ყველაზე ცნობილი და გამოყენებული ადამიანის ცხოვრებაში და ინდუსტრიაში ნივთიერებები, რომლებიც მიეკუთვნება პოლიჰიდრული ალკოჰოლების კატეგორიას, არის ეთილენგლიკოლი და გლიცერინი. მათი კვლევა და გამოყენება რამდენიმე საუკუნის წინ დაიწყო, მაგრამ ამ ორგანული ნაერთების თვისებები მრავალი თვალსაზრისით განუმეორებელი და უნიკალურია, რაც მათ დღემდე შეუცვლელს ხდის. პოლიჰიდრული სპირტები გამოიყენება ქიმიურ სინთეზში, მრეწველობასა და ადამიანის ცხოვრების ბევრ სფეროში.
პირველი "გაცნობა" ეთილენგლიკოლთან და გლიცერინთან: მოპოვების ისტორია
1859 წელს, დიბრომეთანის ვერცხლის აცეტატთან ურთიერთქმედების ორეტაპიანი პროცესის მეშვეობით და შემდეგ პირველი რეაქციის დროს მიღებული ეთილენგლიკოლის დიაცეტატის დამუშავებით კაუსტიკური კალიუმით, ჩარლზ ვურცმა პირველად მოახდინა ეთილენგლიკოლის სინთეზირება. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, შემუშავდა დიბრომეთანის პირდაპირი ჰიდროლიზის მეთოდი, მაგრამ სამრეწველო მასშტაბით, მეოცე საუკუნის დასაწყისში, დიჰიდრული სპირტი 1, 2-დიოქსიეთანი, ასევე ცნობილი როგორც მონოეთილენგლიკოლი, ან უბრალოდ გლიკოლი, აშშ-ში.მიღებული ეთილენქლოროჰიდრინის ჰიდროლიზით.
დღეს, როგორც მრეწველობაში, ასევე ლაბორატორიაში, გამოიყენება მრავალი სხვა მეთოდი, ახალი, ნედლეულისა და ენერგეტიკული თვალსაზრისით უფრო ეკონომიური და ეკოლოგიურად სუფთა, ვინაიდან ქლორის შემცველი ან გამომშვები რეაგენტების გამოყენება ხდება. ტოქსინები, კანცეროგენები და სხვა საშიში ნივთიერებები გარემოსთვის და ადამიანისთვის, მცირდება "მწვანე" ქიმიის განვითარებასთან ერთად.
გლიცერინი აღმოაჩინა ფარმაცევტმა კარლ ვილჰელმ შელემ 1779 წელს, ხოლო თეოფილ ჟიულ პელუზმა შეისწავლა ნაერთის შემადგენლობა 1836 წელს. ორი ათწლეულის შემდეგ, ამ ტრიჰიდრული ალკოჰოლის მოლეკულის სტრუქტურა დადგინდა და დადასტურდა პიერ ევგენი მარსელი ვერტელოტისა და ჩარლზ ვურცის ნაშრომებში. საბოლოოდ, ოცი წლის შემდეგ, ჩარლზ ფრიდელმა ჩაატარა გლიცეროლის სრული სინთეზი. ამჟამად, ინდუსტრია იყენებს ორ მეთოდს მისი წარმოებისთვის: ალილ ქლორიდის მეშვეობით პროპილენიდან და ასევე აკროლეინის მეშვეობით. ეთილენგლიკოლის ქიმიური თვისებები, ისევე როგორც გლიცერინი, ფართოდ გამოიყენება ქიმიური წარმოების სხვადასხვა სფეროში.
კავშირის სტრუქტურა და სტრუქტურა
მოლეკულა ეფუძნება ეთილენის უჯერი ნახშირწყალბადის ჩონჩხს, რომელიც შედგება ორი ნახშირბადის ატომისგან, რომელშიც გატეხილია ორმაგი ბმა. ორი ჰიდროქსილის ჯგუფი დაემატა ნახშირბადის ატომების გათავისუფლებულ ვალენტურ ადგილებს. ეთილენის ფორმულა არის C2H4, ამწის კავშირის გაწყვეტისა და ჰიდროქსილის ჯგუფების დამატების შემდეგ (რამდენიმე ეტაპის შემდეგ) გამოიყურება როგორც C.2N4(OH)2. სწორედ ეს არისეთილენგლიკოლი.
