Органикалық заттар біздің өмірімізде маңызды орын алады. Олар бізді барлық жерде қоршап тұрған полимерлердің негізгі құрамдас бөлігі: бұл полиэтилен пакеттер, резеңке, сондай-ақ көптеген басқа материалдар. Полипропилен бұл сериядағы соңғы қадам емес. Ол сондай-ақ әртүрлі материалдарда кездеседі және құрылыс, пластикалық шыныаяқтар үшін материал ретінде тұрмыстық пайдалану және басқа да шағын (бірақ өнеркәсіптік ауқымда емес) қажеттіліктер сияқты бірқатар салаларда қолданылады. Пропиленді гидратациялау сияқты процесс туралы айтпас бұрын (оның арқасында, айтпақшы, изопропил спиртін алуға болады), өнеркәсіпке қажетті осы заттың ашылу тарихына жүгінейік.
Тарих
Осылайша, пропиленнің ашылу күні жоқ. Дегенмен, оның полимері - полипропиленді 1936 жылы атақты неміс химигі Отто Байер ашты. Әрине, мұндай маңызды материалды қалай алуға болатыны теориялық тұрғыдан белгілі болды, бірақ оны іс жүзінде жүзеге асыру мүмкін болмады. Бұл ХХ ғасырдың ортасында ғана мүмкін болды, неміс және итальян химиктері Циглер мен Натт қанықпаған көмірсутектердің полимерленуінің катализаторын ашқанда (бір немесе бірнеше көп байланысы бар)кейінірек олар оны Циглер-Натта катализаторы деп атады. Осы уақытқа дейін мұндай заттардың полимерлену реакциясын жалғастыру мүлдем мүмкін емес еді. Поликонденсация реакциялары катализатордың әсерінсіз заттар полимер тізбегіне қосылып, қосалқы өнімдер түзетін кезде белгілі болды. Бірақ қанықпаған көмірсутектермен мұны істеу мүмкін болмады.
Бұл затпен байланысты тағы бір маңызды процесс оның ылғалдануы болды. Пропилен оны пайдаланудың басында өте көп болды. Мұның бәрі әртүрлі мұнай және газ өңдеуші компаниялар ойлап тапқан пропенді қалпына келтіру әдістеріне байланысты (бұл кейде сипатталған зат деп те аталады). Мұнай крекингке ұшыраған кезде ол жанама өнім болды, ал оның туындысы изопропил спирті адамзатқа пайдалы көптеген заттардың синтезіне негіз болатыны белгілі болғанда, BASF сияқты көптеген компаниялар оны өндіру әдісін патенттеді. және осы қосылыстарды жаппай саудалай бастады. Пропиленді гидратациялау полимерлеуден бұрын қолданылған және қолданылған, сондықтан ацетон, сутегі асқын тотығы, изопропиламин полипропиленнен бұрын шығарыла бастады.
Пропенді мұнайдан бөлу процесі өте қызықты. Біз енді оған жүгінеміз.
Пропиленді бөлу
Шындығында теориялық мағынада негізгі әдіс бір ғана процесс: мұнай мен ілеспе газдардың пиролизі. Бірақ технологиялық енгізулер тек теңіз. Өйткені, әрбір компания бірегей жолды алуға және оны қорғауға ұмтылады.патент және басқа да осындай компаниялар пропенді шикізат ретінде өндіру мен сатудың немесе оны әртүрлі өнімдерге айналдырудың өз жолдарын іздейді.
Пиролиз («pyro» - өрт, «lysis» - жойылу) - жоғары температура мен катализатордың әсерінен күрделі және үлкен молекуланы кішіректерге ыдыратудың химиялық процесі. Мұнай, өздеріңіз білетіндей, көмірсутектердің қоспасы және жеңіл, орташа және ауыр фракциялардан тұрады. Біріншісінің ең төменгі молекулалық салмағы, пропен және этан пиролиз кезінде алынады. Бұл процесс арнайы пештерде жүзеге асырылады. Ең озық өндірістік компаниялар үшін бұл процесс технологиялық жағынан ерекшеленеді: кейбіреулер жылу тасымалдағыш ретінде құмды пайдаланады, басқалары кварцты, басқалары коксты пайдаланады; пештерді құрылымына қарай бөлуге де болады: құбырлы және кәдімгі реакторлар деп аталады.
