Les substàncies més famoses i utilitzades en la vida humana i la indústria pertanyents a la categoria dels alcohols polihídrics són l'etilenglicol i la glicerina. La seva investigació i ús va començar fa uns quants segles, però les propietats d'aquests compostos orgànics són en molts aspectes inimitables i úniques, cosa que els fa indispensables fins als nostres dies. Els alcohols polihídrics s'utilitzen en moltes síntesis química, indústries i àrees de la vida humana.
El primer "coneixement" de l'etilenglicol i la glicerina: la història de l'obtenció de
L'any 1859, mitjançant un procés en dues etapes de reacció de dibromoetano amb acetat de plata i després tractar el diacetat d'etilenglicol obtingut en la primera reacció amb potassa càustica, Charles Wurtz va sintetitzar per primer cop etilenglicol. Temps després, es va desenvolupar un mètode d'hidròlisi directa del dibromoetano, però a escala industrial a principis del segle XX, l'alcohol dihídric 1,2-dioxietano, també conegut com a monoetilenglicol, o simplement glicol, als EUAobtingut per hidròlisi de clorhidrina d'etilè.
Avui, tant a la indústria com al laboratori, s'utilitzen una sèrie d' altres mètodes, nous, més econòmics des del punt de vista de les matèries primeres i l'energia, i respectuosos amb el medi ambient, ja que s'utilitzen reactius que contenen o alliberen clor., toxines, carcinògens i altres substàncies perilloses per al medi ambient i els humans, està disminuint amb el desenvolupament de la química "verda".
La glicerina va ser descoberta pel farmacèutic Carl Wilhelm Scheele el 1779, i Theophile Jules Pelouze va estudiar la composició del compost el 1836. Dues dècades més tard, l'estructura de la molècula d'aquest alcohol trihídric es va establir i corroborar en els treballs de Pierre Eugene Marseille Vertelot i Charles Wurtz. Finalment, vint anys més tard, Charles Friedel va dur a terme la síntesi completa de glicerol. Actualment, la indústria utilitza dos mètodes per a la seva producció: mitjançant clorur d'al·lil a partir de propilè, i també mitjançant acroleïna. Les propietats químiques de l'etilenglicol, com la glicerina, s'utilitzen àmpliament en diversos camps de la producció química.
L'estructura i l'estructura de la connexió
La molècula es basa en un esquelet d'hidrocarburs insaturats d'etilè, format per dos àtoms de carboni, en el qual s'ha trencat un doble enllaç. Es van afegir dos grups hidroxil als llocs de valència desocupats als àtoms de carboni. La fórmula de l'etilè és C2H4, després de trencar l'enllaç de la grua i afegir grups hidroxil (després de diverses etapes) sembla C2N4(OH)2. Això és el que ésetilenglicol.
La molècula d'etilè té una estructura lineal, mentre que l'alcohol dihídric té una mena de configuració trans en la col·locació dels grups hidroxil en relació amb la columna vertebral del carboni i entre si (aquest terme és plenament aplicable a la posició relativa a l'enllaç múltiple). Aquesta dislocació correspon a la localització més remota d'hidrogens dels grups funcionals, menor energia i, per tant, la màxima estabilitat del sistema. En poques paraules, un grup OH mira cap amunt i l' altre mira cap avall. Al mateix temps, els compostos amb dos hidroxils són inestables: en un àtom de carboni, formant-se a la mescla de reacció, es deshidraten immediatament i es converteixen en aldehids.
Classificació
Les propietats químiques de l'etilenglicol estan determinades pel seu origen en el grup dels alcohols polihídrics, és a dir, el subgrup dels diols, és a dir, els compostos amb dos fragments d'hidroxil en àtoms de carboni veïns. Una substància que també conté diversos substituents OH és el glicerol. Té tres grups funcionals d'alcohol i és el membre més comú de la seva subclasse.
Molts compostos d'aquesta classe també s'obtenen i s'utilitzen en la producció química per a diversos propòsits de síntesi i altres, però l'ús d'etilenglicol és a una escala més seriosa i està implicat en gairebé totes les indústries. Aquest problema es tractarà amb més detall a continuació.
Característiques físiques
L'ús d'etilenglicol es deu a la presència d'una sèrie depropietats inherents als alcohols polihídrics. Aquestes són característiques distintives que només són característiques d'aquesta classe de compostos orgànics.
