Көп атомды спирттер санатына жататын адам өмірінде және өнеркәсіпте ең танымал және қолданылатын заттар этиленгликоль және глицерин болып табылады. Оларды зерттеу және пайдалану бірнеше ғасырлар бұрын басталды, бірақ бұл органикалық қосылыстардың қасиеттері көптеген жолдармен қайталанбас және бірегей, бұл оларды бүгінгі күнге дейін таптырмас етеді. Көп атомды спирттер көптеген химиялық синтезде, өнеркәсіпте және адам өмірінің салаларында қолданылады.
Этиленгликоль және глицеринмен алғашқы «танысу»: алу тарихы
1859 жылы диброметанды күміс ацетатымен әрекеттесудің екі сатылы процесі, содан кейін бірінші реакцияда алынған этиленгликоль диацетатының күйдіргіш калиймен өңделуі арқылы Чарльз Вурц алғаш рет этиленгликольді синтездеді. Біраз уақыттан кейін диброметанның тікелей гидролизі әдісі жасалды, бірақ өнеркәсіптік ауқымда ХХ ғасырдың басында екі атомды спирт 1, 2-диоксиэтан, сонымен қатар АҚШ-та моноэтиленгликоль немесе жай гликоль ретінде белгілі.этиленхлоргидриннің гидролизі арқылы алынған.
Бүгінгі таңда өнеркәсіпте де, зертханада да жаңа, шикізат және энергетикалық тұрғыдан үнемді және құрамында хлор бар немесе бөлетін реагенттерді қолданудан бастап экологиялық таза басқа да бірқатар әдістер қолданылады., токсиндер, канцерогендер және қоршаған орта мен адамдар үшін қауіпті басқа заттар «жасыл» химияның дамуымен азайып келеді.
Глицеринді 1779 жылы фармацевт Карл Вильгельм Шееле ашты, ал Теофил Жюль Пелузе 1836 жылы қосылыстың құрамын зерттеді. Екі онжылдық өткеннен кейін бұл үш атомды спирт молекуласының құрылымы Пьер Евгений Марсель Вертелот пен Чарльз Вюрц еңбектерінде негізделді және дәлелденді. Ақырында, жиырма жылдан кейін Чарльз Фридель глицериннің толық синтезін жүзеге асырды. Қазіргі уақытта өнеркәсіп оны өндірудің екі әдісін қолданады: пропиленнен аллилхлорид арқылы, сондай-ақ акролеин арқылы. Глицерин сияқты этиленгликольдің химиялық қасиеттері химиялық өндірістің әртүрлі салаларында кеңінен қолданылады.
Байланыстың құрылымы мен құрылымы
Молекула қос байланыс үзілген екі көміртек атомынан тұратын этиленнің қанықпаған көмірсутек қаңқасына негізделген. Көміртек атомдарындағы бос валенттілік орындарына екі гидроксил тобы қосылды. Этиленнің формуласы C2H4, кран байланысын үзіп, гидроксил топтарын қосқаннан кейін (бірнеше кезеңнен кейін) C сияқты көрінеді.2N4(OH)2. Бұл солайэтиленгликоль.
Этилен молекуласы сызықты құрылымға ие, ал екі атомды спирт гидроксил топтарының көміртек магистральіне және бір-біріне қатысты орналасуында транс конфигурациясының бір түріне ие (бұл термин мынаған қатысты позицияға толығымен қолданылады көптік байланыс). Мұндай дислокация сутегінің функционалдық топтардан ең алыс орналасуына, энергияның төмендеуіне, демек, жүйенің максималды тұрақтылығына сәйкес келеді. Қарапайым тілмен айтқанда, бір OH тобы жоғары, екіншісі төмен қарайды. Бұл ретте екі гидроксилдері бар қосылыстар тұрақсыз: бір көміртегі атомында реакциялық қоспада түзілген олар бірден сусызданады, альдегидтерге айналады.
