De har den generelle formel CnH2n(OH)2. Den enkleste glycol er ethylenglycol HO-CH 2 -CH 2 -OH.
Nomenklatur
Navnene på glykoler er afledt af navnene på de tilsvarende kulbrinter med suffikserne -diol eller -glycol:
H O - CH 2 - CH H 2 - O H (\displaystyle (\mathsf (HO(\text(-))CH_(2)(\text(-))CH_(2)(\text(-))OH)))- 1,2-ethandiol, ethylenglycol
H O - CH 2 - CH H 2 - CH 2 - O H (\displaystyle (\mathsf (HO(\tekst(-))CH_(2)(\tekst(-))CH_(2)(\tekst(-))CH_ (2)(\tekst(-))OH)))- 1,3-propandiol, 1,3-propylenglycol
Fysiske og kemiske egenskaber
Lavere glykoler er farveløse, gennemsigtige væsker med en sødlig smag. Vandfrie glykoler er hygroskopiske. På grund af tilstedeværelsen af to polære OH-grupper i glycolmolekyler har de høj viskositet, tæthed, smelte- og kogepunkter.
Lavere glykoler er meget opløselige i vand og organiske opløsningsmidler (alkoholer, ketoner, syrer og aminer). Samtidig er glykoler i sig selv gode opløsningsmidler for mange stoffer med undtagelse af aromatiske og højere mættede kulbrinter
Glykoler har alle alkoholers egenskaber (danner alkoholater, ethere og estere), mens hydroxylgrupperne reagerer uafhængigt af hinanden og danner en blanding af produkter.
Med aldehyder og ketoner danner glycoler 1,3-dioxolaner og 1,3-dioxaner.
Kvittering og brug
Glykoler syntetiseres på flere hovedmåder:
- hydrolyse af de tilsvarende dichloralkaner
- oxidation af alkener med kaliumpermanganat:
- hydrering af oxiraner (epoxider)
Glykoler tjener som opløsningsmidler og blødgørere. Ethylenglycol og propylenglycol bruges som frostvæske og hydraulikvæsker. På grund af deres høje kogepunkt (for eksempel 285°C for triethylenglycol) har glykoler fundet anvendelse som bremsevæske. Glykoler bruges til at fremstille forskellige estere, polyurethaner osv.
Individuelle repræsentanter
methanol(methyl, træsprit) er en farveløs væske med en svag alkoholisk lugt. Store mængder af det bruges til fremstilling af formaldehyd, myresyre, methyl- og dimethylanilin, methylaminer og mange farvestoffer, lægemidler og duftstoffer. Methanol er et godt opløsningsmiddel, så det er meget udbredt i maling- og lakindustrien samt i olieindustrien ved oprensning af benzin fra mercaptaner og ved isolering af toluen ved azeotrop rektifikation.
Ethanol(ethyl, vinalkohol) er en farveløs væske med en karakteristisk alkoholisk lugt. Ethylalkohol bruges i store mængder til fremstilling af divinyl (forarbejdet til syntetiske gummier), diethylether, chloroform, chloral, højrent ethylen, ethylacetat og andre estere, der anvendes som opløsningsmidler til fernis og duftstoffer (frugtessenser). Som opløsningsmiddel anvendes ethylalkohol i vid udstrækning til fremstilling af lægemidler, duftstoffer, farvestoffer og andre stoffer. Ethanol er et godt antiseptisk middel.
Propyl- og isopropylalkoholer. Disse alkoholer, såvel som deres estere, anvendes som opløsningsmidler. I nogle tilfælde erstatter de ethylalkohol. Isopropylalkohol bruges til at fremstille acetone.
Butyl alkohol og dets estere bruges i store mængder som opløsningsmidler til fernis og harpiks
Isobutylalkohol bruges til fremstilling af isobutylen, isobutyraldehyd, isosmørsyre og også som opløsningsmiddel.
Primære amyl- og isoamylalkoholer udgør hovedparten af fuselolie (biprodukter ved fremstilling af ethylalkohol fra kartofler eller korn). Amylalkoholer og deres estere er gode opløsningsmidler. Isoamylacetat (pæreessens) bruges til fremstilling af læskedrikke og nogle konfektureprodukter.
Foredrag nr. 15.Polyvalente alkoholer
Polyvalente alkoholer. Klassifikation. Isomerisme. Nomenklatur. Divalente alkoholer (glykoler). Trivalente alkoholer. Glycerol. Syntese fra fedtstoffer og propylen. Anvendelse af glycol og glycerin i industrien.
