Ամենահայտնի և օգտագործվող մարդկային կյանքում և արդյունաբերության մեջ պոլիհիդրիկ սպիրտների կատեգորիային պատկանող նյութերն են էթիլենգլիկոլը և գլիցերինը: Դրանց հետազոտություններն ու օգտագործումը սկսվել են մի քանի դար առաջ, սակայն այս օրգանական միացությունների հատկությունները շատ առումներով անկրկնելի են և եզակի, ինչը նրանց անփոխարինելի է դարձնում մինչ օրս: Բազմաջրային սպիրտները օգտագործվում են բազմաթիվ քիմիական սինթեզի, արդյունաբերության և մարդկային կյանքի ոլորտներում:
Առաջին «ծանոթությունը» էթիլեն գլիկոլի և գլիցերինի հետ. ստացման պատմությունը
1859 թվականին, երկփուլ պրոցեսի միջոցով՝ դիբրոմէթանը արծաթի ացետատի հետ փոխազդելու և այնուհետև առաջին ռեակցիայի արդյունքում ստացված էթիլենգլիկոլ դիացետատը կաուստիկ պոտաշով մշակելու միջոցով, Չարլզ Վուրցն առաջին անգամ սինթեզեց էթիլենգլիկոլը։ Որոշ ժամանակ անց ստեղծվեց դիբրոմեթանի ուղղակի հիդրոլիզի մեթոդ, բայց արդյունաբերական մասշտաբով քսաներորդ դարի սկզբին երկհիդրիկ սպիրտ 1, 2-դիօքսիեթան, որը նաև հայտնի է որպես մոնոէթիլեն գլիկոլ, կամ պարզապես գլիկոլ, ԱՄՆ-ում։ստացված էթիլենքլորոհիդրինի հիդրոլիզով։
Այսօր և՛ արդյունաբերության մեջ, և՛ լաբորատորիայում կիրառվում են մի շարք այլ մեթոդներ՝ նոր, հումքային և էներգետիկ տեսանկյունից առավել խնայող և էկոլոգիապես մաքուր, քանի որ օգտագործվում են քլոր պարունակող կամ արտազատող ռեակտիվներ։, տոքսինները, քաղցկեղածինները և շրջակա միջավայրի և մարդկանց համար վտանգավոր այլ նյութերը նվազում են «կանաչ» քիմիայի զարգացման հետ մեկտեղ։
Գլիցերինը հայտնաբերել է դեղագործ Կարլ Վիլհելմ Շելեն 1779 թվականին, իսկ Թեոֆիլ Ժյուլ Պելուզը ուսումնասիրել է միացության բաղադրությունը 1836 թվականին։ Երկու տասնամյակ անց այս եռահիդրիկ ալկոհոլի մոլեկուլի կառուցվածքը հաստատվեց և հիմնավորվեց Պիեռ Յուջին Մարսել Վերտելոյի և Չարլզ Վուրցի աշխատություններում։ Ի վերջո, քսան տարի անց Չարլզ Ֆրիդելն իրականացրեց գլիցերինի ամբողջական սինթեզը։ Ներկայումս արդյունաբերությունն իր արտադրության համար օգտագործում է երկու եղանակ՝ պրոպիլենից ալիլ քլորիդով և նաև ակրոլեինով։ Էթիլեն գլիկոլի քիմիական հատկությունները, ինչպես գլիցերինը, լայնորեն կիրառվում են քիմիական արտադրության տարբեր ոլորտներում:
Կապի կառուցվածքը և կառուցվածքը
Մոլեկուլը հիմնված է էթիլենի չհագեցած ածխաջրածնային կմախքի վրա, որը բաղկացած է երկու ածխածնի ատոմներից, որոնցում կրկնակի կապ է խախտվել։ Երկու հիդրօքսիլ խմբեր ավելացվել են ածխածնի ատոմների ազատված վալենտային տեղամասերին: Էթիլենի բանաձևը C2H4 է, կռունկի կապը կոտրելուց և հիդրօքսիլային խմբերն ավելացնելուց հետո (մի քանի փուլից հետո) ստացվում է C:2N4(OH)2: Ահա թե ինչ է դաէթիլեն գլիկոլ.
