Eng mashhur va inson hayotida va sanoatda ishlatiladigan ko'p atomli spirtlar toifasiga kiruvchi moddalar etilen glikol va glitserindir. Ularni tadqiq qilish va ishlatish bir necha asrlar oldin boshlangan, ammo bu organik birikmalarning xususiyatlari ko'p jihatdan beqiyos va noyobdir, bu ularni bugungi kungacha ajralmas qiladi. Ko'p atomli spirtlar ko'plab kimyoviy sintez, sanoat va inson hayotining sohalarida qo'llaniladi.
Etilen glikol va glitserin bilan birinchi "tanishuv": olish tarixi
1859 yilda dibromoetanni kumush asetat bilan reaksiyaga solishning ikki bosqichli jarayoni va keyin birinchi reaksiyada olingan etilen glikol diasetatni gidroksidi kaliy bilan ishlov berish orqali Charlz Vurts birinchi marta etilen glikolni sintez qildi. Bir muncha vaqt o'tgach, dibrometanni to'g'ridan-to'g'ri gidrolizlash usuli ishlab chiqildi, ammo sanoat miqyosida XX asrning boshlarida AQShda monoetilen glikol yoki oddiygina glikol deb ham ataladigan ikki atomli spirt 1, 2-dioksietan ishlab chiqarildi.etilenxlorogidrin gidrolizi natijasida olingan.
Bugungi kunda sanoatda ham, laboratoriyada ham yangi, xom ashyo va energiya nuqtai nazaridan ancha tejamkor va xlorni oʻz ichiga olgan yoki chiqaradigan reagentlar qoʻllanilganligi sababli ekologik toza boshqa bir qator usullar qoʻllanilmoqda., toksinlar, kanserogenlar va atrof-muhit va odamlar uchun boshqa xavfli moddalar "yashil" kimyoning rivojlanishi bilan kamayib bormoqda.
Glitserin 1779 yilda farmatsevt Karl Vilgelm Scheele tomonidan kashf etilgan va Teofil Jyul Peluze 1836 yilda birikma tarkibini o'rgangan. Yigirma yil o'tgach, ushbu uch atomli spirt molekulasining tuzilishi Per Eugene Marsel Vertelot va Charlz Vurtzning ishlarida o'rnatildi va asoslandi. Nihoyat, yigirma yil o'tgach, Charlz Fridel glitserinning to'liq sintezini amalga oshirdi. Hozirgi vaqtda sanoatda uni ishlab chiqarishning ikkita usuli qo'llaniladi: propilendan allilxlorid va akrolein orqali. Etilen glikolning glitserin kabi kimyoviy xossalari kimyoviy ishlab chiqarishning turli sohalarida keng qo'llaniladi.
Ulanishning tuzilishi va tuzilishi
Molekula ikki uglerod atomidan iborat etilenning toʻyinmagan uglevodorod skeletiga asoslangan boʻlib, unda qoʻsh bogʻ uzilgan. Uglerod atomlarida bo'shatilgan valentlik joylariga ikkita gidroksil guruhi qo'shildi. Etilenning formulasi C2H4 boʻlib, kran aloqasini uzib, gidroksil guruhlarini qoʻshgandan keyin (bir necha bosqichdan soʻng) C ga oʻxshaydi.2N4(OH)2. Bu shundayetilen glikol.
Etilen molekulasi chiziqli tuzilishga ega, ikki atomli spirt esa gidroksil guruhlarini uglerod magistraliga va bir-biriga nisbatan joylashtirishda o'ziga xos trans konfiguratsiyasiga ega (bu atama uglerod magistraliga nisbatan pozitsiyaga to'liq mos keladi. ko'p bog'lanish). Bunday dislokatsiya vodorodlarning funktsional guruhlardan eng uzoq joylashishiga, past energiyaga va shuning uchun tizimning maksimal barqarorligiga mos keladi. Oddiy qilib aytganda, bir OH guruhi yuqoriga qaraydi, ikkinchisi esa pastga qaraydi. Shu bilan birga, ikkita gidroksilli birikmalar beqaror: bitta uglerod atomida, reaksiya aralashmasida hosil bo'lgandan so'ng, ular darhol suvsizlanadi va aldegidlarga aylanadi.