To hydroxylgrupper kan ikke være placeret på et carbonatom, sådanne forbindelser mister let vand og bliver til aldehyder eller ketoner:
Denne ejendom er typisk for alle hæm-dioler. Bæredygtighed hæm-dioler stiger i nærvær af elektrontiltrækkende substituenter. Et eksempel på bæredygtighed hæm-diol er chloralhydrat.
Alkoholer, hvis molekyler indeholder to hydroxylgrupper, kaldes divalente eller glykoler. Den generelle formel for divalente alkoholer er C n H 2n (OH) 2. Diatomiske alkoholer danner en homolog serie, som let kan skrives ved hjælp af den homologe serie af mættede carbonhydrider, der erstatter to hydrogenatomer i deres molekyle med hydroxylgrupper.
Den første og vigtigste repræsentant for divalente alkoholer er ethylenglycol HOCH 2 -CH 2 OH (kp. = 197 o C). Frostvæske er lavet af det.
Glykoler er stabile i hvis molekyler hydroxylgrupperne er placeret nær forskellige carbonatomer. Hvis to hydroxylgrupper er placeret i nærheden af et carbonatom, er sådanne divalente alkoholer ustabile, nedbrydes let, fjerner vand på grund af hydroxylgrupper og bliver til aldehyder eller ketoner:
keton
NOMENKLATUR
Afhængigt af den relative position af hydroxylgrupperne skelnes α-glycoler (deres hydroxylgrupper er placeret i nærheden af nabocarbonatomer, som er placeret i nærheden, i position 1,2), β-glycoler (deres OH-grupper er placeret i position 1 ,3), γ-glycoler (OH-grupper - i position 1,4), δ-glycoler (OH-grupper - i position 1,5) osv.
For eksempel: α-glycol - CH 2 OH-CHOH-CH 2 - CH 3
β-glycol - CH2OH-CH2-CHOH-CH3
y-glycol - CH2OH-CH2-CH2-CH2OH
Ifølge rationel nomenklatur er navnet α-glykoler dannet af navnet på det tilsvarende ethylencarbonhydrid, hvortil ordet glycol er tilføjet. For eksempel ethylenglycol, propylenglycol osv.
Ifølge systematisk nomenklatur er navnet på glykoler dannet af navnet på en mættet kulbrinte, hvortil suffikset -diol er tilføjet, hvilket angiver antallet af kulstofatomer. I nærheden af hvilken der er hydroxylgrupper. For eksempel er ethylenglycol CH2-OH-CH2OH ifølge IUPAC-nomenklaturen ethandiol-1,2, og propylenglycol CH3-CHOH-CH2OH er propandiol-1,2.
ISOMERI
Isomerismen af divalente alkoholer afhænger af strukturen af carbonkæden:
hydroxylgruppernes positioner i alkoholmolekylet, for eksempel propandiol-1,2 og propandiol-1,3.
OPNÅELSESMETODER
Glykoler kan opnås ved følgende metoder:
1. Hydrolyse af dihalogenderivater af mættede kulbrinter:
2. Hydrolyse af halogenalkoholer:
3. Oxidation af ethylencarbonhydrider med kaliumpermanganat eller permasyre:
4.Hydrering af α-oxider:
5.Bimolekylær reduktion af carbonylforbindelser:
KEMISKE EGENSKABER
De kemiske egenskaber af glykoler ligner egenskaberne af monovalente alkoholer og bestemmes af tilstedeværelsen af to hydroxylgrupper i deres molekyler. Desuden kan en eller begge hydroxylgrupper deltage i reaktionerne. Men på grund af den gensidige påvirkning af en hydroxylgruppe på en anden (især i α-glycoler), er syre-base egenskaberne af glycoler noget forskellige fra de lignende egenskaber af monovalente alkoholer. På grund af det faktum, at hydroxyl udviser en negativ induktiv effekt, trækker en hydroxylgruppe elektrontæthed fra en anden på en lignende måde, som halogenatomet gør i molekylerne af substituerede monovalente alkoholer. Som et resultat af denne påvirkning øges de sure egenskaber af divalente alkoholer sammenlignet med monovalente:
H-O CH 2 CH 2 O N
Derfor reagerer glykoler, i modsætning til monovalente alkoholer, let ikke kun med alkalimetaller, men også med alkalier og endda med hydroxider af tungmetaller. Med alkalimetaller og alkalier danner glykoler komplette og ufuldstændige alkoholater (glykolater):
Med hydroxider af nogle tungmetaller, for eksempel kobberhydroxid, danner glykoler komplekse glykolater. I dette tilfælde opløses Cu(OH) 2, som er uopløseligt i vand, let i glykol:
Kobber i dette kompleks danner to kovalente bindinger og to koordinationsbindinger med oxygenatomer. Reaktionen er kvalitativ for divalente alkoholer.