Бірақ пиролиз процесі жеткіліксіз таза пропенді алуға мүмкіндік береді, өйткені оған қоса, онда көмірсутектердің үлкен саны түзіледі, содан кейін олар энергияны көп тұтынатын жолдармен бөлінуі керек. Сондықтан, кейінгі гидратация үшін таза зат алу үшін алкандарды дегидрлеу де қолданылады: біздің жағдайда пропан. Полимерлену сияқты, жоғарыда аталған процесс жай ғана болмайды. Қаныққан көмірсутек молекуласынан сутегінің бөлінуі катализаторлардың әсерінен жүреді: үш валентті хром оксиді және алюминий оксиді.
Ал, гидратация процесінің қалай жүретіні туралы әңгімеге көшпес бұрын, қанықпаған көмірсутектің құрылымына тоқталайық.
Пропилен құрылымының ерекшеліктері
Пропеннің өзі алкендер қатарының екінші мүшесі ғана (бір қос байланысы бар көмірсутектер). Жеңілдігі жағынан ол этиленнен кейін екінші орында (одан, сіз болжағандай, полиэтилен жасалған - әлемдегі ең массивті полимер). Қалыпты күйінде пропен - алкандар тобынан шыққан "туысқан" пропан сияқты газ.
Бірақ пропан мен пропеннің маңызды айырмашылығы - оның құрамында оның химиялық қасиеттерін түбегейлі өзгертетін қос байланыс бар. Бұл қанықпаған көмірсутек молекуласына басқа заттарды қосуға мүмкіндік береді, нәтижесінде мүлде басқа қасиеттері бар қосылыстар пайда болады, көбінесе өнеркәсіп пен күнделікті өмір үшін өте маңызды.
Реакция теориясы туралы айтудың уақыты келді, ол шын мәнінде осы мақаланың тақырыбы болып табылады. Келесі бөлімде сіз пропиленді гидратациялау өнеркәсіптік маңызды өнімдердің бірін беретінін, сондай-ақ бұл реакцияның қалай жүретінін және ондағы нюанстар қандай екенін білесіз.
Ылғалдандыру теориясы
Біріншіден, жоғарыда сипатталған реакцияны қамтитын жалпы процеске – шешуге – көшейік. Бұл еріген зат молекулаларына еріткіш молекулаларын қосудан тұратын химиялық түрлендіру. Сонымен бірге олар электростатикалық әрекеттесу арқылы байланысқан еріген зат пен еріткіштің молекулаларынан тұратын жаңа молекулаларды немесе сольваттар деп аталатын бөлшектерді құра алады. Бізді тек қызықтырадызаттардың бірінші түрі, өйткені пропиленді гидратациялау кезінде мұндай өнім басым түрде түзіледі.
Жоғарыда сипатталған әдіспен еріту кезінде еріткіш молекулалары еріген затқа қосылады, жаңа қосылыс алынады. Органикалық химияда гидратация негізінен спирттер, кетондар және альдегидтер түзеді, бірақ басқа да бірнеше жағдайлар бар, мысалы, гликольдердің түзілуі, бірақ біз оларға тоқталмаймыз. Шын мәнінде, бұл процесс өте қарапайым, бірақ сонымен бірге өте күрделі.
Ылғалдандыру механизмі
Қос байланыс, өзіңіз білетіндей, атомдар қосылысының екі түрінен тұрады: пи- және сигма-байланыстар. Пи-байланыс гидратация реакциясы кезінде әрқашан бірінші болып үзіледі, өйткені оның беріктігі азырақ (байланыс энергиясы төмен). Ол үзілген кезде екі көрші көміртегі атомында екі бос орбиталь пайда болады, олар жаңа байланыстар түзе алады. Ерітіндіде екі бөлшек түрінде болатын су молекуласы: гидроксид ионы және протон, үзілген қос байланыс бойымен қосылуға қабілетті. Бұл жағдайда гидроксид ионы орталық көміртегі атомына, ал протон - екінші, шеткі. Осылайша, пропиленді гидратациялау кезінде пропанол 1 немесе изопропил спирті басым түрде түзіледі. Бұл өте маңызды зат, өйткені ол тотыққан кезде біздің әлемде кеңінен қолданылатын ацетон алуға болады. Негізінен қалыптасады дедік, бірақ бұл мүлде дұрыс емес. Мен мынаны айтуым керек: пропиленді гидратациялау кезінде түзілетін жалғыз өнім және бұл изопропил спирті.
