Этиленгликоль - Ethylene glycol

Не путать с Полиэтиленгликоль, Диэтиленгликоль гликоль, Пропиленгликоль, или Гликоль.
Этиленгликоль
Каркасная модель этиленгликоля
Модель заполнения пространства этиленгликоля
Модель шарика и ручки из этиленгликоля
Образец этиленгликоля
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Этан-1,2-диол
Другие имена
Этиленгликоль
1,2-этандиол
Этиленовый спирт
Гиподикарбоновая кислота
Моноэтиленгликоль
1,2-дигидроксиэтан
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
3DMet
СокращенияМЭГ
505945
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.003.159 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 203-473-3
943
КЕГГ
MeSHЭтилен + гликоль
Номер RTECS
  • KW2975000
UNII
Номер ООН3082
Свойства
C2ЧАС6О2
Молярная масса62.068 г · моль−1
ВнешностьПрозрачная бесцветная жидкость
ЗапахБез запаха[1]
Плотность1,1132 г / см3
Температура плавления -12,9 ° С (8,8 ° F, 260,2 К)
Точка кипения 197,3 ° С (387,1 ° F, 470,4 К)
Смешиваемый
РастворимостьРастворим в большинстве органических растворителей
журнал п-1.69[2]
Давление газа0,06 мм рт. Ст. (20 ° C)[1]
Вязкость1.61×10−2 Па · с[3]
Опасности
Основной опасностиВредный
Паспорт безопасностиУвидеть: страница данных
Внешний паспорт безопасности материалов
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSПредупреждение
H302, H373
P260, P264, P270, P301 + 312, P314, P330, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгорания 111 ° C (232 ° F, 384 K) закрытая чашка
410 ° С (770 ° F, 683 К)
Пределы взрываемости3.2–15.2%[1]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
Никто[1]
REL (Рекомендуемые)
Не установлено[1]
IDLH (Непосредственная опасность)
Никто[1]
Родственные соединения
Связанный диолы
Пропиленгликоль
Диэтиленгликоль гликоль
Триэтиленгликоль
Полиэтиленгликоль
Страница дополнительных данных
Показатель преломления (п),
Диэлектрическая постоянная (εр), так далее.
Термодинамический
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ, ИК, ЯМР, РС
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Этиленгликоль (Название ИЮПАК: этан-1,2-диол) является органическое соединение по формуле (CH2ОЙ)2. Он в основном используется для двух целей: в качестве сырья при производстве полиэфирных волокон и для антифриз составы. Это вязкая жидкость без запаха, цвета, сладкого вкуса.

Производство

Промышленные маршруты

Этиленгликоль получают из этилен (этен), через промежуточный окись этилена. Оксид этилена реагирует с воды производить этиленгликоль по химическое уравнение:

C2ЧАС4O + H2О → НО-СН2CH2−OH

Эта реакция может быть катализированный либо кислоты или базы, или может произойти при нейтральном pH при повышенных температурах. Наибольший выход этиленгликоля происходит при кислом или нейтральном pH с большим избытком воды. В этих условиях можно достичь выхода этиленгликоля 90%. Основными побочными продуктами являются олигомеры диэтиленгликоль гликоль, триэтиленгликоль, и тетраэтиленгликоль. Разделение этих олигомеров и воды требует больших затрат энергии. Ежегодно производится около 6,7 млн ​​тонн.[4]

Более высокая селективность достигается за счет использования Оболочка с OMEGA процесс. В процессе OMEGA оксид этилена сначала превращается с углекислый газ (CO
2) к этиленкарбонат. Затем это кольцо гидролизуют основным катализатором на второй стадии с получением моноэтиленгликоля с селективностью 98%.[5] На этом этапе снова выделяется углекислый газ, который может быть снова подан в технологический контур. Углекислый газ частично поступает из производства окиси этилена, где часть этилена полностью окисленный.