Glykoler kan danne komplette og partielle ethere og estere. Når et partielt alkalimetalglycolat reagerer med alkylhalogenider, opnås således partielle ethere, og fra et komplet glycolat opnås en komplet ether:
Methyl- og ethylcellosolver anvendes som opløsningsmiddel ved fremstilling af lak, røgfrit pulver (pyroxylin), acetatsilke mv.
Med organiske og mineralske syrer danner divalente alkoholer to serier af estere:
Ethylenglycolmononitrat Ethylenglycoldinitrat
Ethylenglycoldinitrat er et kraftigt sprængstof, der bruges i stedet for nitroglycerin.
Oxidationen af glycoler udføres trinvis med deltagelse af en eller begge hydroxylgrupper samtidigt med dannelsen af følgende produkter:
Divalente alkoholer gennemgår en dehydreringsreaktion. Desuden fjerner α-, β- og γ-glycoler, afhængigt af reaktionsbetingelserne, vand på forskellige måder. Eliminering af vand fra glykoler kan udføres intra- og intermolekylært. For eksempel:
Intramolekylær eliminering af vand:
|
Intermolekylær eliminering af vand.
I 1906 opnåede A.E. Favorsky, der destillerede ethylenglycol med svovlsyre, en cyklisk ether-dioxan:
Dioxan er en væske, der koger ved 101 o C, blandes med vand i ethvert forhold, bruges som opløsningsmiddel og som mellemprodukt i nogle synteser.
Under den intermolekylære eliminering af vand fra glycoler kan der dannes hydroxyestere (alkoholestere), såsom diethylenglycol:
Diethylenglycol
Diethylenglycol opnås også ved at omsætte ethylenglycol med ethylenoxid:
Diethylenglycol er en væske med et kogepunkt på 245,5 o C; bruges som opløsningsmiddel, til påfyldning af hydrauliske anordninger, og også i tekstilindustrien.
Dimethylether af diethylenglycol (diglym) H3C-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3 har fundet bred anvendelse som et godt opløsningsmiddel.
Ethylenglycol danner, når det opvarmes med ethylenoxid i nærværelse af katalysatorer, viskøse væsker - polyethylenglycoler:
Polyethylenglycol
Polyglykoler bruges som komponenter i forskellige syntetiske vaskemidler.
Polyestere af ethylenglycol med dibasiske syrer er meget udbredt, som bruges til fremstilling af syntetiske fibre, for eksempel lavsan (navnet "lavsan" er dannet af begyndelsesbogstaverne i følgende ord - Laboratory of Macromolecular Compounds of the Academy of Sciences ):
Med methanol danner terephthalsyre dimethylether (dimethylterephthalat, kogepunkt = 140 o C), som derefter omdannes til ethylenglycolterephthalat ved transesterificering. Polykondensering af ethylenglycolterephthalat producerer polyethylenterephthalat med en molekylvægt på 15.000-20.000. Dacron fiber rynker ikke og er modstandsdygtig overfor forskellige vejrforhold.
Derivater af kulbrinter, hvis molekyler indeholder en eller flere hydroxylgrupper OH.
Alle alkoholer er opdelt i monoatomisk Og polyatomisk
Monohydriske alkoholer
Monohydriske alkoholer- alkoholer, der har en hydroxylgruppe.
Der er primære, sekundære og tertiære alkoholer:
U primære alkoholer hydroxylgruppen er placeret ved det første carbonatom, det sekundære carbonatom er ved det andet osv.
Alkoholers egenskaber, som er isomere, ligner hinanden på mange måder, men de opfører sig anderledes i nogle reaktioner.
Ved at sammenligne den relative molekylmasse af alkoholer (Mr) med de relative atommasser af kulbrinter, kan det bemærkes, at alkoholer har et højere kogepunkt. Dette forklares ved tilstedeværelsen af en hydrogenbinding mellem H-atomet i OH-gruppen af et molekyle og O-atomet i -OH-gruppen af et andet molekyle.
Når alkohol opløses i vand, dannes der hydrogenbindinger mellem alkohol- og vandmolekylerne. Dette forklarer faldet i opløsningens volumen (det vil altid være mindre end summen af mængderne af vand og alkohol separat).