Жіктеу
Этиленгликольдің химиялық қасиеттері оның көп атомды спирттер тобынан, атап айтқанда диолдар тобынан, яғни көрші көміртегі атомдарында екі гидроксил фрагменті бар қосылыстардан шыққанымен анықталады. Құрамында бірнеше OH алмастырғыштары бар зат – глицерин. Оның үш алкогольдік функционалды тобы бар және оның қосалқы сыныбының ең көп таралған мүшесі.
Осы кластың көптеген қосылыстары әртүрлі синтез және басқа мақсаттар үшін химиялық өндірісте де алынады және пайдаланылады, бірақ этиленгликольді қолдану неғұрлым күрделі масштабта және барлық дерлік салаларда қолданылады. Бұл мәселе төменде толығырақ талқыланады.
Физикалық сипаттамалары
Этиленгликольді қолдану бірқатар заттардың болуына байланыстыкөп атомды спирттерге тән қасиеттер. Бұл органикалық қосылыстардың осы класына ғана тән ерекше белгілер.
Сипаттардың ең маңыздысы - H2O-мен араластыру мүмкіндігінің шексіздігі. Су + этиленгликоль бірегей сипаттамасы бар ерітінді береді: оның қату температурасы диол концентрациясына байланысты таза дистиллятқа қарағанда 70 градусқа төмен. Бұл тәуелділіктің сызықты емес екенін және гликольдің белгілі бір сандық мөлшеріне жеткенде, қарама-қарсы әсер басталатынын атап өту маңызды - еріген заттың пайыздық мөлшерінің жоғарылауымен қату температурасы көтеріледі. Бұл мүмкіндік қоршаған ортаның өте төмен термиялық сипаттамаларында кристалданатын әртүрлі мұздатуға қарсы сұйықтықтарды, мұздатуға қарсы сұйықтықтарды өндіруде қолдануды тапты.
Судан басқа еріту процесі спиртте және ацетонда жақсы жүреді, бірақ парафиндерде, бензолдарда, эфирлерде және төрт хлорлы көміртектерде байқалмайды. Этиленгликоль өзінің алифаттық ата-тегінен айырмашылығы - этилен сияқты газ тәрізді зат, бұл сироп тәрізді, аздап сары реңкті, дәмі тәтті, өзіне тән емес иісі бар, іс жүзінде ұшпайтын мөлдір сұйықтық. 100% этиленгликольдің қатуы -12,6 градус Цельсийде, ал қайнауы +197,8. Қалыпты жағдайда тығыздық 1,11 г/см3.
Әдістерді алу
Этиленгликольді бірнеше жолмен алуға болады, олардың кейбіреулері бүгінде тек тарихи немесе препараттық мәнге ие, ал басқаларығана емес, өнеркәсіптік ауқымда адам белсенді түрде қолданады. Хронологиялық ретпен ең маңыздыларын қарастырайық.
Дибромэтаннан этиленгликоль алудың бірінші әдісі жоғарыда сипатталған. Қос байланысы үзілген, бос валенттілігін галогендер алып жатқан этиленнің формуласы, бұл реакцияның негізгі бастапқы материалы көміртегі мен сутектен басқа оның құрамында екі бром атомы бар. Процестің бірінші сатысында аралық қосылыстың түзілуі олардың жойылуының, яғни ацетатты топтармен алмастырылуының арқасында мүмкін болады, олар әрі қарай гидролизденгенде спиртке айналады.
Ғылымның одан әрі даму процесінде сілтілі топтағы металл карбонаттарының судағы ерітінділерін немесе (экологиялық тұрғыдан азырақ) пайдалана отырып, көрші көміртегі атомдарында екі галогенмен алмастырылған кез келген этандарды тікелей гидролиздеу арқылы этиленгликоль алу мүмкін болды. достық реагент) H2 О және қорғасын диоксиді. Реакция айтарлықтай «еңбекті қажет етеді» және айтарлықтай жоғары температура мен қысымда ғана жүреді, бірақ бұл немістерге дүниежүзілік соғыстар кезінде өнеркәсіптік ауқымда этиленгликоль өндіру үшін осы әдісті қолдануға кедергі болмады.