Этиленгликоль производится из окиси углерода в странах с большими запасами угля и менее строгими экологическими нормами. Окислительное карбонилирование метанола до диметил оксалат обеспечивает многообещающий подход к производству C1этиленгликоль на основе.[6] Диметилоксалат можно превратить в этиленгликоль с высокими выходами (94,7%[7]) от гидрирование с медным катализатором:[8]

MEG ex CO.svg

Поскольку метанол перерабатывается, потребляются только окись углерода, водород и кислород. Один завод производственной мощностью 200 000 тонн этиленгликоля в год находится в г. Внутренняя Монголия, и второй завод в китайской провинции Хэнань мощностью 250 000 тонн в год был запланирован на 2012 год.[9] По состоянию на 2015 год в Китае работало четыре завода мощностью 200 000 т / год каждый, а в будущем - еще не менее 17.[10]

Биологические маршруты

В гусеница Большой восковой мотыльки, Galleria mellonella, имеет кишечные бактерии со способностью деградировать полиэтилен (PE) в этиленгликоль.[11][12][13]

Исторические маршруты

Согласно большинству источников, французский химик Шарль-Адольф Вюрц (1817–1884) впервые получил этиленгликоль в 1856 году.[14] Сначала он обработал «иодид этилена» (C2ЧАС4я2) ацетатом серебра, а затем гидролизовали полученный «этилендиацетат» с помощью гидроксид калия. Вюрц назвал свое новое соединение «гликоль», потому что он разделяет качества обоих этиловый спирт (с одной гидроксильной группой) и глицерин (с тремя гидроксильными группами).[15] В 1859 году Вюрц получил этиленгликоль через гидратация из окись этилена.[16] По всей видимости, до появления этиленгликоля в промышленных масштабах не было. Первая Мировая Война, когда он был синтезирован из этилендихлорид в Германии и используется как замена глицерин в взрывчатка промышленность.

В США полукоммерческое производство этиленгликоля через этиленхлоргидрин запущен в 1917 году. Первый крупный промышленный гликолевый завод был построен в 1925 году на Южный Чарльстон, Западная Вирджиния, компанией Carbide and Carbon Chemicals Co. (сейчас Union Carbide Corp.). К 1929 году этиленгликоль использовался почти всеми динамит производители. В 1937 году компания Carbide запустила первую установку, основанную на процессе Лефорта, для парофазного окисления этилена до окиси этилена. Carbide сохранял монополию на процесс прямого окисления до 1953 года, когда процесс научного проектирования был коммерциализирован и предложен для лицензирования.

Использует

Этиленгликоль в основном используется в составах антифризов (50%) и в качестве сырья при производстве полиэфиров, таких как полиэтилентерефталат (ПЭТ) (40%).[4]

Хладагент и теплоноситель

В основном этиленгликоль используется в качестве среды для конвективный теплообмен в, например, автомобилях и компьютерах с жидкостным охлаждением. Этиленгликоль также обычно используется в качестве охлаждающая жидкость для охлажденной воды кондиционирование воздуха системы, которые либо размещают чиллер или кондиционеры снаружи, либо должны охлаждаться ниже температуры замерзания воды. В геотермальное отопление / системы охлаждения, этиленгликоль жидкость который переносит тепло за счет использования геотермальный тепловой насос. Этиленгликоль либо получает энергию из источника (озеро, океан, колодец с водой ) или отводит тепло в раковину, в зависимости от того, используется ли система для обогрева или охлаждения.

Чистый этиленгликоль имеет особую теплоемкость примерно половина воды. Таким образом, обеспечивая защиту от замерзания и повышенную температуру кипения, этиленгликоль снижает удельную теплоемкость водных смесей по сравнению с чистой водой. Смесь 1: 1 по массе имеет удельную теплоемкость около 3140 Дж / (кг · ° C) (0,75 БТЕ / (фунт · ° F)), что составляет три четверти от чистой воды, что требует увеличения расхода при тех же температурах. система сравнения с водой. Образование больших пузырьков в охлаждающих каналах двигателей внутреннего сгорания будет серьезно препятствовать тепловому потоку (потоку) из области, так что допустить зарождение (крошечные пузырьки) не рекомендуется. Большие пузыри в охлаждающих каналах будут самоподдерживающимися или увеличиваться в размерах, практически полностью потеряв охлаждение в этой области. С чистым MEG (моноэтиленгликоль) горячая точка достигнет 200 ° C (392 ° F). Охлаждение за счет других эффектов, таких как тяга воздуха от вентиляторов (не учитываемая при анализе чистого зародышеобразования), поможет предотвратить образование больших пузырьков.