Den mest fremtrædende repræsentant for kemiske forbindelser af denne klasse er ethanol. Dens kemiske formel er C 2 H 5 -OH. Koncentreret ethanol(aka - vin spiritus eller ethanol) opnås fra fortyndede opløsninger ved destillation; Det virker berusende, og i store doser er det en stærk gift, der ødelægger levende levervæv og hjerneceller.
Myrealkohol (methyl) Det skal bemærkes, at ethanol nyttigt som opløsningsmiddel, konserveringsmiddel og et middel til at sænke frysepunktet for ethvert lægemiddel. En anden lige så berømt repræsentant for denne klasse er methylalkohol(det kaldes også - træagtig eller methanol). I modsætning til ethanol methanol dødbringende selv i de mindste doser! Først forårsager det blindhed, så "dræber" det simpelthen!
Polyvalente alkoholer
Polyvalente alkoholer- alkoholer med flere OH-hydroxylgrupper.
Divalente alkoholer hedder alkoholer indeholdende to hydroxylgrupper (OH-gruppe); alkoholer indeholdende tre hydroxylgrupper - trivalente alkoholer. I deres molekyler er to eller tre hydroxylgrupper aldrig bundet til det samme kulstofatom.
Polyvalent alkohol - glycerin Divalente alkoholer også kaldet glykoler, da de har en sød smag - dette er typisk for alle polyvalente alkoholer
Polyvalente alkoholer med et lille antal kulstofatomer - disse er tyktflydende væsker, højere alkoholer- faste stoffer. Polyvalente alkoholer kan opnås ved samme syntetiske metoder som mættede polyvalente alkoholer.
Tilberedning af alkoholer
1. At opnå ethylalkohol(eller vinalkohol) ved gæring af kulhydrater:
C2H12O6 => C2H5-OH + CO2
Essensen af gæring er, at et af de enkleste sukkerarter - glucose, fremstillet teknisk af stivelse, under påvirkning af gærsvampe, nedbrydes til ethylalkohol og kuldioxid. Det er blevet fastslået, at fermenteringsprocessen ikke er forårsaget af mikroorganismerne selv, men af de stoffer, de udskiller - zymaser. For at opnå ethylalkohol bruges sædvanligvis vegetabilske råvarer rige på stivelse: kartoffelknolde, brødkorn, riskorn mv.
2. Hydrering af ethylen i nærværelse af svovl- eller phosphorsyre
CH2=CH2 + KOH => C2H5-OH
3. Når haloalkaner reagerer med alkali:
4. Under oxidation af alkener
5. Hydrolyse af fedtstoffer: i denne reaktion opnås den velkendte alkohol - glycerol
I øvrigt, glycerol Det er inkluderet i mange kosmetiske produkter som et konserveringsmiddel og som et middel til at forhindre frysning og udtørring!
Alkoholers egenskaber
1) Forbrænding: Som de fleste organiske stoffer brænder alkoholer og danner kuldioxid og vand:
C2H5-OH + 3O2 -->2CO2 + 3H2O
Når de brænder, frigives der meget varme, som ofte bruges i laboratorier (laboratoriebrændere). Lavere alkoholer brænder med en næsten farveløs flamme, mens højere alkoholer har en gullig flamme på grund af ufuldstændig forbrænding af kulstof.
2) Reaktion med alkalimetaller
C2H5-OH + 2Na --> 2C2H5-ONa + H2
Denne reaktion frigiver brint og producerer alkoholat natrium Alkoholer De ligner salte af en meget svag syre, og de hydrolyseres også let. Alkoholer er ekstremt ustabile, og når de udsættes for vand, nedbrydes de til alkohol og alkali. Heraf følger, at monovalente alkoholer ikke reagerer med alkalier!
3) Reaktion med hydrogenhalogenid
C2H5-OH + HBr --> CH3-CH2-Br + H2O
Denne reaktion producerer en haloalkan (bromethan og vand). Denne kemiske reaktion af alkoholer forårsages ikke kun af hydrogenatomet i hydroxylgruppen, men af hele hydroxylgruppen! Men denne reaktion er reversibel: for at den kan forekomme, skal du bruge et vandfjernende middel, såsom svovlsyre.
4) Intramolekylær dehydrering (i nærvær af katalysator H 2 SO 4)
I denne reaktion sker under påvirkning af koncentreret svovlsyre og opvarmning. Under reaktionen dannes umættede kulbrinter og vand.
Abstraktionen af et brintatom fra en alkohol kan ske i dets eget molekyle (det vil sige, at der sker en omfordeling af atomer i molekylet). Denne reaktion er intermolekylær dehydreringsreaktion. For eksempel sådan her:
Under reaktionen dannes ether og vand.