ეთილენის მოლეკულას აქვს წრფივი სტრუქტურა, ხოლო დიჰიდრიკულ სპირტს აქვს ერთგვარი ტრანს კონფიგურაცია ჰიდროქსილის ჯგუფების განლაგებაში ნახშირბადის ხერხემალთან და ერთმანეთთან მიმართებაში (ეს ტერმინი სრულად გამოიყენება პოზიციის მიმართ მრავალჯერადი ბმა). ასეთი დისლოკაცია შეესაბამება წყალბადების ყველაზე შორეულ მდებარეობას ფუნქციური ჯგუფებიდან, დაბალ ენერგიას და, შესაბამისად, სისტემის მაქსიმალურ სტაბილურობას. მარტივად რომ ვთქვათ, ერთი OH ჯგუფი იყურება ზევით, ხოლო მეორე იყურება ქვემოთ. ამავდროულად, ორი ჰიდროქსილის მქონე ნაერთები არასტაბილურია: ნახშირბადის ერთ ატომში, რომელიც წარმოიქმნება რეაქციულ ნარევში, ისინი მაშინვე დეჰიდრატირებულია, გადაიქცევა ალდეჰიდებად.
კლასიფიკაცია
ეთილენგლიკოლის ქიმიური თვისებები განისაზღვრება მისი წარმოშობით პოლიჰიდრიული სპირტების ჯგუფიდან, კერძოდ, დიოლების ქვეჯგუფიდან, ანუ ნაერთებით ორი ჰიდროქსილის ფრაგმენტით მეზობელ ნახშირბადის ატომებში. ნივთიერება, რომელიც ასევე შეიცავს რამდენიმე OH შემცვლელს, არის გლიცერინი. მას აქვს ალკოჰოლის სამი ფუნქციური ჯგუფი და მისი ქვეკლასის ყველაზე გავრცელებული წევრია.
ამ კლასის ბევრი ნაერთი ასევე მიიღება და გამოიყენება ქიმიურ წარმოებაში სხვადასხვა სინთეზისთვის და სხვა მიზნებისთვის, მაგრამ ეთილენგლიკოლის გამოყენება უფრო სერიოზული მასშტაბით არის და ჩართული თითქმის ყველა ინდუსტრიაში. ეს საკითხი უფრო დეტალურად იქნება განხილული ქვემოთ.
ფიზიკური მახასიათებლები
ეთილენგლიკოლის გამოყენება განპირობებულია რიგის არსებობითთვისებები, რომლებიც თან ახლავს პოლიჰიდრულ სპირტებს. ეს არის გამორჩეული თვისებები, რომლებიც დამახასიათებელია მხოლოდ ამ კლასის ორგანული ნაერთებისთვის.
თვისებიდან ყველაზე მნიშვნელოვანი არის H2O-სთან შერევის შეუზღუდავი შესაძლებლობა. წყალი + ეთილენგლიკოლი იძლევა ხსნარს უნიკალური მახასიათებლით: მისი გაყინვის წერტილი, დიოლის კონცენტრაციიდან გამომდინარე, 70 გრადუსით დაბალია, ვიდრე სუფთა დისტილატის. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ეს დამოკიდებულება არაწრფივია და გლიკოლის გარკვეული რაოდენობრივი შემცველობის მიღწევისას იწყება საპირისპირო ეფექტი - გაყინვის წერტილი იზრდება გახსნილი ნივთიერების პროცენტის მატებასთან ერთად. ამ ფუნქციამ იპოვა გამოყენება სხვადასხვა ანტიფრიზის, ყინვის საწინააღმდეგო სითხეების წარმოებაში, რომლებიც კრისტალიზდებიან გარემოს უკიდურესად დაბალ თერმულ მახასიათებლებზე.
გარდა წყლისა, დაშლის პროცესი კარგად მიმდინარეობს ალკოჰოლსა და აცეტონში, მაგრამ არ შეინიშნება პარაფინებში, ბენზოლებში, ეთერებსა და ნახშირბადის ტეტრაქლორიდში. განსხვავებით მისი ალიფატური წინაპრისგან - ისეთი აირისებრი ნივთიერებისგან, როგორიცაა ეთილენი, ეთილენგლიკოლი არის სიროფის მსგავსი, გამჭვირვალე სითხე, ოდნავ მოყვითალო ელფერით, ტკბილი გემოთი, არადამახასიათებელი სუნით, პრაქტიკულად არამდგრადი. 100% ეთილენგლიკოლის გაყინვა ხდება -12,6 გრადუს ცელსიუსზე, ხოლო დუღილი +197,8. ნორმალურ პირობებში სიმკვრივეა 1,11 გ/სმ3..
