de directe hydrolyse van dibromethaan ontwikkeld, maar in de vroege twintigste eeuw op industriële schaal werd in de Verenigde Staten een tweewaardige alcohol 1,2-dihydroxyethaan, ook monoethyleenglycol of gewoon glycol, geproduceerd door hydrolyse van ethyleenchlorhydrine.

Tot nu toe, zowel in de industrie als in het laboratorium, worden een aantal andere methoden gebruikt, nieuw, rendabeler van grondstoffen en energie, en milieuvriendelijk, aangezien het gebruik van reagentia die chloor, toxines, carcinogene stoffen en andere stoffen bevat Substantie, wordt verminderd als de ontwikkeling van "groene" chemie.

Apotheker Carl Wilhelm Scheele in 1779 werd glycerol ontdekt en de specifieke samenstelling van de verbinding werd in 1836 door Theophilus Julius Peluz bestudeerd. Twee decennia later werd de structuur van het molecuul van deze triatomische alcohol opgericht en gerechtvaardigd in de geschriften van Pierre Eugene Marcelia Vertello en Charles Wurz. Eindelijk, twintig jaar later, trad Charles Friedel een volledige synthese van glycerine uit. Momenteel gebruikt de industrie twee methoden om het te verkrijgen: door allylchloride uit propyleen, en ook door acroleïne. De chemische eigenschappen van ethyleenglycol, zoals glycerol, worden op grote schaal gebruikt op verschillende gebieden van chemische productie.

Structuur en structuur van de verbinding

Het molecuul is gebaseerd op het onverzadigde koolwaterstofskelet van ethyleen, bestaande uit twee koolstofatomen, waarin een dubbele binding is gebroken. Twee hydroxylgroepen kwamen aan bij de bevroren valensites bij de koolstofatomen. De ethyleenformule is C2H4, na het breken van de kraanbinding en de toevoeging van hydroxylgroepen (na meerdere fasen) lijkt het op C2H4 (OH) ₂ . Dit is ethyleenglycol.

Het ethyleenmolecuul heeft een lineaire structuur, terwijl de tweewaardige alcohol een soort transconfiguratie heeft in de opstelling van hydroxylgroepen ten opzichte van de koolstofkern en aan elkaar (deze term is volledig van toepassing op de positie ten opzichte van de meervoudige binding). Een dergelijke ontwrichting komt overeen met de meest afgelegen locatie van het waterstof uit de functionele groepen, minder energie, en dus - maximale stabiliteit van het systeem. Simpel gezegd, een ON-groep "kijkt" naar boven, en de andere naar beneden. Tegelijkertijd zijn verbindingen met twee hydroxylen onstabiel: wanneer één koolstofatoom in het reactiemengsel wordt gevormd, worden ze onmiddellijk gedehydrateerd, doorgegeven aan aldehyden.

Classificatie affiliatie

De chemische eigenschappen van ethyleenglycol worden bepaald door zijn oorsprong uit de groep van veelwaardige alcoholen, namelijk een subgroep diolen, dat wil zeggen verbindingen met twee hydroxylgroepen bij aangrenzende koolstofatomen. Een stof die ook verschillende OH-substituenten bevat, is ook glycerine. Het heeft drie alcohol functionele groepen en is de meest voorkomende vertegenwoordiger van zijn subklasse.

Veel verbindingen van deze klasse worden ook geproduceerd en gebruikt in chemische productie voor verschillende synthetische en andere doeleinden, maar het gebruik van ethyleenglycol is van grotere schaal en wordt in vrijwel alle industrieën gebruikt. Deze vraag zal hieronder nader worden besproken.

Fysieke kenmerken

Het gebruik van ethyleenglycol wordt verklaard door de aanwezigheid van een aantal eigenschappen die inherent zijn aan polyhydrische alcoholen. Dit zijn de onderscheidende kenmerken die alleen kenmerkend zijn van een bepaalde klasse organische verbindingen.

Het belangrijkste van de eigenschappen is het onbeperkt vermogen om met H2O te mengen. Water + ethyleenglycol geeft een oplossing die een uniek kenmerk heeft: het vriespunt, afhankelijk van de concentratie van de diol, is 70 graden lager dan die van zuiver destillaat. Het is belangrijk om op te merken dat deze afhankelijkheid niet-lineair is en bij het bereiken van een bepaald kwantitatief gehalte aan glycol begint het omgekeerde effect - het vriespunt stijgt met een toenemend percentage opgeloste stof. Deze functie heeft toepassing gevonden op het gebied van de productie van verschillende antifreezes, niet-vorstvrije vloeistoffen, die kristaliseren bij extreem lage thermische eigenschappen van het milieu.