Смесь этиленгликоля с водой обеспечивает дополнительные преимущества для охлаждающих жидкостей и антифризов, такие как предотвращение коррозии и разложения кислоты, а также подавление роста большинства микробов и грибков.[17]

Антифриз

Чистый этиленгликоль замерзает при температуре около -12 ° C (10,4 ° F), но при смешивании с водой смесь замерзает при более низкой температуре. Например, смесь 60% этиленгликоля и 40% воды замерзает при температуре -45 ° C (-49 ° F).[4] Диэтиленгликоль гликоль ведет себя аналогично. Понижение точки замерзания некоторых смесей можно объяснить как коллигативная собственность растворов, но в высококонцентрированных смесях, таких как пример, ожидаются отклонения от идеального поведения раствора из-за влияния межмолекулярные силы.

Соотношение компонентов смеси различается в зависимости от того, этиленгликоль это или пропиленгликоль. Для этиленгликоля пропорции смешивания обычно составляют 30/70 и 35/65, тогда как соотношения смешивания пропиленгликоля обычно составляют 35/65 и 40/60. Важно, чтобы смесь была морозостойкой при минимальной рабочей температуре.[18]

Из-за низких температур замерзания этиленгликоль используется в качестве антиобледенение жидкость для лобовые стекла и самолеты, как антифриз в автомобильных двигателях, а также в составе остекловывание (антикристаллизационные) смеси для низкотемпературной консервации биологических тканей и органов. Смесь этиленгликоля и воды также может быть химически обозначена как концентрат гликоля / соединение / смесь / раствор.

Использование этиленгликоля не только снижает температуру замерзания водных смесей, но и повышает их температуру кипения. Это приводит к расширению диапазона рабочих температур для жидких теплоносителей с обеих сторон температурной шкалы. Повышение температуры кипения связано с тем, что чистый этиленгликоль имеет гораздо более высокую температуру кипения и более низкую температуру. давление газа чем чистая вода, что характерно для большинства бинарные смеси летучих жидкостей.

Прекурсор полимеров

в пластмассовая промышленность, этиленгликоль является важным прекурсором полиэстер волокна и смолы. Полиэтилентерефталат, раньше делал пластиковые бутылки для безалкогольные напитки, получают из этиленгликоля.

Этиленгликоль является одним из предшественников полиэтилентерефталат, который производится в многомиллионных тоннах ежегодно.

Другое использование

Дегидратирующий агент

Этиленгликоль используется в газовой промышленности для удаления водяного пара из природного газа перед его дальнейшей переработкой, почти так же, как триэтиленгликоль (ТЭГ).

Ингибирование гидратов

Благодаря высокой температуре кипения и сродству к воде этиленгликоль является полезным осушитель. Этиленгликоль широко используется для подавления образования клатраты природного газа (гидраты) в длинных многофазных трубопроводах, по которым природный газ транспортируется с удаленных газовых месторождений на газоперерабатывающий завод. Этиленгликоль можно выделить из природного газа и повторно использовать в качестве ингибитора после очистки, удаляющей воду и неорганические соли.

Природный газ обезвоживается этиленгликолем. В этом случае этиленгликоль стекает с верха колонны и встречает поднимающуюся смесь водяного пара и углеводород газы. Сухой газ выходит из верхней части башни. Гликоль и вода разделяются, а гликоль используется повторно. Вместо удаления воды можно также использовать этиленгликоль для снижения температуры, при которой гидраты сформированы. Чистота гликоля, используемого для подавления гидратов (моноэтиленгликоль), обычно составляет около 80%, тогда как чистота гликоля, используемого для дегидратации (триэтиленгликоль), обычно составляет от 95 до более чем 99%. Более того, скорость закачки для подавления гидратов намного ниже, чем скорость циркуляции в колонне дегидратации гликоля.