Tilføjer man en carboxylsyre, såsom eddikesyre, til en alkohol, dannes der en æter. Men estere er mindre stabile end ethere. Hvis reaktionen af dannelsen af en ether er næsten irreversibel, så er dannelsen af en ester en reversibel proces. Estere gennemgår let hydrolyse og nedbrydes til alkohol og carboxylsyre.
6) Oxidation af alkoholer.
Alkoholer oxideres ikke af atmosfærisk oxygen ved almindelige temperaturer, men når de opvarmes i nærvær af katalysatorer, sker der oxidation. Et eksempel er kobberoxid (CuO), kaliumpermanganat (KMnO 4), chromblanding. Virkningen af oxidationsmidler producerer forskellige produkter og afhænger af strukturen af den originale alkohol. Således omdannes primære alkoholer til aldehyder (reaktion A), sekundære alkoholer omdannes til ketoner (reaktion B), og tertiære alkoholer er resistente over for oxidationsmidler.
Vedrørende polyvalente alkoholer, de har en sødlig smag, men nogle af dem er giftige. Egenskaber af polyvalente alkoholer svarende til monovalente alkoholer, mens forskellen er, at reaktionen ikke forløber én ad gangen til hydroxylgruppen, men flere på én gang.
En af de vigtigste forskelle er polyvalente alkoholer reagerer let med kobberhydroxid. Dette giver en gennemsigtig opløsning med en lys blå-violet farve. Det er denne reaktion, der kan detektere tilstedeværelsen af en polyvalent alkohol i enhver opløsning.
Interagere med salpetersyre:
Ud fra et praktisk anvendelsessynspunkt er reaktionen med salpetersyre af største interesse. Opstår nitroglycerin Og dinitroethylenglycol bruges som sprængstof og trinitroglycerin- også inden for medicin, som vasodilator.
Ethylenglycol
Ethylenglycol- typisk repræsentant polyvalente alkoholer. Dens kemiske formel er CH 2 OH - CH 2 OH. - divalent alkohol. Dette er en sød væske, der kan opløses perfekt i vand i alle proportioner. Kemiske reaktioner kan involvere enten en hydroxylgruppe (-OH) eller to samtidigt.
Ethylenglycol- dets opløsninger er meget udbredt som anti-isningsmiddel ( frostvæske). Ethylenglycol opløsning fryser ved en temperatur på -34 0 C, som i den kolde årstid kan erstatte vand, for eksempel til køling af biler.
Med alle fordelene ethylenglycol Det skal tages i betragtning, at dette er en meget stærk gift!
Vi har alle set glycerol. Det sælges på apoteker i mørke hætteglas og er en tyktflydende, farveløs væske med en sødlig smag. - Det her trivalent alkohol. Det er meget opløseligt i vand og koger ved en temperatur på 220 0 C.
De kemiske egenskaber af glycerin ligner på mange måder egenskaberne for monovalente alkoholer, men glycerin kan reagere med metalhydroxider (f.eks. kobberhydroxid Cu(OH) 2), hvilket resulterer i dannelsen af metalglycerater - kemiske forbindelser svarende til salte .
Reaktionen med kobberhydroxid er typisk for glycerin. Den kemiske reaktion giver en klar blå opløsning kobberglycerat
Emulgatorer
Emulgatorer- Det her højere alkoholer estere og andre komplekse kemikalier, der, når de blandes med andre stoffer, såsom fedtstoffer, danner stabile emulsioner. Alt kosmetik er i øvrigt også emulsioner! Stoffer, der er kunstige voksarter (pentol, sorbitanoleat), samt triethanolamin og lecithin bruges ofte som emulgatorer.
Opløsningsmidler
Opløsningsmidler- Det er stoffer, der hovedsageligt bruges til fremstilling af hår og neglelak. De præsenteres i et lille udvalg, da de fleste af disse stoffer er meget brandfarlige og skadelige for den menneskelige krop. Den mest almindelige repræsentant opløsningsmidler er acetone samt amylacetat, butylacetat, isobutylat.
Der er også stoffer kaldet fortyndere. De bruges hovedsageligt sammen med opløsningsmidler til fremstilling af forskellige lakker..
De mest kendte og anvendte stoffer i menneskelivet og i industrien, der tilhører kategorien polyvalente alkoholer, er ethylenglycol og glycerin. Deres forskning og brug begyndte for flere århundreder siden, men deres egenskaber er stort set uforlignelige og unikke, hvilket gør dem uundværlige den dag i dag. Polyvalente alkoholer bruges i mange kemiske synteser, industrier og områder med menneskelig aktivitet.