Behalve in water gaat het oplossingsproces goed in alcohol en aceton, maar wordt niet waargenomen in paraffines, benzene, ethers en tetrachloorchloride. In tegenstelling tot zijn alifatische ouder - een gasvormige stof zoals ethyleen, ethyleenglycol - is een siroopachtig, transparant, met een lichte gele tint, een vloeistof die zoet is aan smaak, met een oncharacteristische geur, bijna niet vluchtig. Bevriezing van 100% ethyleenglycol vindt plaats bij - 12,6 graden Celsius en kookt op +197.8. Onder normale omstandigheden is de dichtheid 1,11 g / cm3.

Methoden om te verkrijgen

Ethyleenglycol kan op verschillende manieren worden verkregen, waarvan sommige vandaag alleen historische of voorbereidende waarde hebben, terwijl anderen actief worden gebruikt door de mens op industriële schaal en niet alleen. Volg in chronologische volgorde, beschouw het belangrijkste.

De eerste methode voor de bereiding van ethyleenglycol uit dibromethaan is al hierboven beschreven. De formule van ethyleen, waarvan de dubbele binding is gebroken, en de vrije valenties worden geobserveerd door halogenen, het belangrijkste uitgangsmateriaal in deze reactie, naast koolstof en waterstof, heeft in zijn samenstelling twee broomatomen. De vorming van een tussenproduct in de eerste fase van het proces is mogelijk juist door hun splitsing, d.w.z. vervanging door acetaatgroepen die bij verdere hydrolyse worden omgezet in alcoholische stoffen.

In de loop van de verdere ontwikkeling van de wetenschap werd het mogelijk om ethyleenglycol te verkrijgen door directe hydrolyse van ethanen die zijn gesubstitueerd met twee halogenen uit naburige koolstofatomen, met behulp van waterige oplossingen van metaalcarbonaten uit een alkalische groep of (minder milieuvriendelijk) H20 en looddioxide. De reactie is eerder 'tijdrovend' en gaat alleen voor bij hoge temperaturen en druk, maar dit verhinderde de Duitsers niet om deze methode tijdens de wereldoorlogen te gebruiken om ethyleenglycol op industriële schaal te produceren.

Zijn rol in de ontwikkeling van organische chemie werd gespeeld door de methode van het verkrijgen van ethyleenglycol uit ethyleenchloorhydrine door hydrolyse ervan met koolzouten van metalen van alkalische groep. Met een toename van de reactietemperatuur tot 170 graden bereikte de opbrengst van het gewenste product 90%. Maar er was een significant nadeel: de glycol moet op een of andere manier worden geëxtraheerd uit de zoutoplossing, die direct een aantal moeilijkheden inhoudt. Wetenschappers hebben dit probleem opgelost door een methode te ontwikkelen met dezelfde eerste stof, maar het proces in twee fasen te hebben verbroken.

De hydrolyse van ethyleenglycolacetaten, die het laatste stadium van de Wurz-methode is, werd een aparte methode wanneer ze het initiële reagens bereiden door ethyleen in azijnzuur met zuurstof te oxideren, dat wil zeggen zonder dure en volledig niet-ecologische halogeenverbindingen.

Er zijn ook vele manieren om ethyleenglycol te produceren door ethyleen te oxideren met hydroperoxiden, peroxiden, organische perzuren in aanwezigheid van katalysatoren (osmiumverbindingen), kaliumchloraat , enz. Ook elektrochemische en stralingschemische methoden bestaan.

Karakterisering van algemene chemische eigenschappen

De chemische eigenschappen van ethyleenglycol worden bepaald door zijn functionele groepen. Eén hydroxylsubstituent of beide kunnen aan de reacties deelnemen, afhankelijk van de procesomstandigheden. Het belangrijkste verschil in reactiviteit ligt in het feit dat door de aanwezigheid van verscheidene hydroxylen in de veelwaardige alcohol en hun wederzijdse invloed sterkere zure eigenschappen verschijnen dan in monatomische "tegenhangers". Daarom zijn bij reacties met alkaliproducten zouten (voor glycolglycolaten, voor glycerolglyceraten).

De chemische eigenschappen van ethyleenglycol, evenals glycerine, omvatten alle reacties van alcoholen uit de categorie monomatiek. Glycol geeft complete en onvolledige ethers in reacties met respectievelijk monobasische zuren, glycolaten, worden gevormd met alkalimetalen en in het chemische proces met sterke zuren of hun zouten wordt het aldehyde van azijnzuur bevrijd - door splitsing uit het molecuul van het waterstofatoom.

Reacties met actieve metalen

De interactie van ethyleenglycol met de actieve metalen (staande na waterstof in het chemische stressbereik) bij verhoogde temperaturen geeft het ethyleenglycolaat van het overeenkomstige metaal, plus waterstof wordt bevrijd.

C2H4 (OH) ₂ + X → C2H4O2X, waarbij X een actief tweewaardig metaal is.