Приложения

Незначительное использование этиленгликоля включает производство конденсаторов в качестве промежуточного химического соединения при производстве 1,4-диоксан, как добавка для предотвращения коррозия в системах жидкостного охлаждения для персональные компьютеры, а также внутри линзовых устройств типа электронно-лучевой трубки проекционных телевизоров. Этиленгликоль также используется при производстве некоторых вакцина, но его нет в этих инъекциях. Он используется в качестве второстепенного (1-2%) ингредиента в крем для обуви а также в некоторых чернилах и красителях. Этиленгликоль несколько раз применялся в качестве средства для лечения гнили и грибка древесины, как в качестве профилактики, так и в качестве лечения постфактум. В некоторых случаях он использовался для обработки частично сгнивших деревянных предметов для выставок в музеях. Это одно из немногих средств, которые успешно справляются с гниением деревянных лодок и относительно дешевы. Этиленгликоль также может быть одним из второстепенных ингредиентов в растворах для очистки экрана, наряду с основным ингредиентом. изопропиловый спирт. Этиленгликоль обычно используется в качестве консервант для биологических образцов, особенно в средних школах во время рассечение как более безопасная альтернатива формальдегид. Он также используется в составе гидравлической жидкости на водной основе, используемой для управления подводным оборудованием для добычи нефти и газа.

Этиленгликоль используется как защитная группа в органический синтез для защиты карбонильных соединений, таких как кетоны и альдегиды.[19]

Диоксид кремния реагирует при нагревании рефлюкс под диазот с этиленгликолем и щелочной металл база для производства высокореактивных, пятикоординатный силикаты, которые обеспечивают доступ к большому количеству новых соединений кремния.[20] Силикаты практически нерастворимы во всех полярных растворителях, кроме метанола.

Его также можно использовать при производстве вакцин или в качестве заменителя формальдегида при хранении биологических образцов.[21]

Химические реакции

Этиленгликоль используется как защитная группа для карбонильные группы в органический синтез. Обработка кетона или альдегида этиленгликолем в присутствии кислотного катализатора (например, п-толуолсульфоновая кислота; BF3· Et2О ) дает соответствующую 1,3-диоксолан, который устойчив к основаниям и другим нуклеофилам. После этого защитную группу 1,3-диоксолана можно удалить дополнительной кислотой. гидролиз.[22] В этом примере изофорон был защищен этиленгликолем п-толуолсульфоновой кислотой с умеренным выходом. Вода была удалена азеотропная дистилляция сдвинуть равновесие вправо.[23]

Защитная группа этиленгликоля.png

Токсичность

Основная статья: Отравление этиленгликолем

Этиленгликоль умеренно токсичен, при пероральном LDLo = 786 мг / кг для человека.[24] Основная опасность заключается в его сладком вкусе, который может привлечь детей и животных. При проглатывании этиленгликоль окисляется до гликолевая кислота, который, в свою очередь, окисляется до Щавелевая кислота, который токсичен. Он и его токсичные побочные продукты сначала влияют на Центральная нервная система затем сердце и, наконец, почки. При отсутствии лечения проглатывание в достаточном количестве смертельно.[25] Только в США ежегодно регистрируется несколько смертей.[26]

Антифризы для автомобилей, содержащие пропиленгликоль вместо этиленгликоля доступны. Их обычно считают более безопасными, так как пропиленгликоль не такой вкусный.[примечание 1] и преобразуется в теле в молочная кислота, нормальный продукт обмена веществ и физических упражнений.[29]

Австралия, Великобритания и семнадцать штатов США (по состоянию на 2012 г.) требуют добавления горького вкуса (денатония бензоат ) в антифриз. В декабре 2012 года производители антифризов США добровольно согласились добавлять горький ароматизатор во все антифризы, продаваемые на потребительском рынке США.[30]