Første "bekendtskab" med ethylenglycol og glycerin: produktionshistorie
I 1859, gennem en to-trins proces med at reagere dibromethan med sølvacetat og efterfølgende behandling af ethylenglycoldiacetat opnået i den første reaktion med kaliumhydroxid, syntetiserede Charles Wurtz ethylenglycol for første gang. Nogen tid senere blev der udviklet en metode til direkte hydrolyse af dibromethan, men i industriel skala i begyndelsen af det tyvende århundrede blev divalent alkohol 1,2-dioxyethan, også kendt som monoethylenglycol, eller blot glycol, opnået i USA ved hydrolyse af ethylenchlorhydrin.
I dag anvendes både i industrien og i laboratoriet en række andre metoder, nye, mere økonomiske ud fra et råvare- og energisynspunkt og miljøvenlige, da brugen af reagenser, der indeholder eller afgiver klor, toksiner, kræftfremkaldende stoffer og andre farlige for miljøet og menneskers stoffer, falder, efterhånden som "grøn" kemi udvikles.
Glycerin blev opdaget af farmaceut Karl Wilhelm Scheele i 1779, og sammensætningen af forbindelsen blev undersøgt af Théophile Jules Pelouz i 1836. To årtier senere blev strukturen af molekylet af denne trivalente alkohol etableret og underbygget i Pierre Eugene Marcel Verthelots og Charles Wurtz's værker. Endelig, yderligere tyve år senere, udførte Charles Friedel den fuldstændige syntese af glycerol. I øjeblikket bruger industrien to metoder til sin produktion: gennem allylchlorid fra propylen og også gennem acrolein. De kemiske egenskaber af ethylenglycol, ligesom glycerin, er meget udbredt i forskellige områder af kemisk produktion.
Forbindelsens struktur og struktur
Molekylet er baseret på det umættede kulbrinteskelet af ethylen, bestående af to kulstofatomer, hvori dobbeltbindingen er blevet brudt. To hydroxylgrupper blev tilføjet til de forladte valenssteder på carbonatomerne. Formlen for ethylen er C 2 H 4, efter at have brudt tapbindingen og tilføjet hydroxylgrupper (gennem flere trin) ser det ud som C 2 H 4 (OH) 2. Dette er ethylenglycol.
Ethylenmolekylet har en lineær struktur, mens en divalent alkohol har en slags trans-konfiguration i placeringen af hydroxylgrupper i forhold til kulstofrygraden og til hinanden (dette udtryk gælder fuldt ud positionen af den relative multipelbinding). En sådan dislokation svarer til den fjerneste placering af hydrogener fra de funktionelle grupper, lavere energi og derfor maksimal stabilitet af systemet. Kort sagt, en OH-gruppe "kigger" op, og den anden ser ned. Samtidig er forbindelser med to hydroxyler ustabile: med et carbonatom, når de dannes i reaktionsblandingen, dehydrerer de straks og bliver til aldehyder.
Klassifikation
Ethylenglycols kemiske egenskaber bestemmes af dets oprindelse fra gruppen af polyvalente alkoholer, nemlig undergruppen af dioler, det vil sige forbindelser med to hydroxylfragmenter ved tilstødende carbonatomer. Et stof, der også indeholder flere OH-substituenter, er glycerol. Det har tre funktionelle alkoholgrupper og er den mest almindelige repræsentant for sin underklasse.
Mange forbindelser af denne klasse opnås også og bruges i kemisk produktion til forskellige synteser og andre formål, men brugen af ethylenglycol har en mere seriøs skala og er involveret i næsten alle industrier. Dette spørgsmål vil blive diskuteret mere detaljeret nedenfor.
fysiske egenskaber
Brugen af ethylenglycol forklares ved tilstedeværelsen af en række egenskaber, der er iboende i polyvalente alkoholer. Disse er karakteristiske træk, der kun er karakteristiske for denne klasse af organiske forbindelser.
Den vigtigste af egenskaberne er den ubegrænsede evne til at blande med H 2 O. Vand + ethylenglycol giver en opløsning med en unik egenskab: dens frysepunkt, afhængigt af koncentrationen af diolen, er 70 grader lavere end den rene. destillat. Det er vigtigt at bemærke, at denne afhængighed er ikke-lineær, og når et vist kvantitativt indhold af glykol er nået, begynder den modsatte effekt - frysetemperaturen stiger med stigende procentdel af det opløselige stof. Denne funktion har fundet anvendelse i produktionen af forskellige frostvæsker, "anti-frost" væsker, som krystalliserer ved ekstremt lave termiske egenskaber i miljøet.