La més important de les propietats és la capacitat il·limitada de barrejar amb H2O. Aigua + etilenglicol dóna una solució amb una característica única: el seu punt de congelació, depenent de la concentració de diol, és 70 graus inferior al del destil·lat pur. És important tenir en compte que aquesta dependència no és lineal i, en arribar a un determinat contingut quantitatiu de glicol, comença l'efecte contrari: el punt de congelació augmenta amb un augment del percentatge de la substància dissolta. Aquesta característica ha trobat aplicació en la producció de diversos anticongelants, líquids anticongelants que cristal·litzen amb característiques tèrmiques extremadament baixes del medi ambient.
Excepte a l'aigua, el procés de dissolució es desenvolupa bé en alcohol i acetona, però no s'observa en parafines, benzès, èters i tetraclorur de carboni. A diferència del seu avantpassat alifàtic, una substància gasosa com l'etilè, l'etilenglicol és un líquid transparent semblant a un xarop amb un lleuger to groc, de gust dolç, amb una olor poc característica, pràcticament no volàtil. La congelació de l'etilenglicol al 100% es produeix a -12,6 graus centígrads i l'ebullició a +197,8. En condicions normals, la densitat és d'1,11 g/cm3.
Obtenció de mètodes
L'etilenglicol es pot obtenir de diverses maneres, algunes de les quals avui només tenen un significat històric o preparatori, mentre que d' altresutilitzat activament per l'home a escala industrial i no només. Per ordre cronològic, fem una ullada als més importants.
El primer mètode per obtenir etilenglicol a partir de dibromoetano ja s'ha descrit anteriorment. La fórmula de l'etilè, el doble enllaç del qual es trenca, i les valències lliures estan ocupades per halògens, el principal material de partida d'aquesta reacció, a més de carboni i hidrogen, té dos àtoms de brom en la seva composició. La formació d'un compost intermedi en la primera etapa del procés és possible precisament per la seva eliminació, és a dir, la substitució per grups acetat, que després d'una hidròlisi posterior es converteixen en alcohol.
En el procés de desenvolupament de la ciència, es va fer possible obtenir etilenglicol per hidròlisi directa de qualsevol etano substituït per dos halògens en àtoms de carboni veïns, utilitzant solucions aquoses de carbonats metàl·lics del grup alcalí o (menys ambientalment). reactiu amigable) H2 Oh i diòxid de plom. La reacció és força "intensiva de mà d'obra" i només es produeix a temperatures i pressions significativament elevades, però això no va impedir que els alemanys utilitzessin aquest mètode durant les guerres mundials per produir etilenglicol a escala industrial.
El mètode d'obtenció de etilenglicol a partir de la clorhidrina d'etilè mitjançant la seva hidròlisi amb sals de carboni dels metalls del grup alcali també va tenir el seu paper en el desenvolupament de la química orgànica. Amb un augment de la temperatura de reacció a 170 graus, el rendiment del producte objectiu va arribar al 90%. Però hi havia un inconvenient important: el glicol s'havia d'extreure d'alguna manera de la solució de sal, que està directament relacionada ambuna sèrie de dificultats. Els científics van resoldre aquest problema desenvolupant un mètode amb el mateix material de partida, però dividint el procés en dues etapes.
La hidròlisi de l'acetat d'etilenglicol, sent l'etapa final anterior del mètode Wurtz, es va convertir en un mètode separat quan van aconseguir obtenir el reactiu de partida mitjançant l'oxidació d'etilè en àcid acètic amb oxigen, és a dir, sense l'ús de costosos i compostos halògens completament no ambientals.
També hi ha moltes maneres de produir etilenglicol oxidant l'etilè amb hidroperòxids, peròxids, peràcids orgànics en presència de catalitzadors (compostos d'osmi), clorat de potassi, etc. També hi ha mètodes electroquímics i radioquímics.
Caracterització de les propietats químiques generals
Les propietats químiques de l'etilenglicol estan determinades pels seus grups funcionals. Les reaccions poden implicar un substituent hidroxil o tots dos, depenent de les condicions del procés. La principal diferència de reactivitat rau en el fet que, a causa de la presència de diversos hidroxils en un alcohol polihídric i la seva influència mútua, es manifesten propietats àcides més fortes que les dels "germans" monohídrics. Per tant, en les reaccions amb àlcalis, els productes són sals (per a glicol - glicolats, per a glicerol - glicerats).
Les propietats químiques de l'etilenglicol, així com de la glicerina, inclouen totes les reaccions dels alcohols de la categoria de monohídrics. El glicol dóna èsters complets i parcials en reaccions amb àcids monobàsics, els glicolats, respectivament, es formen amb metalls alcalins i quanen un procés químic amb àcids forts o les seves sals, s'allibera aldehid d'àcid acètic, a causa de l'eliminació d'un àtom d'hidrogen d'una molècula.