მიღების მეთოდები
ეთილენგლიკოლის მიღება შესაძლებელია რამდენიმე გზით, რომელთაგან ზოგიერთს დღეს მხოლოდ ისტორიული ან მოსამზადებელი მნიშვნელობა აქვს, ზოგი კიაქტიურად გამოიყენება ადამიანი სამრეწველო მასშტაბით და არა მარტო. ქრონოლოგიური თანმიმდევრობით გადავხედოთ ყველაზე მნიშვნელოვანს.
დიბრომეთანისგან ეთილენგლიკოლის მიღების პირველი მეთოდი უკვე აღწერილია ზემოთ. ეთილენის ფორმულა, რომლის ორმაგი ბმა დარღვეულია, ხოლო თავისუფალ ვალენტობებს იკავებს ჰალოგენები, ამ რეაქციაში მთავარ საწყის მასალას, ნახშირბადისა და წყალბადის გარდა, შემადგენლობაში აქვს ბრომის ორი ატომი. შუალედური ნაერთების წარმოქმნა პროცესის პირველ ეტაპზე შესაძლებელია სწორედ მათი აღმოფხვრის, ანუ აცეტატური ჯგუფებით ჩანაცვლების გამო, რომლებიც შემდგომი ჰიდროლიზის დროს გადაიქცევა ალკოჰოლად..
მეცნიერების შემდგომი განვითარების პროცესში შესაძლებელი გახდა ეთილენგლიკოლის მიღება მეზობელ ნახშირბადის ატომებზე ორი ჰალოგენით შემცვლელი ნებისმიერი ეთანის პირდაპირი ჰიდროლიზით, ლითონის კარბონატების წყალხსნარების გამოყენებით ტუტე ჯგუფიდან ან (ნაკლებად ეკოლოგიურად მეგობრული რეაგენტი) H2 ოჰ და ტყვიის დიოქსიდი. რეაქცია საკმაოდ „შრომატევადია“და მიმდინარეობს მხოლოდ საგრძნობლად ამაღლებულ ტემპერატურასა და წნევაზე, მაგრამ ამან ხელი არ შეუშალა გერმანელებს ამ მეთოდის გამოყენებაში მსოფლიო ომების დროს ეთილენგლიკოლის წარმოებაში ინდუსტრიული მასშტაბით..
ორგანული ქიმიის განვითარებაში თავისი როლი ითამაშა აგრეთვე ეთილენქლოროჰიდრინისგან ეთილენგლიკოლის მიღების მეთოდმა ტუტე ჯგუფის ლითონების ნახშირბადის მარილებით ჰიდროლიზით. რეაქციის ტემპერატურის 170 გრადუსამდე მატებით, სამიზნე პროდუქტის მოსავლიანობამ 90% მიაღწია. მაგრამ იყო მნიშვნელოვანი ნაკლი - გლიკოლი როგორმე უნდა ამოღებულიყო მარილის ხსნარიდან, რაც პირდაპირ კავშირშია.მთელი რიგი სირთულეები. მეცნიერებმა ეს საკითხი გადაჭრეს მეთოდის შემუშავებით ერთი და იგივე საწყისი მასალით, მაგრამ პროცესი ორ ეტაპად დაყვეს.
ეთილენ გლიკოლის აცეტატის ჰიდროლიზი, რომელიც იყო Wurtz მეთოდის ადრეული საბოლოო ეტაპი, გახდა ცალკე მეთოდი, როდესაც მათ მოახერხეს საწყისი რეაგენტის მიღება ძმარმჟავაში ეთილენის ჟანგბადით დაჟანგვით, ანუ ძვირადღირებული და გამოყენების გარეშე. სრულიად არაეკოლოგიური ჰალოგენური ნაერთები.
არსებობს აგრეთვე ეთილენგლიკოლის გამომუშავების მრავალი გზა ეთილენის დაჟანგვით ჰიდროპეროქსიდებით, პეროქსიდებით, ორგანული პერაციდებით კატალიზატორების (ოსმიუმის ნაერთების), კალიუმის ქლორატის და ა.შ. ასევე არსებობს ელექტროქიმიური და რადიაციულ-ქიმიური მეთოდები.