Undtagen i vand forløber opløsningsprocessen godt i alkohol og acetone, men observeres ikke i paraffiner, benzener, ethere og carbontetrachlorid. I modsætning til sin alifatiske forfader - et gasformigt stof som ethylen, er ethylenglycol en siruplignende, gennemsigtig væske med en let gul nuance, sødlig i smagen, med en ukarakteristisk lugt, praktisk talt ikke-flygtig. Nedfrysning af hundrede procent ethylenglycol sker ved - 12,6 grader Celsius og kogning ved +197,8. Under normale forhold er densiteten 1,11 g/cm3.
Kvitteringsmetoder
Ethylenglycol kan opnås på flere måder, nogle af dem har i dag kun historisk eller præparativ betydning, mens andre bruges aktivt af mennesker i industriel skala og videre. I kronologisk rækkefølge vil vi overveje de vigtigste.
Den første metode til fremstilling af ethylenglycol ud fra dibromethan er allerede blevet beskrevet ovenfor. Formlen for ethylen, hvis dobbeltbinding er brudt, og de frie valenser er optaget af halogener, hovedudgangsmaterialet i denne reaktion, indeholder udover carbon og hydrogen to bromatomer. Dannelsen af en mellemforbindelse i det første trin af processen er mulig netop på grund af deres eliminering, dvs. erstatning med acetatgrupper, som ved yderligere hydrolyse omdannes til alkoholgrupper.
I processen med videreudvikling af videnskaben blev det muligt at opnå ethylenglycol ved direkte hydrolyse af ethaner substitueret med to halogener ved tilstødende carbonatomer ved hjælp af vandige opløsninger af metalcarbonater fra den alkaliske gruppe eller (et mindre miljøvenligt reagens) H 2 O og blydioxid. Reaktionen er ret "arbejdskrævende" og forekommer kun ved væsentligt forhøjede temperaturer og tryk, men det forhindrede ikke tyskerne i at bruge denne metode under verdenskrigene til at fremstille ethylenglycol i industriel skala.
Fremgangsmåden til fremstilling af ethylenglycol fra ethylenchlorhydrin ved hydrolyse med kulsyresalte af alkalimetaller spillede også en rolle i udviklingen af organisk kemi. Når reaktionstemperaturen steg til 170 grader, nåede udbyttet af målproduktet 90%. Men der var en betydelig ulempe - glykolen skulle på en eller anden måde ekstraheres fra saltopløsningen, hvilket direkte involverede en række vanskeligheder. Forskere løste dette problem ved at udvikle en metode, der bruger det samme udgangsmateriale, men deler processen op i to faser.
Hydrolysen af ethylenglycolacetater, som tidligere var det sidste trin i Wurtz-metoden, blev en separat metode, da det lykkedes at opnå udgangsreagenset ved oxidation af ethylen i eddikesyre med oxygen, det vil sige uden brug af dyre og helt ikke- miljømæssige halogenforbindelser.
Der er også mange kendte metoder til fremstilling af ethylenglycol ved at oxidere ethylen med hydroperoxider, peroxider, organiske persyrer i nærværelse af katalysatorer (osmiumforbindelser) osv. Der findes også elektrokemiske og strålingskemiske metoder.
Karakteristika for generelle kemiske egenskaber
De kemiske egenskaber af ethylenglycol er bestemt af dets funktionelle grupper. Reaktionerne kan involvere én hydroxylsubstituent eller begge, afhængigt af procesbetingelserne. Den største forskel i reaktivitet er, at på grund af tilstedeværelsen af flere hydroxyler i en polyvalent alkohol og deres gensidige indflydelse, er de stærkere end deres monovalente "brødre". Derfor er produkterne i reaktioner med alkalier salte (for glycol - glycolater, for glycerol - glycerater).
De kemiske egenskaber af ethylenglycol, såvel som glycerin, omfatter alle reaktioner af monovalente alkoholer. Glykol giver komplette og partielle estere i reaktioner med monobasiske syrer, henholdsvis glykolater dannes med alkalimetaller, og i en kemisk proces med stærke syrer eller deres salte frigives eddikesyrealdehyd - på grund af eliminering af et brintatom fra molekyle.
Reaktioner med aktive metaller
Interaktionen af ethylenglycol med aktive metaller (står efter brint i den kemiske spændingsserie) ved forhøjede temperaturer producerer ethylenglycolat af det tilsvarende metal, plus brint frigives.