Reaccions amb metalls actius
La reacció de l'etilenglicol amb metalls actius (després de l'hidrogen de la sèrie de força química) a temperatures elevades dóna etilè glicolat del metall corresponent, a més d'alliberar hidrogen.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, on X és el metall divalent actiu.
Reacció qualitativa a etilenglicol
Distingeix l'alcohol polihídric de qualsevol altre líquid mitjançant una reacció visual que només és característica d'aquesta classe de compostos. Per fer-ho, s'aboca hidròxid de coure (2) acabat de precipitar, que té un color blau característic, en una solució incolora d'alcohol. Quan els components barrejats interaccionen, el precipitat es dissol i la solució es converteix en un color blau profund, com a resultat de la formació de glicolat de coure (2).
polimerització
Les propietats químiques de l'etilenglicol són de gran importància per a la producció de dissolvents. La deshidratació intermolecular de la substància esmentada, és a dir, l'eliminació d'aigua de cadascuna de les dues molècules de glicol i la seva posterior combinació (un grup hidroxil s'elimina completament, i només l'hidrogen de l' altre), permet obtenir un dissolvent orgànic únic: el dioxà, que s'utilitza sovint en química orgànica, malgrat la seva alta toxicitat.
Intercanvi d'hidroxia l'halògen
Quan l'etilenglicol interacciona amb els àcids hidrohalics, s'observa la substitució dels grups hidroxil per l'halogen corresponent. El grau de substitució depèn de la concentració molar d'halogenur d'hidrogen a la barreja de reacció:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, on X és clor o brom.
Aconsegueix Ether
En les reaccions d'etilenglicol amb àcid nítric (de certa concentració) i àcids orgànics monobàsics (fòrmic, acètic, propiònic, butíric, valeric, etc.), es formen monoèsters complexos i, en conseqüència, simples. En altres, la concentració d'àcid nítric és di- i trinitroèsters de glicol. L'àcid sulfúric d'una concentració determinada s'utilitza com a catalitzador.
Els derivats més importants de l'etilenglicol
Les substàncies valuoses que es poden obtenir a partir d'alcohols polihídrics mitjançant reaccions químiques senzilles (descrites més amunt) són els èters d'etilenglicol. És a dir: monometil i monoetil, les fórmules dels quals són HO-CH2-CH2-O-CH3 i HO-CH2-CH2-O-C2N5 respectivament. Pel que fa a les propietats químiques, són en molts aspectes similars als glicols, però, com qualsevol altra classe de compostos, tenen característiques reactives úniques que els són úniques:
- El monometiletilenglicol és un líquid incolor, però amb una característica olor repugnant, que bull a 124,6 graus centígrads, molt soluble en etanol, altresdissolvents orgànics i aigua, molt més volàtils que el glicol, i amb una densitat inferior a la de l'aigua (de l'ordre de 0,965 g/cm3)..
- El dimetiletilenglicol també és un líquid, però amb una olor menys característica, una densitat de 0,935 g/cm3, un punt d'ebullició de 134 graus sobre zero i una solubilitat comparable. a l'homòleg anterior.
L'ús de celosolvents -com s'anomenen generalment monoèters d'etilenglicol- és força comú. S'utilitzen com a reactius i dissolvents en la síntesi orgànica. Les seves propietats físiques també s'utilitzen com a additius anticorrosius i anticorrosió en olis de motor i anticongelants.
Camps d'aplicació i preus de la gamma de productes
El cost a les fàbriques i empreses implicades en la producció i venda d'aquests reactius oscil·la de mitjana al voltant de 100 rubles per quilogram d'un compost químic com l'etilenglicol. El preu depèn de la puresa de la substància i del percentatge màxim del producte objectiu.
L'ús d'etilenglicol no es limita a cap àrea. Així, com a matèria primera s'utilitza en la producció de dissolvents orgànics, resines i fibres artificials, líquids que es congelen a baixes temperatures. Està implicat en moltes indústries com ara l'automoció, l'aviació, farmacèutica, elèctrica, cuir, tabac. La seva importància per a la síntesi orgànica és innegablement important.
És important recordar que el glicol ho éscompost tòxic que pot causar danys irreparables a la salut humana. Per tant, s'emmagatzema en recipients segellats d'alumini o acer amb una capa interior obligatòria que protegeix l'envàs de la corrosió, només en posicions verticals i en habitacions que no disposen de sistemes de calefacció, però amb bona ventilació. Termini: no més de cinc anys.
