Substancat më të famshme dhe më të përdorura në jetën e njeriut dhe industrinë që i përkasin kategorisë së alkooleve polihidrike janë etilenglikoli dhe glicerina. Hulumtimi dhe përdorimi i tyre filloi disa shekuj më parë, por vetitë e këtyre përbërjeve organike janë në shumë mënyra të paimitueshme dhe unike, gjë që i bën ato të pazëvendësueshme edhe sot e kësaj dite. Alkoolet polihidrike përdoren në shumë sinteza kimike, industri dhe fusha të jetës njerëzore.
"Njohja" e parë me etilen glikolin dhe glicerinë: historia e marrjes
Në vitin 1859, përmes një procesi me dy faza të reagimit të dibromoetanit me acetat argjendi dhe më pas trajtimit të diacetatit të etilen glikolit të marrë në reaksionin e parë me potas kaustik, Charles Wurtz fillimisht sintetizoi etilen glikol. Pak kohë më vonë, u zhvillua një metodë e hidrolizës së drejtpërdrejtë të dibromoetanit, por në një shkallë industriale në fillim të shekullit të njëzetë, alkooli dihidrik 1, 2-dioksietani, i njohur gjithashtu si monoetilen glikol, ose thjesht glikol, në SHBA.e përftuar nga hidroliza e etilen klorohidrinës.
Sot, si në industri ashtu edhe në laborator, përdoren një sërë metodash të tjera, të reja, më ekonomike nga pikëpamja e lëndëve të para dhe energjetike dhe miqësore me mjedisin, pasi përdorimi i reagentëve që përmbajnë ose çlirojnë klor., toksina, kancerogjene dhe substanca të tjera të rrezikshme për mjedisin dhe njerëzit, po bie me zhvillimin e kimisë "të gjelbër".
Glicerina u zbulua nga farmacisti Carl Wilhelm Scheele në 1779, dhe Theophile Jules Pelouze studioi përbërjen e përbërjes në 1836. Dy dekada më vonë, struktura e molekulës së këtij alkooli trihidrik u krijua dhe u vërtetua në veprat e Pierre Eugene Marseille Vertelot dhe Charles Wurtz. Më në fund, njëzet vjet më vonë, Charles Friedel kreu sintezën e plotë të glicerinës. Aktualisht, industria përdor dy metoda për prodhimin e saj: përmes klorurit alilik nga propileni, dhe gjithashtu përmes akroleinës. Vetitë kimike të etilenglikolit, si glicerina, përdoren gjerësisht në fusha të ndryshme të prodhimit kimik.
Struktura dhe struktura e lidhjes
Molekula bazohet në një skelet hidrokarburesh të pangopur të etilenit, i përbërë nga dy atome karboni, në të cilin është thyer një lidhje e dyfishtë. Dy grupe hidroksil u shtuan në vendet e lira të valencës në atomet e karbonit. Formula e etilenit është C2H4, pas prishjes së lidhjes së vinçit dhe shtimit të grupeve hidroksil (pas disa fazave) duket si C2N4(OH)2. Kjo është ajo që ështëetilen glikol.
Molekula e etilenit ka një strukturë lineare, ndërsa alkooli dihidrik ka një lloj konfigurimi trans në vendosjen e grupeve hidroksil në lidhje me shtyllën kurrizore të karbonit dhe me njëri-tjetrin (ky term është plotësisht i zbatueshëm për pozicionin në lidhje me lidhja e shumëfishtë). Një zhvendosje e tillë korrespondon me vendndodhjen më të largët të hidrogjeneve nga grupet funksionale, energjinë më të ulët dhe rrjedhimisht stabilitetin maksimal të sistemit. E thënë thjesht, një grup OH shikon lart dhe tjetri shikon poshtë. Në të njëjtën kohë, përbërjet me dy hidroksile janë të paqëndrueshme: në një atom karboni, duke u formuar në përzierjen e reaksionit, ato dehidratohen menjëherë, duke u shndërruar në aldehide.