Этиленхлоргидриннен этиленгликольді сілтілік топ металдарының көміртекті тұздарымен гидролиздеу арқылы алу әдісі де органикалық химияның дамуында өз рөлін атқарды. Реакция температурасының 170 градусқа дейін жоғарылауымен мақсатты өнімнің шығымы 90% -ға жетті. Бірақ айтарлықтай кемшілік болды - гликольді тұз ерітіндісінен қандай да бір жолмен алу керек болды, ол тікелей байланысты.бірқатар қиындықтар. Ғалымдар бұл мәселені бірдей бастапқы материалы бар әдісті жасау арқылы шешті, бірақ процесті екі кезеңге бөлді.
Этиленгликоль ацетаты гидролизі Вюрц әдісінің соңғы соңғы сатысы бола отырып, олар этиленді сірке қышқылында оттегімен тотықтыру арқылы бастапқы реагентті алуға мүмкіндік бергенде, яғни қымбат және мүлдем қоршаған ортаға келмейтін галоген қосылыстары.
Сонымен қатар этиленді катализаторлардың (осмий қосылыстары), калий хлораты және т.б. қатысуымен гидропероксидтермен, асқын тотықтармен, органикалық перқышқылдармен тотықтырып, этиленгликоль алудың көптеген жолдары бар. Сондай-ақ электрохимиялық және радиациялық-химиялық әдістер бар.
Жалпы химиялық қасиеттердің сипаттамасы
Этиленгликольдің химиялық қасиеттері оның функционалдық топтарымен анықталады. Реакциялар процесс жағдайларына байланысты бір гидроксил алмастырғышты немесе екеуін де қамтуы мүмкін. Реактивтіліктің негізгі айырмашылығы көп атомды спиртте бірнеше гидроксилдердің болуына және олардың өзара әсер етуіне байланысты бір атомды «ағайындыларға» қарағанда күшті қышқылдық қасиеттердің көрінуінде. Сондықтан сілтілермен реакцияларда өнімдер тұздар (гликоль үшін – гликолаттар, глицерин үшін – глицераттар)
Этиленгликольдің, сондай-ақ глицериннің химиялық қасиеттеріне бір атомды санаттағы спирттердің барлық реакциялары кіреді. Гликоль бірнегізді қышқылдармен реакцияда толық және жартылай эфирлер береді, сәйкесінше гликолаттар сілтілік металдармен түзіледі, алкүшті қышқылдармен немесе олардың тұздарымен химиялық процесте сірке қышқылы альдегиді бөлінеді - молекуладан сутегі атомының жойылуына байланысты.
Белсенді металдармен реакциялар
Этиленгликольдің белсенді металдармен реакциясы (химиялық беріктік қатарындағы сутегінен кейін) жоғары температурада сәйкес металдың этиленгликолатын береді, оған қоса сутегі бөлінеді.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, мұндағы X - белсенді екі валентті металл.
Этиленгликольге сапалы реакция
Көп атомды спиртті кез келген басқа сұйықтықтан тек осы қосылыстар класына тән визуалды реакция арқылы ажыратыңыз. Ол үшін спирттің түссіз ерітіндісіне тән көк реңктері бар жаңадан тұндырылған мыс гидроксиді (2) құйылады. Аралас компоненттер өзара әрекеттескенде тұнба ериді және ерітінді қою көк түске айналады – мыс гликоладының (2) түзілуі нәтижесінде.
Полимерлену
Этиленгликольдің химиялық қасиеттері еріткіштерді алу үшін үлкен маңызға ие. Аталған заттың молекулааралық сусыздануы, яғни гликольдің екі молекуласының әрқайсысынан судың жойылуы және олардың кейінгі қосылысы (бір гидроксил тобы толығымен жойылады, ал екіншісінен тек сутегі жойылады) алуға мүмкіндік береді. бірегей органикалық еріткіш – диоксан, жоғары уыттылығына қарамастан органикалық химияда жиі қолданылады.
Гидроксиді алмасугалогенге
Этиленгликоль галогенсутек қышқылдарымен әрекеттескенде гидроксил топтарының сәйкес галогенмен алмасуы байқалады. Ауыстыру дәрежесі реакциялық қоспадағы галогенсутегінің молярлық концентрациясына байланысты:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, мұндағы X - хлор немесе бром.
Этер алу
Этиленгликольдің азот қышқылымен (белгілі бір концентрациядағы) және бір негізді органикалық қышқылдармен (құмырсқа, сірке, пропион, бутирин, валерик және т.б.) реакцияларында күрделі және сәйкесінше қарапайым моноэфирлер түзіледі. Басқаларында азот қышқылының концентрациясы гликоль ди- және тринитроэфирлер болып табылады. Катализатор ретінде берілген концентрациядағы күкірт қышқылы қолданылады.
Этиленгликольдің ең маңызды туындылары
Көп атомды спирттерден қарапайым химиялық реакциялар арқылы алуға болатын бағалы заттар (жоғарыда сипатталған) этиленгликоль эфирлері. Атап айтқанда: монометил және моноэтил, формулалары HO-CH2-CH2-O-CH3 және HO-CH2-CH2-O-C2N5 тиісінше. Химиялық қасиеттері бойынша олар гликольдерге көп жағынан ұқсайды, бірақ қосылыстардың кез келген басқа класы сияқты, олардың өзіне ғана тән бірегей реактивті қасиеттері бар:
- Монометиэтиленгликоль – түссіз сұйықтық, бірақ өзіне тән жиіркенішті иісі бар, 124,6 градус Цельсийде қайнатады, этанолда жақсы ериді, т.б.органикалық еріткіштер мен су, гликольге қарағанда әлдеқайда ұшқыш және судың тығыздығынан төмен (0,965 г/см3).
- Диметиэтиленгликоль де сұйық, бірақ өзіне тән иісі аз, тығыздығы 0,935 г/см3, қайнау температурасы 134 градус нөлден жоғары және ерігіштігі салыстырмалы. алдыңғы гомологқа.
Целлюлозаларды қолдану - әдетте этиленгликоль моноэфирлері деп аталады - өте кең таралған. Олар органикалық синтезде реагенттер мен еріткіштер ретінде қолданылады. Олардың физикалық қасиеттері сонымен қатар антифриз және мотор майларында коррозияға және кристалдануға қарсы қоспалар үшін қолданылады.
Өнім ассортиментін қолдану және баға белгілеу өрістері
Мұндай реагенттерді өндірумен және сатумен айналысатын зауыттар мен кәсіпорындардағы құны этиленгликоль сияқты химиялық қосылыстың килограммына орта есеппен шамамен 100 рубльге ауытқиды. Баға заттың тазалығына және мақсатты өнімнің максималды пайызына байланысты.
Этиленгликольді қолдану тек бір аймақпен шектелмейді. Сонымен, шикізат ретінде органикалық еріткіштерді, жасанды шайырлар мен талшықтарды, төмен температурада қатып қалатын сұйықтықтарды өндіруде қолданылады. Ол автомобиль жасау, авиация, фармацевтика, электротехника, былғары, темекі сияқты көптеген салаларға қатысады. Оның органикалық синтез үшін маңыздылығы даусыз.
Гликоль екенін есте ұстаған жөнадам денсаулығына орны толмас зиян келтіруі мүмкін улы қосылыс. Сондықтан ол контейнерді коррозиядан қорғайтын міндетті ішкі қабаты бар алюминийден немесе болаттан жасалған герметикалық ыдыстарда, тек тік позицияларда және жылыту жүйелерімен жабдықталмаған, бірақ жақсы желдетілетін бөлмелерде сақталады. Мерзімі - бес жылдан аспайды.