Էթիլենի մոլեկուլն ունի գծային կառուցվածք, մինչդեռ երկհիդրային սպիրտն ունի մի տեսակ տրանս կոնֆիգուրացիա՝ ածխածնի ողնաշարի և միմյանց նկատմամբ հիդրօքսիլ խմբերի տեղադրման մեջ (այս տերմինը լիովին կիրառելի է դիրքի նկատմամբ. բազմակի կապ): Նման տեղահանումը համապատասխանում է ֆունկցիոնալ խմբերից ջրածինների ամենահեռավոր տեղակայմանը, ցածր էներգիային և հետևաբար համակարգի առավելագույն կայունությանը: Պարզ ասած՝ OH խումբը նայում է վեր, իսկ մյուսը՝ ներքև: Միևնույն ժամանակ, երկու հիդրօքսիլներով միացությունները անկայուն են. ածխածնի մեկ ատոմում, առաջանալով ռեակցիայի խառնուրդում, անմիջապես ջրազրկվում են՝ վերածվելով ալդեհիդների։
Դասակարգում
Էթիլեն գլիկոլի քիմիական հատկությունները որոշվում են նրա ծագմամբ պոլիհիդրիկ սպիրտների խմբից, այն է՝ դիոլների ենթախմբից, այսինքն՝ հարևան ածխածնի ատոմներում երկու հիդրօքսիլ բեկորներով միացություններ: Մի նյութ, որը պարունակում է նաև մի քանի OH փոխարինիչներ, գլիցերինն է: Այն ունի երեք ալկոհոլային ֆունկցիոնալ խումբ և հանդիսանում է իր ենթադասի ամենատարածված անդամը։
Այս դասի շատ միացություններ նույնպես ձեռք են բերվում և օգտագործվում քիմիական արտադրության մեջ տարբեր սինթեզի և այլ նպատակներով, սակայն էթիլեն գլիկոլի օգտագործումը ավելի լուրջ մասշտաբով է և ներգրավված է գրեթե բոլոր ոլորտներում: Այս հարցը ավելի մանրամասն կքննարկվի ստորև։
Ֆիզիկական բնութագրեր
Էթիլեն գլիկոլի օգտագործումը պայմանավորված է մի շարքհատկություններ, որոնք բնորոշ են պոլիհիդրիկ սպիրտներին: Սրանք տարբերակիչ հատկանիշներ են, որոնք բնորոշ են միայն օրգանական միացությունների այս դասին։
Հատկություններից ամենակարևորը H2O-ի հետ խառնվելու անսահմանափակ կարողությունն է: Ջուր + էթիլեն գլիկոլը տալիս է յուրահատուկ հատկանիշ ունեցող լուծույթ՝ դրա սառեցման կետը, կախված դիոլի կոնցենտրացիայից, 70 աստիճանով ցածր է մաքուր թորվածքից։ Կարևոր է նշել, որ այս կախվածությունը ոչ գծային է, և գլիկոլի որոշակի քանակական պարունակության հասնելուց հետո սկսվում է հակառակ ազդեցությունը. սառեցման կետը բարձրանում է լուծված նյութի տոկոսի աճով: Այս հատկությունը կիրառություն է գտել տարբեր հակասառիչների, հակասառեցնող հեղուկների արտադրության մեջ, որոնք բյուրեղանում են շրջակա միջավայրի չափազանց ցածր ջերմային բնութագրերում:
Բացառությամբ ջրի, լուծարման գործընթացը լավ է ընթանում ալկոհոլի և ացետոնի մեջ, բայց պարաֆիններում, բենզոլներում, եթերներում և ածխածնի քառաքլորիդում չի նկատվում: Ի տարբերություն իր ալիֆատիկ նախնիի՝ այնպիսի գազային նյութի, ինչպիսին էթիլենն է, էթիլեն գլիկոլը օշարակի նման, թափանցիկ հեղուկ է՝ թեթև դեղին երանգով, քաղցր համով, անբնական հոտով, գործնականում ոչ ցնդող: 100% էթիլենգլիկոլի սառեցումը տեղի է ունենում -12,6 աստիճան Ցելսիուսի, իսկ եռման +197,8-ի դեպքում, նորմալ պայմաններում խտությունը կազմում է 1,11 գ/սմ3.:
Ստանալու մեթոդներ
Էթիլեն գլիկոլը կարելի է ձեռք բերել մի քանի եղանակներով, որոնցից մի քանիսն այսօր ունեն միայն պատմական կամ նախապատրաստական նշանակություն, իսկ մյուսները.ակտիվորեն օգտագործվում է մարդու կողմից արդյունաբերական մասշտաբով և ոչ միայն: Ժամանակագրական կարգով դիտարկենք ամենակարևորները։
Դիբրոմէթանից էթիլենգլիկոլ ստանալու առաջին մեթոդն արդեն նկարագրված է վերևում։ Էթիլենի բանաձևը, որի կրկնակի կապը կոտրված է, իսկ ազատ վալենտները զբաղեցնում են հալոգենները, այս ռեակցիայի հիմնական մեկնարկային նյութը, բացի ածխածնից և ջրածնից, իր բաղադրության մեջ ունի բրոմի երկու ատոմ։ Գործընթացի առաջին փուլում միջանկյալ միացության ձևավորումը հնարավոր է հենց դրանց վերացման, այսինքն՝ ացետատային խմբերով փոխարինման շնորհիվ, որոնք հետագա հիդրոլիզից հետո վերածվում են սպիրտայինների։
Գիտության հետագա զարգացման գործընթացում հնարավոր է դարձել էթիլենգլիկոլ ստանալ հարևան ածխածնի ատոմներում երկու հալոգեններով փոխարինված ցանկացած էթանների ուղղակի հիդրոլիզի միջոցով՝ օգտագործելով ալկալային խմբի մետաղական կարբոնատների ջրային լուծույթներ կամ (պակաս էկոլոգիապես բարեկամական ռեագենտ) H2 Օհ և կապարի երկօքսիդ. Ռեակցիան բավականին «աշխատատար» է և ընթանում է միայն զգալիորեն բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում, սակայն դա չխանգարեց գերմանացիներին օգտագործել այս մեթոդը համաշխարհային պատերազմների ժամանակ արդյունաբերական մասշտաբով էթիլեն գլիկոլ արտադրելու համար::
Օրգանական քիմիայի զարգացման գործում իր դերն է խաղացել նաև էթիլենքլորոհիդրինից էթիլենգլիկոլ ստանալու եղանակը՝ դրա հիդրոլիզով ալկալային խմբի մետաղների ածխածնային աղերով։ Ռեակցիայի ջերմաստիճանի 170 աստիճան բարձրացման դեպքում թիրախային արտադրանքի եկամտաբերությունը հասել է 90% -ի: Բայց կար մի էական թերություն՝ գլիկոլը պետք է ինչ-որ կերպ արդյունահանվեր աղի լուծույթից, որն ուղղակիորեն կապված է.մի շարք դժվարություններ. Գիտնականները լուծեցին այս հարցը՝ մշակելով մեթոդ նույն սկզբնական նյութով, բայց գործընթացը բաժանելով երկու փուլի։
Էթիլենգլիկոլ ացետատի հիդրոլիզը, լինելով Wurtz մեթոդի ավելի վաղ վերջնական փուլը, դարձավ առանձին մեթոդ, երբ նրանց հաջողվեց ձեռք բերել մեկնարկային ռեագենտ՝ էթիլենը քացախաթթվի մեջ թթվածնով օքսիդացնելով, այսինքն՝ առանց թանկարժեք և օգտագործման: բացարձակապես ոչ էկոլոգիական հալոգեն միացություններ։
Կան նաև բազմաթիվ եղանակներ էթիլենգլիկոլ ստանալու համար՝ օքսիդացնելով էթիլենը հիդրոպերօքսիդներով, պերօքսիդներով, օրգանական պերաթթուներով՝ կատալիզատորների (օսմիումի միացություններ), կալիումի քլորատի և այլնի առկայությամբ: Կան նաև էլեկտրաքիմիական և ճառագայթային-քիմիական մեթոդներ:
Ընդհանուր քիմիական հատկությունների բնութագրում
Էթիլեն գլիկոլի քիմիական հատկությունները որոշվում են նրա ֆունկցիոնալ խմբերով։ Ռեակցիաները կարող են ներառել մեկ հիդրօքսիլ փոխարինող կամ երկուսն էլ՝ կախված գործընթացի պայմաններից: Ռեակտիվության հիմնական տարբերությունը կայանում է նրանում, որ պոլիհիդրիկ սպիրտում մի քանի հիդրոքսիլների առկայության և փոխադարձ ազդեցության պատճառով դրսևորվում են ավելի ուժեղ թթվային հատկություններ, քան միահիդրիկ «եղբայրները»: Հետևաբար, ալկալիների հետ ռեակցիաներում արտադրանքը աղեր են (գլիկոլի համար՝ գլիկոլատներ, գլիցերինի համար՝ գլիցերատներ):
Էթիլեն գլիկոլի, ինչպես նաև գլիցերինի քիմիական հատկությունները ներառում են մոնոհիդային կատեգորիայի սպիրտների բոլոր ռեակցիաները: Գլիկոլը միաբազային թթուների հետ ռեակցիաներում տալիս է լրիվ և մասնակի եթերներ, գլիկոլատները, համապատասխանաբար, առաջանում են ալկալային մետաղների հետ, և երբ. Ուժեղ թթուներով կամ դրանց աղերով քիմիական գործընթացում քացախաթթվի ալդեհիդ է արտազատվում՝ մոլեկուլից ջրածնի ատոմի հեռացման պատճառով:
Ակտիվ մետաղների հետ ռեակցիաներ
Էթիլեն գլիկոլի ռեակցիան ակտիվ մետաղների հետ (ջրածնից հետո քիմիական հզորության շարքում) բարձր ջերմաստիճանում առաջացնում է համապատասխան մետաղի էթիլենգլիկոլատ, գումարած ջրածինը:
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, որտեղ X-ը ակտիվ երկվալենտ մետաղ է:
Որակական ռեակցիա էթիլեն գլիկոլին
Բազմաջրային ալկոհոլը տարբերել ցանկացած այլ հեղուկից՝ օգտագործելով տեսողական ռեակցիա, որը բնորոշ է միայն այս դասի միացությունների համար: Դրա համար թարմ նստեցված պղնձի հիդրօքսիդը (2), որն ունի բնորոշ կապույտ երանգ, լցվում է ալկոհոլի անգույն լուծույթի մեջ։ Երբ խառը բաղադրիչները փոխազդում են, նստվածքը լուծվում է և լուծույթը վերածվում է մուգ կապույտ գույնի՝ պղնձի գլիկոլատի ձևավորման արդյունքում (2):
Պոլիմերացում
Էթիլեն գլիկոլի քիմիական հատկությունները մեծ նշանակություն ունեն լուծիչների արտադրության համար։ Նշված նյութի միջմոլեկուլային ջրազրկումը, այսինքն՝ ջրի հեռացումը գլիկոլի երկու մոլեկուլներից յուրաքանչյուրից և դրանց հետագա համակցությունը (մի հիդրօքսիլ խումբն ամբողջությամբ վերացվում է, իսկ մյուսից հեռացվում է միայն ջրածինը), հնարավոր է դարձնում ստանալ. եզակի օրգանական լուծիչ՝ դիոքսան, որը հաճախ օգտագործվում է օրգանական քիմիայում՝ չնայած իր բարձր թունավորությանը։
Հիդրօքսի փոխանակումդեպի հալոգեն
Երբ էթիլեն գլիկոլը փոխազդում է հիդրոհալաթթուների հետ, նկատվում է հիդրօքսիլ խմբերի փոխարինում համապատասխան հալոգենով։ Փոխարինման աստիճանը կախված է ռեակցիայի խառնուրդում ջրածնի հալոգենրիդի մոլային կոնցենտրացիայից.