Klasifikimi
Vetitë kimike të etilenglikolit përcaktohen nga origjina e tij nga grupi i alkooleve polihidrike, përkatësisht nëngrupi i dioleve, domethënë komponimet me dy fragmente hidroksili në atomet fqinje të karbonit. Një substancë që përmban gjithashtu disa zëvendësues OH është glicerina. Ai ka tre grupe funksionale të alkoolit dhe është anëtari më i zakonshëm i nënklasës së tij.
Shumë komponime të kësaj klase merren dhe përdoren gjithashtu në prodhimin kimik për sinteza të ndryshme dhe qëllime të tjera, por përdorimi i etilenglikolit është në një shkallë më serioze dhe përfshihet pothuajse në të gjitha industritë. Kjo çështje do të diskutohet më në detaje më poshtë.
Karakteristikat fizike
Përdorimi i etilenglikolit është për shkak të pranisë së një numri tëvetitë që janë të natyrshme në alkoolet polihidrike. Këto janë veçori dalluese që janë karakteristike vetëm për këtë klasë të përbërjeve organike.
Më e rëndësishmja nga vetitë është aftësia e pakufizuar për t'u përzier me H2O. Uji + etilen glikol jep një zgjidhje me një karakteristikë unike: pika e ngrirjes së tij, në varësi të përqendrimit të diolit, është 70 gradë më e ulët se ajo e distilimit të pastër. Është e rëndësishme të theksohet se kjo varësi është jolineare, dhe me arritjen e një përmbajtje të caktuar sasiore të glikolit, fillon efekti i kundërt - pika e ngrirjes rritet me një rritje të përqindjes së substancës së tretur. Kjo veçori ka gjetur aplikim në prodhimin e antifrizëve të ndryshëm, lëngjeve kundër ngrirjes që kristalizohen në karakteristika termike jashtëzakonisht të ulëta të mjedisit.
Përveç në ujë, procesi i tretjes vazhdon mirë në alkool dhe aceton, por nuk vërehet në parafina, benzene, etere dhe tetraklorur karboni. Ndryshe nga paraardhësi i tij alifatik - një substancë e tillë e gaztë si etilen, etilen glikol është një lëng transparent, i ngjashëm me shurupin, me një nuancë të lehtë të verdhë, me shije të ëmbël, me një erë jo karakteristike, praktikisht jo të paqëndrueshme. Ngrirja e etilenglikolit 100% ndodh në -12,6 gradë Celsius, dhe vlimi në +197,8. Në kushte normale, dendësia është 1,11 g/cm3.
Metodat e Marrjes
Etilen glikol mund të merret në disa mënyra, disa prej të cilave sot kanë vetëm rëndësi historike ose përgatitore, ndërsa të tjeratpërdoret në mënyrë aktive nga njeriu në shkallë industriale dhe jo vetëm. Në rend kronologjik, le t'i hedhim një sy më të rëndësishmeve.
Metoda e parë për marrjen e etilenglikolit nga dibromoetani është përshkruar tashmë më lart. Formula e etilenit, lidhja dyfishe e të cilit është e prishur dhe valencat e lira zënë halogjenet, lënda kryesore fillestare në këtë reaksion, përveç karbonit dhe hidrogjenit, ka në përbërjen e saj dy atome brom. Formimi i një përbërjeje të ndërmjetme në fazën e parë të procesit është i mundur pikërisht për shkak të eliminimit të tyre, d.m.th., zëvendësimit me grupe acetate, të cilat pas hidrolizës së mëtejshme kthehen në alkool.
Në procesin e zhvillimit të mëtejshëm të shkencës, u bë e mundur përftimi i etilenglikolit me hidrolizë të drejtpërdrejtë të çdo etani të zëvendësuar nga dy halogjene në atomet fqinje të karbonit, duke përdorur zgjidhje ujore të karbonateve metalike nga grupi alkalik ose (më pak për mjedisin reagent miqësor) H2 Oh dhe dioksid plumbi. Reagimi është mjaft "punon intensiv" dhe vazhdon vetëm në temperatura dhe presione të larta, por kjo nuk i pengoi gjermanët të përdorin këtë metodë gjatë luftërave botërore për të prodhuar etilen glikol në një shkallë industriale.