Экологические последствия

Этиленгликоль - это крупносерийная химия; он распадается на воздухе примерно через 10 дней, а в воде или почве - через несколько недель. Он попадает в окружающую среду за счет рассеивания продуктов, содержащих этиленгликоль, особенно в аэропортах, где он используется в противообледенительный агенты для взлетно-посадочных полос и самолетов.[31] В то время как пролонгированные низкие дозы этиленгликоля не проявляют токсичности, в дозах, близких к летальным (≥ 1000 мг / кг в день), этиленгликоль действует как тератоген. «Основываясь на довольно обширной базе данных, он вызывает изменения скелета и пороки развития у крыс и мышей при всех путях воздействия».[32] Эта молекула наблюдалась в космосе.[33]

Заметки

  1. ^ Чистый пропиленгликоль не имеет горького вкуса, а чистый пропиленгликоль часто используется в качестве пищевой добавки, например, в глазури для торта и взбитых сливках длительного хранения. Промышленный пропиленгликоль обычно имеет слегка горький или едкий вкус из-за примесей. См. Статью о пропиленгликоль за дополнительной информацией. Относительная сладость этиленгликоля[27] и пропиленгликоль[28] обсуждается в Merck Index, и ни одно соединение не описывается как горькое.

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0272". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ "Этиленгликоль". www.chemsrc.com.
  3. ^ Элерт, Гленн. «Вязкость». Гипертекст по физике. Получено 2007-10-02.
  4. ^ а б c Зигфрид Ребсдат; Дитер Майер. "Этиленгликоль". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a10_101.
  5. ^ Скотт Д. Барницки «Синтетические органические химические вещества» в Справочнике по промышленной химии и биотехнологии под редакцией Джеймса А. Кента, Нью-Йорк: Springer, 2012. 12-е изд. ISBN  978-1-4614-4259-2.
  6. ^ Nexant / Chemsystems, «Уголь в MEG, изменение правил игры» (PDF). Архивировано 14 июля 2011 года.. Получено 2016-08-08.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (ссылка на сайт) (PDF; 5,4 МБ), Проспект 2011.
  7. ^ 983 EP 046 983, S. Tahara et al., «Процесс непрерывного получения этиленгликоля», передан Ube Industries  и Х. Т. Теуниссен и К. Дж. Эльзевьер, Катализируемое рутением гидрирование диметилоксалата до этиленгликоля, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1997, 667–668), DOI: 10.1039 / A700862G.
  8. ^ S. Zhang et al., Высокодисперсные катализаторы на основе меди из слоистого двойного гидроксида Cu – Zn – Al для газофазного гидрирования диметилоксалата до этиленгликоля, Catalysis Letters, сентябрь 2012 г., 142 (9), 1121–1127, DOI: 10.1007 / s10562-012-0871-8.
  9. ^ «Химические вещества на основе угля в Китае - это компромисс».
  10. ^ Гребнер, Мартин (24 ноября 2014 г.). Технологии газификации промышленного угля, охватывающие базовый и высокозольный уголь. ISBN  9783527336906.
  11. ^ Ян, июнь; Ян, Ю; Ву, Вэй-Минь; Чжао, Цзяо; Цзян, Лэй (2014-12-02). «Свидетельства биоразложения полиэтилена штаммами бактерий из кишечника свиристых червей, питающихся пластиком». Экологические науки и технологии. 48 (23): 13776–13784. Bibcode:2014EnST ... 4813776Y. Дои:10.1021 / es504038a. ISSN  1520-5851. PMID  25384056.