ზოგადი ქიმიური თვისებების დახასიათება
ეთილენგლიკოლის ქიმიური თვისებები განისაზღვრება მისი ფუნქციური ჯგუფებით. რეაქციები შეიძლება მოიცავდეს ერთ ჰიდროქსილის შემცვლელს ან ორივეს, პროცესის პირობებიდან გამომდინარე. რეაქტიულობის მთავარი განსხვავება მდგომარეობს იმაში, რომ პოლიჰიდრიკულ სპირტში რამდენიმე ჰიდროქსილის არსებობის და მათი ურთიერთგავლენის გამო, უფრო ძლიერი მჟავე თვისებები ვლინდება, ვიდრე მონოჰიდრული "ძმები". მაშასადამე, ტუტეებთან რეაქციებში პროდუქტებია მარილები (გლიკოლისთვის - გლიკოლატები, გლიცეროლისთვის - გლიცერატები).
ეთილენგლიკოლის, ისევე როგორც გლიცერინის ქიმიური თვისებები მოიცავს ალკოჰოლების ყველა რეაქციას მონოჰიდრული კატეგორიიდან. გლიკოლი იძლევა სრულ და ნაწილობრივ ეთერებს მონობაზურ მჟავებთან რეაქციაში, გლიკოლატები, შესაბამისად, წარმოიქმნება ტუტე ლითონებთან და როდესაცძლიერი მჟავებით ან მათი მარილებით ქიმიური პროცესის დროს გამოიყოფა ძმარმჟავას ალდეჰიდი - წყალბადის ატომის მოლეკულიდან გამოდევნის გამო.
რეაქციები აქტიურ ლითონებთან
ეთილენგლიკოლის რეაქცია აქტიურ ლითონებთან (წყალბადის შემდეგ ქიმიური სიძლიერის სერიაში) ამაღლებულ ტემპერატურაზე იძლევა შესაბამისი ლითონის ეთილენგლიკოლატს, პლუს წყალბადის გამოყოფა.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, სადაც X არის აქტიური ორვალენტიანი მეტალი.
ხარისხობრივი რეაქცია ეთილენგლიკოლზე
განასხვავეთ პოლიჰიდრული ალკოჰოლი ნებისმიერი სხვა სითხისგან ვიზუალური რეაქციის გამოყენებით, რომელიც დამახასიათებელია მხოლოდ ამ კლასის ნაერთებისთვის. ამისათვის ახლად დალექილი სპილენძის ჰიდროქსიდი (2), რომელსაც აქვს დამახასიათებელი ლურჯი ელფერი, შეედინება ალკოჰოლის უფერო ხსნარში. როდესაც შერეული კომპონენტები ურთიერთქმედებენ, ნალექი იხსნება და ხსნარი გადაიქცევა ღრმა ლურჯ ფერში - სპილენძის გლიკოლატის წარმოქმნის შედეგად (2).
პოლიმერიზაცია
ეთილენგლიკოლის ქიმიურ თვისებებს დიდი მნიშვნელობა აქვს გამხსნელების წარმოებისთვის. აღნიშნული ნივთიერების ინტერმოლეკულური დეჰიდრატაცია, ანუ წყლის გამოდევნა გლიკოლის ორი მოლეკულიდან თითოეულიდან და მათი შემდგომი კომბინაცია (ერთი ჰიდროქსილის ჯგუფი მთლიანად აღმოიფხვრება, ხოლო მეორისგან მხოლოდ წყალბადი) შესაძლებელს ხდის მიიღოთ. უნიკალური ორგანული გამხსნელი - დიოქსანი, რომელიც ხშირად გამოიყენება ორგანულ ქიმიაში, მიუხედავად მაღალი ტოქსიკურობისა.
ჰიდროქსი გაცვლაჰალოგენამდე
როდესაც ეთილენგლიკოლი ურთიერთქმედებს ჰიდროჰალიუმის მჟავებთან, შეინიშნება ჰიდროქსილის ჯგუფების ჩანაცვლება შესაბამისი ჰალოგენით. ჩანაცვლების ხარისხი დამოკიდებულია წყალბადის ჰალოგენის მოლარულ კონცენტრაციაზე რეაქციულ ნარევში:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, სადაც X არის ქლორი ან ბრომი.
მიიღეთ ეთერი
ეთილენგლიკოლის აზოტმჟავასთან (გარკვეული კონცენტრაციის) და მონოფუძე ორგანულ მჟავებთან (ჭიანჭველა, ძმარმჟავა, პროპიონის, ბუტირის, ვალერიკის და სხვ.) რეაქციების დროს წარმოიქმნება რთული და, შესაბამისად, მარტივი მონოესტერები. სხვებში, აზოტის მჟავას კონცენტრაცია არის გლიკოლის დი- და ტრინიტროესტერები. მოცემული კონცენტრაციის გოგირდმჟავა გამოიყენება კატალიზატორად.