C 2 H 4 (OH) 2 + X → C 2 H 4 O 2 X, hvor X er et aktivt divalent metal.
for ethylenglycol
Du kan skelne en polyvalent alkohol fra enhver anden væske ved hjælp af en visuel reaktion, der kun er karakteristisk for denne klasse af forbindelser. For at gøre dette hældes frisk udfældet alkohol (2), som har en karakteristisk blå farvetone, i en farveløs opløsning af alkohol. Når blandede komponenter interagerer, opløses bundfaldet, og opløsningen bliver dybblå - som følge af dannelsen af kobberglykolat (2).
Polymerisation
Ethylenglycols kemiske egenskaber er af stor betydning for fremstillingen af opløsningsmidler. Intermolekylær dehydrering af det nævnte stof, det vil sige elimineringen af vand fra hvert af de to glykolmolekyler og deres efterfølgende association (den ene hydroxylgruppe er fuldstændig elimineret, og kun hydrogen forlader den anden), gør det muligt at opnå et unikt organisk opløsningsmiddel - dioxan, som ofte bruges i organisk kemi på trods af dets høje toksicitet.
Udskiftning af hydroxyl til halogen
Når ethylenglycol interagerer med hydrohalogensyrer, observeres udskiftning af hydroxylgrupper med det tilsvarende halogen. Substitutionsgraden afhænger af den molære koncentration af hydrogenhalogenid i reaktionsblandingen:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2-CH2-X, hvor X er chlor eller brom.
At opnå ethere
I reaktionerne af ethylenglycol med salpetersyre (af en vis koncentration) og monobasiske organiske syrer (myresyre, eddikesyre, propionsyre, smørsyre, baldrian osv.) forekommer dannelsen af komplekse og følgelig simple monoestere. I andre tilfælde er koncentrationen af salpetersyre di- og trinitroestere af glycol. Svovlsyre af en given koncentration anvendes som katalysator.
De vigtigste derivater af ethylenglycol
Værdifulde stoffer, der kan opnås fra polyvalente alkoholer ved brug af simple (beskrevet ovenfor) er ethylenglycolethere. Nemlig: monomethyl og monoethyl, hvis formler er henholdsvis HO-CH2-CH2-O-CH3 og HO-CH2-CH2-O-C2H5. Deres kemiske egenskaber ligner på mange måder glykoler, men ligesom enhver anden klasse af forbindelser har de unikke reaktionsegenskaber, der er unikke for dem:
- Monomethylethylenglycol er en farveløs væske, men med en karakteristisk modbydelig lugt, kogende ved 124,6 grader Celsius, meget opløselig i ethanol, andre organiske opløsningsmidler og vand, meget mere flygtig end glycol og med en densitet lavere end vands (ca. 0,965 g) /cm3).
- Dimethylethylenglycol er også en væske, men med en mindre karakteristisk lugt, en massefylde på 0,935 g/cm 3, et kogepunkt på 134 grader over nul og en opløselighed sammenlignelig med den tidligere homolog.
Brugen af cellosolver, som ethylenglycolmonoestere generelt kaldes, er ret almindelig. De bruges som reagenser og opløsningsmidler i organisk syntese. De bruges også til anti-korrosions- og anti-krystallisationsadditiver i frostvæske og motorolier.
Produktsortimentets anvendelsesområder og prispolitik
Omkostningerne på fabrikker og virksomheder involveret i produktion og salg af sådanne reagenser svinger i gennemsnit omkring 100 rubler pr. kilogram af en kemisk forbindelse såsom ethylenglycol. Prisen afhænger af stoffets renhed og den maksimale procentdel af målproduktet.
Anvendelsen af ethylenglycol er ikke begrænset til et enkelt område. Det bruges således som råmateriale til fremstilling af organiske opløsningsmidler, kunstige harpikser og fibre og væsker, der fryser ved minusgrader. Det er involveret i mange industrielle sektorer såsom biler, luftfart, farmaceutiske, elektriske, læder, tobak. Dens betydning for organisk syntese er unægtelig betydelig.
Det er vigtigt at huske, at glykol er en giftig forbindelse, der kan forårsage uoprettelig skade på menneskers sundhed. Derfor opbevares den i forseglede beholdere lavet af aluminium eller stål med et obligatorisk indre lag, der beskytter beholderen mod korrosion, kun i lodrette positioner og i rum, der ikke er udstyret med varmesystemer, men med god ventilation. Løbetiden er højst fem år.