Tasnifi
Etilen glikolning kimyoviy xossalari uning koʻp atomli spirtlar guruhidan, yaʼni diollar kichik guruhidan, yaʼni qoʻshni uglerod atomlarida ikkita gidroksil fragmentlari boʻlgan birikmalardan kelib chiqishi bilan aniqlanadi. Bir nechta OH o'rnini bosuvchi moddalarni o'z ichiga olgan modda glitserindir. U uchta alkogolli funktsional guruhga ega va uning kichik sinfining eng keng tarqalgan a'zosi.
Bu sinfning koʻpgina birikmalari ham olinadi va kimyoviy ishlab chiqarishda turli sintez va boshqa maqsadlarda qoʻllaniladi, ammo etilen glikoldan foydalanish jiddiyroq miqyosda boʻlib, deyarli barcha sanoat tarmoqlarida ishtirok etadi. Bu masala quyida batafsil muhokama qilinadi.
Jismoniy xususiyatlar
Etilen glikoldan foydalanish bir qator borligi bilan bog'liqko'p atomli spirtlarga xos bo'lgan xususiyatlar. Bular faqat organik birikmalarning ushbu sinfiga xos bo'lgan o'ziga xos xususiyatlardir.
Xususiyatlarning eng muhimi H2O bilan aralashtirishning cheksiz qobiliyatidir. Suv + etilen glikol o'ziga xos xususiyatga ega bo'lgan eritmani beradi: uning muzlash nuqtasi, diol konsentratsiyasiga qarab, sof distillatdan 70 daraja past. Shuni ta'kidlash kerakki, bu bog'liqlik chiziqli emas va glikolning ma'lum miqdoriy tarkibiga erishgandan so'ng, teskari ta'sir boshlanadi - muzlash nuqtasi erigan moddaning foizining oshishi bilan ko'tariladi. Bu xususiyat atrof-muhitning o'ta past issiqlik xususiyatlarida kristallanadigan turli xil antifrizlar, muzlashga qarshi suyuqliklar ishlab chiqarishda qo'llanilishini topdi.
Suvdan tashqari spirt va asetonda erish jarayoni yaxshi kechadi, lekin parafinlar, benzollar, efirlar va uglerod tetraxloridida kuzatilmaydi. Uning alifatik ajdodi - etilen kabi gazsimon moddadan farqli o'laroq, etilen glikol siropga o'xshash shaffof suyuqlikdir, ozgina sariq rangga ega, ta'mi shirin, o'ziga xos bo'lmagan hidga ega, deyarli uchib ketmaydi. 100% etilen glikolning muzlashi -12,6 daraja Selsiyda, qaynashi esa +197,8. Oddiy sharoitda zichlik 1,11 g/sm3.
Olish usullari
Etilen glikolni bir necha usul bilan olish mumkin, ularning ba'zilari bugungi kunda faqat tarixiy yoki preparativ ahamiyatga ega, boshqalari esainson tomonidan nafaqat sanoat miqyosida faol foydalaniladi. Xronologik tartibda eng muhimlarini ko‘rib chiqamiz.
Dibromoetandan etilen glikol olishning birinchi usuli yuqorida aytib o'tilgan. Qo'sh bog'i uzilgan va erkin valentliklarni galogenlar egallagan etilen formulasi, bu reaksiyada asosiy boshlang'ich material, uglerod va vodoroddan tashqari, uning tarkibida ikkita brom atomiga ega. Jarayonning birinchi bosqichida oraliq birikma hosil bo'lishi aniq ularni yo'q qilish, ya'ni keyingi gidrolizdan so'ng alkogolga aylanadigan atsetat guruhlari bilan almashtirish tufayli mumkin.
Ilm-fanni yanada rivojlantirish jarayonida ishqoriy guruhdagi yoki (ekologik jihatdan kamroq) metall karbonatlarning suvdagi eritmalaridan foydalangan holda, qoʻshni uglerod atomlarida ikkita halogen bilan almashtirilgan har qanday etanlarni toʻgʻridan-toʻgʻri gidrolizlash yoʻli bilan etilen glikol olish mumkin boʻldi. do'stona reagent) H2 Oh va qo'rg'oshin dioksidi. Reaktsiya juda "mehnat talab qiladigan" va faqat sezilarli darajada ko'tarilgan harorat va bosimlarda davom etadi, ammo bu nemislarga jahon urushlari paytida sanoat miqyosida etilen glikol ishlab chiqarish uchun ushbu usuldan foydalanishga to'sqinlik qilmadi.
Organik kimyo rivojida etilen glikolni ishqoriy guruhli metallarning uglerod tuzlari bilan gidrolizlash yoʻli bilan etilenxlorgidrindan olish usuli ham oʻz rolini oʻynadi. Reaktsiya haroratining 170 darajaga ko'tarilishi bilan maqsadli mahsulotning rentabelligi 90% ga yetdi. Ammo muhim kamchilik bor edi - glikolni qandaydir tarzda tuz eritmasidan olish kerak edi, bu to'g'ridan-to'g'ri bog'liq.qator qiyinchiliklar. Olimlar bu muammoni bir xil boshlang‘ich materialga ega, lekin jarayonni ikki bosqichga bo‘lish usulini ishlab chiqish orqali hal qilishdi.
Vurts usulining oldingi yakuniy bosqichi bo'lgan etilen glikol asetat gidrolizi alohida usul bo'lib, ular etilenni sirka kislotasida kislorod bilan oksidlash orqali, ya'ni qimmat va kimyoviy moddalardan foydalanmasdan boshlang'ich reagentni olishga muvaffaq bo'lishgan. mutlaqo ekologik bo'lmagan halogen birikmalar.
Shuningdek, etilenni gidroperoksidlar, peroksidlar, organik peroksidlar bilan katalizatorlar (osmiy birikmalari), kaliy xlorat va boshqalar ishtirokida oksidlash orqali etilen glikol olishning koʻplab usullari mavjud. Elektrokimyoviy va radiatsiya-kimyoviy usullar ham mavjud.
Umumiy kimyoviy xossalarning xarakteristikasi
Etilen glikolning kimyoviy xossalari uning funktsional guruhlari bilan belgilanadi. Reaksiyalar jarayon sharoitlariga qarab bitta gidroksil o‘rnini bosuvchi yoki ikkalasini ham o‘z ichiga olishi mumkin. Reaktivlikning asosiy farqi shundaki, ko'p atomli spirtda bir nechta gidroksillarning mavjudligi va ularning o'zaro ta'siri tufayli monohidrik "birodarlar" ga qaraganda kuchli kislotali xususiyatlar namoyon bo'ladi. Shuning uchun ishqorlar bilan reaksiyalarda mahsulotlar tuzlar (glikol uchun - glikolatlar, glitserin uchun - glitseratlar uchun)
Etilen glikolning, shuningdek, glitserinning kimyoviy xossalariga monohidrik toifadagi spirtlarning barcha reaksiyalari kiradi. Glikol bir asosli kislotalar bilan reaksiyaga kirishganda toʻliq va qisman efirlar beradi, ishqoriy metallar bilan mos ravishda glikolatlar hosil boʻladi va qachonkuchli kislotalar yoki ularning tuzlari bilan kimyoviy jarayonda sirka kislotasi aldegid ajralib chiqadi - molekuladan vodorod atomini yo'q qilish hisobiga.
Faol metallar bilan reaksiyalar
Etilen glikolning faol metallar bilan reaksiyasi (kimyoviy mustahkamlik qatoridagi vodoroddan keyin) yuqori haroratlarda tegishli metallning etilen glikolatini beradi, bundan tashqari vodorod ajralib chiqadi.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, bu erda X faol ikki valentli metalldir.
Etilen glikolga sifatli reaksiya
Koʻp atomli spirtni boshqa suyuqliklardan faqat shu toifadagi birikmalar uchun xos boʻlgan vizual reaksiya yordamida ajrating. Buning uchun alkogolning rangsiz eritmasiga o'ziga xos ko'k rangga ega bo'lgan yangi cho'ktirilgan mis gidroksid (2) quyiladi. Aralashtirilgan komponentlar o'zaro ta'sirlashganda cho'kma eriydi va eritma quyuq ko'k rangga aylanadi - mis glikolat (2) hosil bo'lishi natijasida.
Polimerizatsiya
Etilen glikolning kimyoviy xossalari erituvchilar ishlab chiqarish uchun katta ahamiyatga ega. Ko'rsatilgan moddaning molekulalararo suvsizlanishi, ya'ni glikolning ikkita molekulasining har biridan suvni yo'q qilish va ularning keyingi birikmasi (bir gidroksil guruhi butunlay yo'q qilinadi, ikkinchisidan esa faqat vodorod chiqariladi) olish imkonini beradi. noyob organik erituvchi - dioksan, yuqori zaharliligiga qaramay, ko'pincha organik kimyoda qo'llaniladi.