ეთილენ გლიკოლის ყველაზე მნიშვნელოვანი წარმოებულები
ღირებული ნივთიერებები, რომლებიც შეიძლება მიღებულ იქნას პოლიჰიდრული სპირტებისგან მარტივი ქიმიური რეაქციების გამოყენებით (ზემოთ აღწერილი) არის ეთილენ გლიკოლის ეთერები. კერძოდ: მონომეთილი და მონოეთილი, რომელთა ფორმულებია HO-CH2-CH2-O-CH3 და HO-CH2-CH2-O-C2N-O-C2N5 შესაბამისად. ქიმიური თვისებების თვალსაზრისით, ისინი მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს გლიკოლებს, მაგრამ, ისევე როგორც სხვა კლასის ნაერთებს, მათ აქვთ უნიკალური რეაქტიული თვისებები, რომლებიც უნიკალურია მათთვის:
- მონომეთილეთილენგლიკოლი არის უფერო სითხე, მაგრამ დამახასიათებელი ამაზრზენი სუნით, დუღილის 124,6 გრადუს ცელსიუსზე, ძალიან ხსნადი ეთანოლში და სხვა.ორგანული გამხსნელები და წყალი, ბევრად უფრო აქროლადი ვიდრე გლიკოლი და სიმკვრივით უფრო დაბალი ვიდრე წყლის სიმკვრივე (0,965 გ/სმ 3).
- დიმეთილეთილენ გლიკოლი ასევე არის თხევადი, მაგრამ ნაკლებად დამახასიათებელი სუნით, სიმკვრივით 0,935 გ/სმ3, დუღილის წერტილი 134 გრადუსი ნულის ზემოთ და ხსნადობა შესადარებელი. წინა ჰომოლოგთან.
ცელოსოლების გამოყენება - როგორც ეთილენგლიკოლის მონოეთერებს ზოგადად უწოდებენ - საკმაოდ გავრცელებულია. ისინი გამოიყენება როგორც რეაგენტები და გამხსნელები ორგანულ სინთეზში. მათი ფიზიკური თვისებები ასევე გამოიყენება ანტიკოროზიული და ანტიკრისტალიზაციის დანამატებისთვის ანტიფრიზსა და საავტომობილო ზეთებში.
გამოყენების სფეროები და პროდუქციის ასორტიმენტის ფასები
ღირებულება ქარხნებში და საწარმოებში, რომლებიც მონაწილეობენ ასეთი რეაგენტების წარმოებასა და გაყიდვაში, საშუალოდ მერყეობს დაახლოებით 100 რუბლს თითო კილოგრამზე ისეთი ქიმიური ნაერთის, როგორიცაა ეთილენგლიკოლი. ფასი დამოკიდებულია ნივთიერების სისუფთავეზე და სამიზნე პროდუქტის მაქსიმალურ პროცენტზე.
ეთილენგლიკოლის გამოყენება არ შემოიფარგლება რომელიმე ზონით. ასე რომ, როგორც ნედლეული გამოიყენება ორგანული გამხსნელების, ხელოვნური ფისების და ბოჭკოების წარმოებაში, სითხეები, რომლებიც იყინება დაბალ ტემპერატურაზე. ის ჩართულია მრავალ ინდუსტრიაში, როგორიცაა საავტომობილო, საავიაციო, ფარმაცევტული, ელექტრო, ტყავი, თამბაქო. მისი მნიშვნელობა ორგანული სინთეზისთვის უდავოდ დიდია.
მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ გლიკოლი არისტოქსიკური ნაერთი, რომელსაც შეუძლია გამოუსწორებელი ზიანი მიაყენოს ადამიანის ჯანმრთელობას. ამიტომ, იგი ინახება ალუმინის ან ფოლადისგან დალუქულ ჭურჭელში, სავალდებულო შიდა ფენით, რომელიც იცავს კონტეინერს კოროზიისგან, მხოლოდ ვერტიკალურ პოზიციებზე და ოთახებში, რომლებიც არ არის აღჭურვილი გათბობის სისტემებით, მაგრამ კარგი ვენტილაცია. ვადა - არაუმეტეს ხუთი წლისა.