Metoda e marrjes së etilenglikolit nga etilen klorohidrin me anë të hidrolizës së tij me kripëra karboni të metaleve të grupit alkali luajti gjithashtu rolin e saj në zhvillimin e kimisë organike. Me një rritje të temperaturës së reagimit në 170 gradë, rendimenti i produktit të synuar arriti në 90%. Por kishte një pengesë domethënëse - glikoli duhej të nxirrej disi nga zgjidhja e kripës, e cila lidhet drejtpërdrejt menjë sërë vështirësish. Shkencëtarët e zgjidhën këtë problem duke zhvilluar një metodë me të njëjtin material fillestar, por duke e ndarë procesin në dy faza.
Hidroliza e acetatit të etilen glikolit, duke qenë faza më e hershme përfundimtare e metodës Wurtz, u bë një metodë më vete kur ata arritën të merrnin reagentin fillestar duke oksiduar etilenin në acid acetik me oksigjen, domethënë pa përdorimin e mjeteve të shtrenjta dhe komponime halogjene krejtësisht jo mjedisore.
Ka gjithashtu shumë mënyra për të prodhuar etilen glikol duke oksiduar etilenin me hidroperokside, perokside, peracidet organike në prani të katalizatorëve (përbërjet e osmiumit), klorat kaliumi etj. Ka edhe metoda elektrokimike dhe rrezatuese-kimike.
Karakterizimi i vetive të përgjithshme kimike
Vetitë kimike të etilenglikolit përcaktohen nga grupet e tij funksionale. Reaksionet mund të përfshijnë një zëvendësues hidroksil ose të dy, në varësi të kushteve të procesit. Dallimi kryesor në reaktivitet qëndron në faktin se për shkak të pranisë së disa hidroksileve në një alkool polihidrik dhe ndikimit të tyre reciprok, manifestohen veti acidike më të forta se ato të "vëllezërve" monohidrik. Prandaj, në reaksionet me alkalet, produktet janë kripëra (për glikolin - glikolatet, për glicerinën - gliceratet).
Vetitë kimike të etilenglikolit, si dhe glicerinës, përfshijnë të gjitha reaksionet e alkooleve nga kategoria monohidrike. Glikoli jep estere të plota dhe të pjesshme në reaksione me acidet monobazike, përkatësisht glikolatet formohen me metalet alkaline, dhe kurnë një proces kimik me acide të forta ose kripëra të tyre, lirohet aldehidi i acidit acetik - për shkak të eliminimit të një atomi hidrogjeni nga një molekulë.
Reaksionet me metale aktive
Reagimi i etilenglikolit me metalet aktive (pas hidrogjenit në serinë e forcës kimike) në temperatura të ngritura jep etilenglikolat të metalit përkatës, plus hidrogjeni lirohet.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, ku X është metali aktiv dyvalent.
Reagim cilësor ndaj etilenglikolit
Dalloni alkoolin polihidrik nga çdo lëng tjetër duke përdorur një reaksion vizual që është karakteristik vetëm për këtë klasë përbërësish. Për ta bërë këtë, hidroksidi i bakrit i sapoprecipituar (2), i cili ka një nuancë karakteristike blu, derdhet në një zgjidhje pa ngjyrë të alkoolit. Kur përbërësit e përzier ndërveprojnë, precipitati shpërndahet dhe tretësira kthehet në një ngjyrë blu të thellë - si rezultat i formimit të glikolatit të bakrit (2).
Polimerizim
Vetitë kimike të etilenglikolit janë të një rëndësie të madhe për prodhimin e tretësve. Dehidratimi ndërmolekular i substancës së përmendur, domethënë eliminimi i ujit nga secila prej dy molekulave të glikolit dhe kombinimi i tyre pasues (një grup hidroksil eliminohet plotësisht, dhe vetëm hidrogjeni hiqet nga tjetri), bën të mundur marrjen e një tretës organik unik - dioksan, i cili përdoret shpesh në kiminë organike, pavarësisht nga toksiciteti i tij i lartë.
Shkëmbim hidroksinë halogjen
Kur etilenglikol ndërvepron me acidet hidrohalike, vërehet zëvendësimi i grupeve hidroksil me halogjenin përkatës. Shkalla e zëvendësimit varet nga përqendrimi molar i halogjenit të hidrogjenit në përzierjen e reaksionit:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, ku X është klor ose brom.
Merr Ether
Në reaksionet e etilenglikolit me acidin nitrik (me një përqendrim të caktuar) dhe acidet organike monobazike (formik, acetik, propionik, butirik, valerik, etj.), Formohen monoestere komplekse dhe, në përputhje me rrethanat, të thjeshta. Në të tjerat, përqendrimi i acidit nitrik është di- dhe trinitroesteret e glikolit. Acidi sulfurik i një përqendrimi të caktuar përdoret si katalizator.
Derivatet më të rëndësishme të etilenglikolit
Substancat e vlefshme që mund të merren nga alkoolet polihidrike duke përdorur reaksione të thjeshta kimike (të përshkruara më sipër) janë eteret e etilen glikolit. Përkatësisht: monometili dhe monoetili, formulat e të cilave janë HO-CH2-CH2-O-CH3 dhe HO-CH2-CH2-O-C2N 5 respektivisht. Për sa i përket vetive kimike, ato janë në shumë mënyra të ngjashme me glikolet, por, si çdo klasë tjetër përbërjesh, ato kanë veçori unike reaktive që janë unike për to:
- Monometilenglikol është një lëng pa ngjyrë, por me një erë karakteristike të neveritshme, që zien në 124,6 gradë Celsius, shumë i tretshëm në etanol, etj.tretës organikë dhe ujë, shumë më të paqëndrueshëm se glikoli dhe me një dendësi më të ulët se ajo e ujit (në rendin prej 0,965 g/cm3).
- Dimetiletileneglikol është gjithashtu një lëng, por me një erë më pak karakteristike, një densitet prej 0,935 g/cm3, një pikë vlimi prej 134 gradë mbi zero dhe një tretshmëri të krahasueshme tek homologu i mëparshëm.
Përdorimi i celosolves - siç quhen përgjithësisht monoeterët e etilen glikolit - është mjaft i zakonshëm. Ato përdoren si reagentë dhe tretës në sintezën organike. Vetitë e tyre fizike përdoren gjithashtu për aditivë kundër korrozionit dhe kundër kristalizimit në vajrat antifriz dhe motorikë.
Fushat e aplikimit dhe çmimet e gamës së produkteve
Kostoja në fabrikat dhe ndërmarrjet e përfshira në prodhimin dhe shitjen e reagentëve të tillë luhatet mesatarisht rreth 100 rubla për kilogram të një përbërje të tillë kimike si etilen glikol. Çmimi varet nga pastërtia e substancës dhe përqindja maksimale e produktit të synuar.
Përdorimi i etilen glikolit nuk është i kufizuar në asnjë zonë. Pra, si lëndë e parë përdoret në prodhimin e tretësve organikë, rrëshirave artificiale dhe fibrave, lëngje që ngrijnë në temperatura të ulëta. Ajo është e përfshirë në shumë industri si automobila, aviacion, farmaceutik, elektrike, lëkurë, duhan. Rëndësia e tij për sintezën organike është e pamohueshme.
Është e rëndësishme të mbani mend se glikoli ështëkomponim toksik që mund të shkaktojë dëm të pariparueshëm për shëndetin e njeriut. Prandaj, ruhet në enë të mbyllura prej alumini ose çeliku me një shtresë të brendshme të detyrueshme që mbron enën nga korrozioni, vetëm në pozicione vertikale dhe në dhoma që nuk janë të pajisura me sistem ngrohjeje, por me ajrim të mirë. Afati - jo më shumë se pesë vjet.