Kwalitatieve reactie op ethyleenglycol

Vloeibaar alcohol onderscheiden van elke andere vloeistof door gebruik te maken van een visuele reactie die alleen voor deze klasse van verbindingen kenmerkend is. Hiervoor wordt vers geprecipiteerd koperhydroxide (2), met een karakteristieke blauwe tint, gegoten in een kleurloze alcoholoplossing. Wanneer de gemengde componenten elkaar interpreteren, wordt de oplossing van het neerslag waargenomen en de oplossing is gekleurd in een verzadigde blauwe kleur - als gevolg van de vorming van koperglycolaat (2).

polymerisatie

De chemische eigenschappen van ethyleenglycol zijn van groot belang voor de productie van oplosmiddelen. De intermoleculaire uitdroging van de genoemde stof, dat wil zeggen de eliminatie van water uit elk van de twee glycolmoleculen en hun daaropvolgende combinatie (één hydroxylgroep is volledig gesplitst en de andere alleen waterstof), maakt het mogelijk om een uniek organisch oplosmiddel, dioxaan te verkrijgen, dat vaak in organische chemie wordt gebruikt, Ondanks zijn hoge toxiciteit.

Uitwisseling van hydroxyl naar halogeen

Wanneer ethyleenglycol met hydrohalzuren reageert, worden de hydroxylgroepen vervangen door de overeenkomstige halogeen. De mate van substitutie hangt af van de molaire concentratie van waterstofhalogenide in het reactiemengsel:

HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2-CH2-X, waarbij X chloor of broom is.

Bereiding van ethers

In de reacties van ethyleenglycol met salpeterzuur (een bepaalde concentratie) en monobasische organische zuren (mieren, azijnzuur, propionzuur, oliehoudend, valeriaan, enz.) Vindt de vorming van complexe en bijbehorende eenvoudige monoesters plaats. Bij anderen is de concentratie van salpeterzuur di- en trinitroesters van glycol. Als katalysator wordt zwavelzuur van een bepaalde concentratie gebruikt.

De belangrijkste derivaten van ethyleenglycol

Waardevolle stoffen die kunnen worden verkregen uit polyvalente alcoholen met behulp van eenvoudige chemische reacties (hierboven beschreven) zijn ethyleenglycolethers. Namelijk: monomethyl en monoethyl, waarvan de formules respectievelijk HO-CH2-CH2-0-CH3 en HO-CH2-CH2-O-C2H5 zijn. Door chemische eigenschappen zijn ze in veel opzichten vergelijkbaar met glycolen, maar ze hebben, net als elke andere klasse van verbindingen, unieke reactieeigenschappen die uniek zijn voor hen:

• Monomethylethyleenglycol is een vloeistof zonder kleur maar met een karakteristieke geurgeur die kookt op 124,6 graden Celsius, perfect oplosbaar in ethanol, andere organische oplosmiddelen en water, veel meer vluchtig dan glycol en met een dichtheid lager dan die van water (van de orde 0,965 g / cm3).
• Dimethylethyleenglycol is ook een vloeistof, maar met een minder karakteristieke geur, een dichtheid van 0,935 g / cm3, een kookpunt van 134 graden boven nul en een oplosbaarheid vergelijkbaar met de vorige homoloog.

Het gebruik van cellosolven - zo algemeen genoemd monoesters van ethyleenglycol - is vrij gebruikelijk. Ze worden gebruikt als reagentia en oplosmiddelen bij organische synthese. Hun fysische eigenschappen worden ook gebruikt voor anticorrosieve en anti-kristallisatie additieven in antivries- en motoroliën.

Toepassingsgebieden en prijsbeleid van de productielijn

De kosten in fabrieken en bedrijven die zich bezighouden met de productie en verkoop van dergelijke reagentia fluctueren gemiddeld ongeveer 100 roebels per kilogram van een chemische verbinding, zoals ethyleenglycol. De prijs is afhankelijk van de zuiverheid van de stof en het maximale percentage van het doelproduct.

Het gebruik van ethyleenglycol is niet beperkt tot een gebied. Dus, als grondstof wordt het gebruikt in de productie van organische oplosmiddelen, kunstharsen en vezels, vloeistoffen die zich bevriezen bij negatieve temperaturen. Het is betrokken bij vele industriële sectoren, zoals auto-, luchtvaart-, farmaceutisch-, elektrisch-, leer- en tabaksproducten. Het belang ervan voor organische synthese is ongetwijfeld zwaar.

Het is belangrijk om te onthouden dat glycol een giftige verbinding is die onherstelbare schade kan toebrengen aan de gezondheid van de mens. Daarom wordt het opgeslagen in hermetische vaten van aluminium of staal met een verplichte binnenlaag die de container beschermt tegen corrosie, alleen in verticale standen en in kamers die niet zijn uitgerust met verwarmingssystemen, maar met goede ventilatie. Termijn - niet meer dan vijf jaar.