Бұл, әрине, барлық нәзіктіктер. Шын мәнінде, бәрін әлдеқайда оңай сипаттауға болады. Ал енді біз пропиленді гидратациялау сияқты процесс мектеп курсында қалай жазылғанын анықтаймыз.
Реакция: бұл қалай болады
Химияда әдетте барлығы жай белгіленеді: реакция теңдеулерінің көмегімен. Сонымен, талқыланатын заттың химиялық түрленуін осылай сипаттауға болады. Реакция теңдеуі өте қарапайым пропиленді гидратациялау екі кезеңде жүреді. Біріншіден, қостың бөлігі болып табылатын пи байланысы үзіледі. Содан кейін екі бөлшек, гидроксид анионы және сутегі катионы түріндегі су молекуласы пропилен молекуласына жақындайды, қазіргі уақытта байланыстардың пайда болуы үшін екі бос орын бар. Гидроксид ионы азырақ сутектелген көміртек атомымен (яғни, сутегі аз атомдары қосылған атоммен) және тиісінше протонмен, қалған экстремалды байланыс түзеді. Осылайша, бір ғана өнім алынады: қаныққан моноатомды спирт изопропанол.
Реакцияны қалай жазуға болады?
Енді біз пропиленді гидратациялау сияқты процесті көрсететін реакцияны химиялық тілде жазуды үйренеміз. Бізге қажет формула: CH2 =CH - CH3. Бұл бастапқы заттың формуласы - пропен. Көріп отырғаныңыздай, оның қос байланысы бар, ол «= белгісімен белгіленген және пропилен гидратацияланған кезде су қосылады. Реакция теңдеуін былай жазуға болады: CH2 =CH - CH3 + H2O=CH 3 - CH(OH) - CH3. Жақшадағы гидроксил тобы дегенді білдіредібұл бөлік формула жазықтығында емес, төмен немесе жоғары. Мұнда біз ортаңғы көміртегі атомынан таралатын үш топтың арасындағы бұрыштарды көрсете алмаймыз, бірақ олар шамамен бір-біріне тең және 120 градусты құрайды делік.
Бұл қайда қолданылады?
Реакция кезінде алынған зат басқа өмірлік маңызды заттарды синтездеу үшін белсенді түрде қолданылатынын жоғарыда айттық. Ол құрылымы жағынан ацетонға өте ұқсас, оның айырмашылығы тек гидроксо тобының орнына кето тобы (яғни азот атомымен қос байланыс арқылы қосылған оттегі атомы) болуымен ғана ерекшеленеді. Өздеріңіз білетіндей, ацетонның өзі еріткіштер мен лактарда қолданылады, бірақ сонымен қатар ол полиуретандар, эпоксидті шайырлар, сірке ангидриді және т.б. сияқты күрделі заттардың одан әрі синтезі үшін реагент ретінде қолданылады.
Ацетон өндіру реакциясы
Изопропил спиртінің ацетонға айналуын сипаттау пайдалы болар еді деп ойлаймыз, әсіресе бұл реакция соншалықты күрделі емес. Алдымен пропанолды буландырады және арнайы катализаторда 400-600 градус Цельсийде оттегімен тотықтырады. Күміс торда реакция жүргізу арқылы өте таза өнім алынады.
Реакция теңдеуі
Пропанолдың ацетонға тотығу реакциясының механизміне егжей-тегжейлі тоқталмаймыз, өйткені ол өте күрделі. Біз әдеттегі химиялық түрлендіру теңдеуімен шектелеміз: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2O. Көріп отырғаныңыздай, диаграммада бәрі өте қарапайым, бірақ бұл процеске тереңірек үңілуге тұрарлық және біз бірқатар қиындықтарға тап боламыз.
Қорытынды
Сонымен біз пропиленді гидратациялау процесін талдап, реакция теңдеуін және оның пайда болу механизмін зерттедік. Қарастырылған технологиялық принциптер өндірісте болып жатқан нақты процестердің негізінде жатыр. Белгілі болғандай, олар өте қиын емес, бірақ олардың күнделікті өмірімізге пайдасы бар.