Gidroksi almashinuvihalogenga
Etilen glikol gidrogal kislotalar bilan o'zaro ta'sirlashganda gidroksil guruhlarning tegishli galogen bilan almashinishi kuzatiladi. Almashtirish darajasi reaksiya aralashmasidagi vodorod galoidining molyar konsentratsiyasiga bog'liq:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, bu erda X - xlor yoki brom.
Eterni oling
Etilen glikolning nitrat kislota (ma'lum konsentratsiyali) va bir asosli organik kislotalar (chumoli, sirka, propion, butirik, valerik va boshqalar) bilan reaksiyalarida murakkab va shunga mos ravishda oddiy monoesterlar hosil bo'ladi. Boshqalarida nitrat kislotaning konsentratsiyasi glikol di- va trinitroesterlardir. Katalizator sifatida ma'lum konsentratsiyadagi sulfat kislota ishlatiladi.
Etilen glikolning eng muhim hosilalari
Koʻp atomli spirtlardan oddiy kimyoviy reaksiyalar yordamida (yuqorida tavsiflangan) olinishi mumkin boʻlgan qimmatli moddalar etilen glikol efirlaridir. Ya'ni: monometil va monoetil, formulalari HO-CH2-CH2-O-CH3 va HO-CH2-CH2-O-C2N5 mos ravishda. Kimyoviy xossalari boʻyicha ular koʻp jihatdan glikollarga oʻxshaydi, ammo boshqa har qanday birikmalar sinfi singari ular ham oʻziga xos boʻlgan oʻziga xos reaktiv xususiyatlarga ega:
- Monometiletilen glikol rangsiz suyuqlikdir, lekin xarakterli jirkanch hidga ega, 124,6 daraja Selsiyda qaynatiladi, etanolda yaxshi eriydi, boshqaorganik erituvchilar va suv, glikoldan ancha uchuvchan va zichligi suvnikidan pastroq (0,965 g/sm3 tartibida).
- Dimetiletilen glikol ham suyuqlikdir, lekin kamroq xarakterli hidga ega, zichligi 0,935 g/sm3, qaynash nuqtasi 134 daraja noldan yuqori va eruvchanligi bilan solishtirish mumkin oldingi gomologga.
Sellozollardan foydalanish - odatda etilen glikol monoeterlari deyiladi - juda keng tarqalgan. Ular organik sintezda reagent va erituvchi sifatida ishlatiladi. Ularning fizik xususiyatlari, shuningdek, antifriz va motor moylarida korroziyaga qarshi va kristallanishga qarshi qo'shimchalar uchun ishlatiladi.
Mahsulot assortimentini qoʻllash sohalari va narxlari
Bunday reagentlarni ishlab chiqarish va sotish bilan shug'ullanadigan fabrikalar va korxonalarda etilen glikol kabi kimyoviy birikmaning kilogrammi uchun o'rtacha 100 rubl atrofida o'zgarib turadi. Narx moddaning tozaligiga va maqsadli mahsulotning maksimal foiziga bog'liq.
Etilen glikoldan foydalanish faqat bitta soha bilan cheklanmaydi. Shunday qilib, xom ashyo sifatida u organik erituvchilar, sun'iy qatronlar va tolalar, past haroratlarda muzlaydigan suyuqliklar ishlab chiqarishda ishlatiladi. U avtomobilsozlik, aviatsiya, farmatsevtika, elektrotexnika, charm, tamaki kabi ko'plab sohalarda ishtirok etadi. Uning organik sintez uchun ahamiyati shubhasiz katta.
Glikol ekanligini unutmaslik kerakinson salomatligiga tuzatib bo'lmaydigan zarar etkazishi mumkin bo'lgan toksik birikma. Shuning uchun u alyuminiy yoki po'latdan yasalgan muhrlangan idishlarda konteynerni korroziyadan himoya qiladigan majburiy ichki qatlam bilan, faqat vertikal holatda va isitish tizimlari bilan jihozlanmagan, lekin yaxshi shamollatish bilan jihozlangan xonalarda saqlanadi. Muddati - besh yildan ortiq emas.