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, որտեղ X-ը քլոր է կամ բրոմ:
Ստացեք Եթեր
Էթիլենգլիկոլի և ազոտական թթվի (որոշակի կոնցենտրացիայի) և միահիմն օրգանական թթուների (մորանիկ, քացախային, պրոպիոն, կարագ, վալերիկ և այլն) ռեակցիաներում առաջանում են բարդ և, համապատասխանաբար, պարզ մոնոեսթերներ։ Մյուսներում ազոտաթթվի կոնցենտրացիան գլիկոլ դի- և տրինիտրոեսթեր է: Տվյալ կոնցենտրացիայի ծծմբաթթուն օգտագործվում է որպես կատալիզատոր։
Էթիլեն գլիկոլի ամենակարևոր ածանցյալները
Արժեքավոր նյութերը, որոնք կարելի է ստանալ պոլիհիդրիկ սպիրտներից՝ պարզ քիմիական ռեակցիաների միջոցով (վերը նկարագրված) էթիլենգլիկոլի եթերներն են: Այն է՝ մոնոմեթիլ և մոնոէթիլ, որոնց բանաձևերն են՝ HO-CH2-CH2-O-CH3 և HO-CH2-CH2-O-C2N 5 համապատասխանաբար: Քիմիական հատկությունների առումով դրանք շատ առումներով նման են գլիկոլներին, բայց, ինչպես ցանկացած այլ դասի միացություններ, նրանք ունեն յուրահատուկ ռեակտիվ հատկություններ, որոնք հատուկ են իրենց:
- Մոնոմեթիլէթիլեն գլիկոլը անգույն հեղուկ է, բայց բնորոշ զզվելի հոտով, եռացող 124,6 աստիճան Ցելսիուսում, շատ լուծվող էթանոլում, այլօրգանական լուծիչներ և ջուր, շատ ավելի ցնդող, քան գլիկոլը և ջրի խտությունից ցածր (0,965 գ/սմ կարգի 3):
- Դիմեթիլէթիլեն գլիկոլը նույնպես հեղուկ է, բայց ավելի քիչ բնորոշ հոտով, խտությամբ 0,935 գ/սմ3, եռման կետով 134 աստիճան զրոյից բարձր և լուծելիությամբ՝ համեմատելի։ նախորդ նույնաբանին։
Ցելոզոլների օգտագործումը, ինչպես սովորաբար կոչվում են էթիլենգլիկոլ մոնոեթերները, բավականին տարածված է: Դրանք օգտագործվում են որպես ռեակտիվներ և լուծիչներ օրգանական սինթեզում։ Նրանց ֆիզիկական հատկությունները օգտագործվում են նաև հակակոռոզիոն և հակաբյուրեղացման հավելումների համար հակասառեցման և շարժիչային յուղերի մեջ:
Արտադրանքի տեսականու կիրառման ոլորտները և գները
Նման ռեակտիվների արտադրության և վաճառքի մեջ ներգրավված գործարաններում և ձեռնարկություններում արժեքը տատանվում է միջինը մոտ 100 ռուբլի մեկ կիլոգրամ այնպիսի քիմիական միացության համար, ինչպիսին էթիլեն գլիկոլն է: Գինը կախված է նյութի մաքրությունից և թիրախային արտադրանքի առավելագույն տոկոսից։
Էթիլեն գլիկոլի օգտագործումը չի սահմանափակվում որևէ տարածքով: Այսպիսով, որպես հումք այն օգտագործվում է օրգանական լուծիչների, արհեստական խեժերի և մանրաթելերի արտադրության մեջ, հեղուկներ, որոնք սառչում են ցածր ջերմաստիճանում։ Այն ներգրավված է բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են ավտոմոբիլային, ավիացիոն, դեղագործությունը, էլեկտրականությունը, կաշվի, ծխախոտը: Օրգանական սինթեզի համար դրա կարևորությունը անհերքելի է:
Կարևոր է հիշել, որ գլիկոլըթունավոր միացություն, որը կարող է անուղղելի վնաս հասցնել մարդու առողջությանը. Հետևաբար, այն պահվում է ալյումինից կամ պողպատից պատրաստված փակ անոթներում, պարտադիր ներքին շերտով, որը պաշտպանում է բեռնարկղը կոռոզիայից, միայն ուղղահայաց դիրքերում և ջեռուցման համակարգերով չհագեցված սենյակներում, բայց լավ օդափոխությամբ: Ժամկետը `ոչ ավելի, քան հինգ տարի:
