Олон атомт спиртийн ангилалд хамаарах хамгийн алдартай, хүний амьдрал, үйлдвэрлэлд хэрэглэгддэг бодисууд нь этилен гликол ба глицерин юм. Тэдний судалгаа, хэрэглээ хэдэн зууны өмнө эхэлсэн боловч эдгээр органик нэгдлүүдийн шинж чанар нь олон талаараа давтагдашгүй бөгөөд өвөрмөц байдаг нь өнөөг хүртэл зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Олон атомт спиртийг химийн олон синтез, үйлдвэрлэл, хүний амьдралын салбарт ашигладаг.
Этилен гликол ба глицеринтэй анхны "танил": олж авсан түүх
1859 онд Чарльз Вурц диброметаныг мөнгөн ацетаттай хоёр үе шаттай урвалд оруулж, дараа нь эхний урвалаар олж авсан этилен гликол диацетатыг идэмхий калиар боловсруулах замаар анх удаа этилен гликолыг нийлэгжүүлжээ. Хэсэг хугацааны дараа диброметаныг шууд гидролиз хийх аргыг боловсруулсан боловч 20-р зууны эхэн үед АНУ-д моноэтилен гликол гэж нэрлэгддэг хоёр атомт спирт 1, 2-диоксиэтаныг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд гаргаж авсан.этилен хлорогидрины гидролизийн аргаар олж авсан.
Өнөөдөр үйлдвэр болон лабораторид хлор агуулсан эсвэл ялгаруулдаг урвалжуудыг ашигласнаас хойш шинэ, түүхий эд, эрчим хүчний хувьд илүү хэмнэлттэй, байгаль орчинд ээлтэй өөр хэд хэдэн аргыг хэрэглэж байна., хорт бодис, хорт хавдар үүсгэгч болон бусад байгаль орчин болон хүмүүст аюултай бодисууд нь "ногоон" химийн хөгжлийг дагаад буурч байна.
Глицериныг эм зүйч Карл Вильгельм Шееле 1779 онд нээсэн бөгөөд Теофил Жюль Пелузе 1836 онд нэгдлийн найрлагыг судалжээ. 20 жилийн дараа энэхүү гурван атомт спиртийн молекулын бүтцийг Пьер Евгений Марсель Вертелот, Чарльз Вурц нарын бүтээлээр баталж, нотолсон. Эцэст нь, хорин жилийн дараа Чарльз Фридел глицеролыг бүрэн нийлэгжүүлэв. Одоогийн байдлаар үйлдвэрлэл нь пропиленээс алли хлорид, мөн акролейн гэсэн хоёр аргыг ашиглаж байна. Глицерин гэх мэт этилен гликолын химийн шинж чанарыг химийн үйлдвэрлэлийн янз бүрийн салбарт өргөнөөр ашигладаг.
Холболтын бүтэц, бүтэц
Молекул нь давхар холбоо тасарсан хоёр нүүрстөрөгчийн атомаас бүрдсэн этиленийн ханаагүй нүүрсустөрөгчийн араг яс дээр суурилдаг. Нүүрстөрөгчийн атомууд дахь суларсан валентын цэгүүдэд хоёр гидроксил бүлгийг нэмсэн. Этилений томьёо нь C2H4 бөгөөд краны холбоог тасалж, гидроксил бүлгийг нэмсний дараа (хэд хэдэн шат дамжлагаар) C шиг харагдаж байна.2N4(OH)2. Ийм л байнаэтилен гликол.
Этилен молекул нь шугаман бүтэцтэй байдаг бол хоёр атомт спирт нь нүүрстөрөгчийн үндсэн ба бие биетэйгээ холбоотой гидроксил бүлгүүдийг байрлуулахдаа нэг төрлийн транс тохиргоотой байдаг (энэ нэр томъёо нь дараахь байрлалд бүрэн хамаарна. олон тооны бонд). Ийм нүүлгэн шилжүүлэлт нь функциональ бүлгүүдээс устөрөгчийн хамгийн алслагдсан байршил, бага эрчим хүч, улмаар системийн хамгийн тогтвортой байдалд нийцдэг. Энгийнээр хэлбэл, нэг OH бүлэг дээшээ харж, нөгөө нь доошоо хардаг. Үүний зэрэгцээ, хоёр гидроксил бүхий нэгдлүүд тогтворгүй байдаг: нэг нүүрстөрөгчийн атом дээр урвалын хольцод үүссэн даруйдаа усгүйжүүлж, альдегид болж хувирдаг.
Ангилал
Этилен гликолын химийн шинж чанарыг түүний олон атомт спиртийн бүлгээс, тухайлбал диолын дэд бүлгээс, өөрөөр хэлбэл хөрш нүүрстөрөгчийн атомын хоёр гидроксил фрагмент бүхий нэгдлээс нь тодорхойлдог. Мөн хэд хэдэн OH орлуулагч агуулсан бодис бол глицерин юм. Энэ нь архины гурван функциональ бүлэгтэй бөгөөд дэд ангийн хамгийн түгээмэл гишүүн юм.
Энэ ангиллын олон нэгдлүүдийг мөн гаргаж авч химийн үйлдвэрлэлд янз бүрийн синтез болон бусад зорилгоор ашигладаг боловч этилен гликолыг ашиглах нь илүү ноцтой бөгөөд бараг бүх салбарт оролцдог. Энэ асуудлыг доор дэлгэрэнгүй авч үзэх болно.
Биеийн онцлог
Этилен гликолыг хэрэглэх нь олон тооны бодис агуулагддагтай холбоотойолон атомт спиртүүдэд хамаарах шинж чанарууд. Эдгээр нь зөвхөн энэ ангиллын органик нэгдлүүдийн онцлог шинж чанарууд юм.
Хамгийн чухал шинж чанар нь H2O-тэй холих хязгааргүй чадвар юм. Ус + этилен гликол нь өвөрмөц шинж чанартай уусмалыг өгдөг: диолын агууламжаас хамааран түүний хөлдөх цэг нь цэвэр нэрмэлийнхээс 70 градусаар бага байдаг. Энэ хамаарал нь шугаман бус бөгөөд гликолын тодорхой тоон агуулгад хүрэхэд эсрэг нөлөө эхэлдэг - ууссан бодисын хувь нэмэгдэх тусам хөлдөх цэг нэмэгддэг гэдгийг анхаарах нь чухал юм. Энэ онцлог нь хүрээлэн буй орчны маш бага дулааны шинж чанарт талсжих янз бүрийн хөлдөлтөөс хамгаалах шингэн, антифриз үйлдвэрлэхэд хэрэглэгдэх болсон.
Уснаас бусад тохиолдолд уусгах процесс нь спирт, ацетонд сайн явагддаг боловч парафин, бензол, эфир, нүүрстөрөгчийн дөрвөн хлорид зэрэгт ажиглагддаггүй. Этилен гэх мэт хийн бодис болох алифатик өвөг дээдсээсээ ялгаатай нь этилен гликол нь сироп шиг тунгалаг шингэн бөгөөд бага зэрэг шаргал өнгөтэй, чихэрлэг амттай, өвөрмөц бус үнэртэй, бараг дэгдэмхий биш юм. 100% этилен гликол хөлдөх нь -12.6 хэмд, буцалгах нь +197.8. Хэвийн нөхцөлд нягт нь 1.11 г/см3.
Авах арга
Этилен гликолыг хэд хэдэн аргаар олж авах боломжтой бөгөөд тэдгээрийн зарим нь өнөөдөр зөвхөн түүхэн эсвэл бэлтгэлийн ач холбогдолтой байдаг бол зарим ньзөвхөн үйлдвэрлэлийн хэмжээнд төдийгүй хүн төрөлхтөн идэвхтэй ашигладаг. Он цагийн дарааллаар хамгийн чухалыг нь харцгаая.
Диброметанаас этилен гликол авах эхний аргыг дээр дурдсан. Давхар холбоо тасарсан, чөлөөт валентуудыг галоген эзэлдэг этиленийн томьёо нь нүүрстөрөгч, устөрөгчөөс гадна энэ урвалын гол эхлэл материал нь түүний найрлагад хоёр бромын атом байдаг. Процессын эхний үе шатанд завсрын нэгдэл үүсэх нь тэдгээрийг арилгах, өөрөөр хэлбэл, цаашдын гидролизийн явцад спирт болж хувирах ацетат бүлгүүдээр солигдох замаар боломжтой юм.
Шинжлэх ухааны цаашдын хөгжлийн явцад шүлтлэг бүлгийн металл карбонатын усан уусмал эсвэл (байгаль орчинд сөрөг нөлөө багатай) ашиглан хөрш нүүрстөрөгчийн атомууд дээр хоёр галогенээр орлуулсан аливаа этаныг шууд гидролиз хийх замаар этилен гликол авах боломжтой болсон. найрсаг урвалж) H2 Өө ба хар тугалганы давхар исэл. Энэ урвал нь нэлээд "хөдөлмөрч" бөгөөд зөвхөн мэдэгдэхүйц өндөр температур, даралтад л явагддаг боловч энэ нь Германчуудыг дэлхийн дайны үед этилен гликолыг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд үйлдвэрлэхэд ашиглахад саад болоогүй юм.
Шүлтлэг бүлгийн металлын нүүрстөрөгчийн давстай гидролиз хийх замаар этилен хлоргидринээс этилен гликол гаргаж авах арга нь органик химийн хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Урвалын температур 170 градус хүртэл нэмэгдсэнээр зорилтот бүтээгдэхүүний гарц 90% хүрэв. Гэхдээ мэдэгдэхүйц сул тал байсан - гликолыг ямар нэгэн байдлаар давсны уусмалаас гаргаж авах шаардлагатай байсан нь үүнтэй шууд холбоотой юм.хэд хэдэн бэрхшээл. Эрдэмтэд энэ асуудлыг ижил эхлэл материалтай аргыг боловсруулж, хоёр үе шат болгон хуваах замаар шийдсэн.
Этилен гликол ацетатын гидролиз нь Вюрцын аргын эхний эцсийн шат бөгөөд этиленийг цууны хүчилд хүчилтөрөгчөөр исэлдүүлэн, өөрөөр хэлбэл үнэтэй, өндөр үнэтэй бодис ашиглахгүйгээр анхны урвалжийг гаргаж авснаар тусдаа арга болжээ. байгаль орчинд огт хамааралгүй галоген нэгдлүүд.
Мөн этиленийг катализатор (осмийн нэгдлүүд), калийн хлорат зэрэгт гидропероксид, хэт исэл, органик пер хүчилээр исэлдүүлэн этилен гликол гаргаж авах олон арга бий. Мөн цахилгаан химийн болон цацраг-химийн аргууд байдаг.
Химийн ерөнхий шинж чанарын шинж чанар
Этилен гликолын химийн шинж чанарыг функциональ бүлгүүдээр нь тодорхойлно. Урвал нь процессын нөхцлөөс хамааран нэг гидроксил орлуулагч эсвэл хоёуланг нь агуулж болно. Урвалын гол ялгаа нь олон атомт спиртэд хэд хэдэн гидроксил агуулагдаж, тэдгээрийн харилцан нөлөөллөөс болж нэг атомт "ах" -аас илүү хүчтэй хүчиллэг шинж чанар илэрдэг. Тиймээс шүлттэй урвалд ороход бүтээгдэхүүн нь давс (гликолын хувьд - гликолатын хувьд, глицеролын хувьд - глицерат)
Этилен гликол, түүнчлэн глицерин зэрэг химийн шинж чанарууд нь нэг атомт ангиллын спиртийн бүх урвалыг агуулдаг. Гликол нь нэг суурьт хүчлүүдтэй урвалд ороход бүрэн ба хэсэгчилсэн эфирийг өгдөг, гликолатууд нь шүлтлэг металлаар үүсдэг баХүчтэй хүчил эсвэл тэдгээрийн давстай химийн процесст цууны хүчлийн альдегид ялгардаг - молекулаас устөрөгчийн атомыг устгасны улмаас.
Идэвхтэй металлуудтай хийх урвал
Өндөр температурт этилен гликолыг идэвхтэй металлуудтай (химийн бат бэхийн цувралын устөрөгчийн дараа) урвалд оруулснаар харгалзах металлын этилен гликолат гарч, устөрөгч ялгардаг.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, энд X нь идэвхтэй хоёр валент металл юм.
Этилен гликолд үзүүлэх чанарын урвал
Зөвхөн энэ ангиллын нэгдлүүдэд хамаарах харааны урвалыг ашиглан олон атомт спиртийг бусад шингэнээс ялгах. Үүнийг хийхийн тулд өвөрмөц цэнхэр өнгөтэй шинэхэн тунадасжуулсан зэсийн гидроксидыг (2) өнгөгүй спиртийн уусмалд хийнэ. Холимог бүрэлдэхүүн хэсгүүд харилцан үйлчлэхэд тунадас уусаж, уусмал нь гүн цэнхэр өнгөтэй болж хувирдаг - зэс гликолат (2) үүссэний үр дүнд.
Полимержих
Этилен гликолын химийн шинж чанар нь уусгагч үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой. Дээр дурдсан бодисын молекул хоорондын шингэн алдалт, өөрөөр хэлбэл гликолын хоёр молекул тус бүрээс усыг зайлуулж, тэдгээрийн дараагийн нэгдлээс (нэг гидроксил бүлэг бүрэн арилдаг, нөгөөгөөсөө зөвхөн устөрөгчийг зайлуулдаг) авах боломжтой болгодог. өвөрмөц органик уусгагч - диоксан нь өндөр хоруу чанартай хэдий ч органик химийн салбарт ихэвчлэн ашиглагддаг.
Гидрокси солилцоогалоген
Этилен гликол нь гидрогалын хүчлүүдтэй харилцан үйлчлэхэд гидроксил бүлгүүдийг харгалзах галогенээр солих нь ажиглагддаг. Орлуулах зэрэг нь урвалын хольц дахь галоген устөрөгчийн молийн концентрацаас хамаарна:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, энд X нь хлор эсвэл бром.
Этер авах
Этилен гликолыг азотын хүчил (тодорхой концентрацитай) ба нэг суурьт органик хүчил (формик, цууны, пропион, бутирик, валерик гэх мэт) -тэй урвалд оруулахад нарийн төвөгтэй ба үүний дагуу энгийн моноэфирүүд үүсдэг. Бусад тохиолдолд азотын хүчлийн концентраци нь гликол ди- ба тринитроэфир юм. Өгөгдсөн концентрацийн хүхрийн хүчлийг катализатор болгон ашигладаг.
Этилен гликолын хамгийн чухал деривативууд
Химийн энгийн урвал (дээр тайлбарласан) ашиглан олон атомт спиртээс гаргаж авч болох үнэ цэнэтэй бодисууд нь этилен гликолын эфир юм. Тухайлбал: монометил ба моноэтил, томъёо нь HO-CH2-CH2-O-CH3 ба HO-CH2-CH2-O-C2N5 тус тус. Химийн шинж чанарын хувьд тэдгээр нь гликолтой олон талаараа төстэй боловч бусад төрлийн нэгдлүүдийн нэгэн адил тэдгээр нь өөрсдөд нь өвөрмөц реактив шинж чанартай байдаг:
- Монометилэтилен гликол нь өнгөгүй шингэн боловч 124.6 хэмд буцалж буй жигшүүртэй үнэртэй, этанолд сайн уусдаг, бусадорганик уусгагч ба ус, гликолоос хамаагүй илүү дэгдэмхий, уснаас бага нягттай (0.965 г/см3).
- Диметилэтилен гликол нь мөн шингэн боловч үнэр багатай, нягт нь 0.935 г/см3, буцлах температур нь тэгээс дээш 134 градус, уусах чадвар нь ижил төстэй байдаг. өмнөх гомолог руу.
Этилен гликол моноэфир гэж нэрлэдэг целлюлозыг хэрэглэх нь нэлээд түгээмэл байдаг. Эдгээрийг органик нийлэгжилтэнд урвалж, уусгагч болгон ашигладаг. Тэдний физик шинж чанарыг мөн антифриз болон моторын тосонд зэврэлтээс хамгаалах, талстжилтын эсрэг нэмэлт болгон ашигладаг.
Бүтээгдэхүүний хүрээний хэрэглээний талбар ба үнэ
Ийм урвалжийг үйлдвэрлэх, борлуулах үйл ажиллагаа эрхэлдэг үйлдвэр, аж ахуйн нэгжүүдийн өртөг нь этилен гликол гэх мэт химийн нэгдлүүдийн нэг кг тутамд дунджаар 100 рубль орчим хэлбэлздэг. Үнэ нь тухайн бодисын цэвэр байдал болон зорилтот бүтээгдэхүүний хамгийн их хувь хэмжээнээс хамаарна.
Этилен гликолын хэрэглээ нь аль нэг хэсэгт хязгаарлагдахгүй. Тиймээс түүхий эд болгон органик уусгагч, хиймэл давирхай, утас, бага температурт хөлддөг шингэнийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Энэ нь автомашин, нисэх онгоц, эм зүй, цахилгаан, арьс шир, тамхи зэрэг олон салбарт оролцдог. Органик синтезийн ач холбогдол нь маргаангүй жинтэй юм.
Гликол гэдгийг санах нь чухалхүний эрүүл мэндэд нөхөж баршгүй хор хөнөөл учруулж болзошгүй хорт нэгдэл. Тиймээс савыг зэврэлтээс хамгаалдаг заавал дотоод давхаргатай хөнгөн цагаан эсвэл гангаар хийсэн битүүмжилсэн саванд зөвхөн босоо байрлалд, халаалтын системээр тоноглогдоогүй, агааржуулалт сайтай өрөөнд хадгална. Хугацаа - таван жилээс илүүгүй.