  12. ^ Бомбелли, Паоло; Хоу, Кристофер Дж .; Бертоккини, Федерика (24 апреля 2017 г.). «Биодеградация полиэтилена гусеницами восковой моли Galleria mellonella». Текущая биология. 27 (8): R292 – R293. Дои:10.1016 / j.cub.2017.02.060. HDL:10261/164618. ISSN  0960-9822. PMID  28441558.
  13. ^ Хан, Амина (24 апреля 2017 г.). «Упрямый пластик, возможно, наконец встретил своего соперника: голодного воскового червя». Лос-Анджелес Таймс. Получено 25 апреля, 2017.
  14. ^ Адольф Вюрц (1856). "Сур ле гликоль или диатомовый спирт" [О гликоле или двухосновном спирте]. Comptes Rendus. 43: 199–204.
  15. ^ Вюрц (1856), стр. 200: "… Я предлагаю де леммер гликоль, parce qu'il se rapproche à la fois, par ses propriétés, de l'alcool proprement dit et de la glycérin, entre lesquels il se Trouve Placé ". (… Предлагаю назвать это гликоль потому что по своим свойствам он одновременно близок к [этиловому] спирту, собственно так называемому, и глицерину, между которым он находится.)
  16. ^ Объявление. Вюрц (1859 г.) "Synthèse du glycol avec l'oxyde d'éthylène et l'eau" (Синтез гликоля из окиси этилена и воды), Comptes rendus, 49 : 813–815.
  17. ^ «Hydratech - специальные решения для жидкостей». www.hydratechglobal.net.
  18. ^ "Гликоль для промышленности и промышленности" [Гликоль для промышленности и бизнеса]. LC Рад (на датском) - через lcglad.dk.
  19. ^ «Этиленгликоль ацеталь». Архив органического синтеза. synarchive.com.
  20. ^ Laine, Ричард М .; Блоховяк, Кей Янгдал; Робинсон, Тимоти Р .; Hoppe, Martin L .; Нарди, Паола; Кампф, Джеффри; Гм, Джеки (17 октября 1991 г.). «Синтез пентакоординированных комплексов кремния из SiO.2" (PDF). Природа. 353 (6345): 642–644. Bibcode:1991Натура.353..642л. Дои:10.1038 / 353642a0. HDL:2027.42/62810. S2CID  4310228.
  21. ^ «Моноэтиленгликоль». Berryman Chemical. 2020-07-20. Получено 2020-08-05.
  22. ^ Теодора В. Грин; Питер Г. М. Вутс (1999). Защитные группы в органическом синтезе (Третье изд.). Джон Вили и сыновья. С. 312–322. ISBN  978-0-471-16019-9.
  23. ^ Дж. Х. Баблер; Н. К. Малек; М. Дж. Коглан (1978). «Селективный гидролиз α, β- и β, γ-ненасыщенных кеталей: метод деконъюгации β, β-дизамещенных α, β-ненасыщенных кетонов». J. Org. Chem. 43 (9): 1821–1823. Дои:10.1021 / jo00403a047.
  24. ^ Сотрудник по безопасности в области физической химии (23 ноября 2009 г.). «Данные безопасности (MSDS) для этиленгликоля». Оксфордский университет. Получено 30 декабря, 2009.
  25. ^ Этиленгликоль. Национальный институт охраны труда и здоровья. База данных аварийного реагирования. 22 августа 2008 г. Проверено 31 декабря 2008 г.
  26. ^ Токсичность этиленгликоля в eMedicine
  27. ^ Индекс Merck (15-е изд.). Королевское химическое общество. 2013. С. M5122.
  28. ^ Индекс Merck (15-е изд.). Королевское химическое общество. 2013. С. M9238.
  29. ^ Питер Клапвейк (27 января 2010 г.). «Отравление этиленгликолем». Постоялый двор для собак. Получено 11 октября, 2012.
  30. ^ "Антифриз и охлаждающая жидкость двигателя вызывают горечь по всей стране". Ассоциация потребительских товаров специального назначения. 13 декабря 2012. Архивировано с оригинал 28 декабря 2012 г.. Получено 30 июн 2016.
  31. ^ (Вопросы и ответы по Tox CDC).
  32. ^ «Заявление научного отчета по этиленгликолю». 3.3.2.2 Неопухолевые эффекты. Министерство здравоохранения Канады www.hc-sc.gc.ca. 24 июня 2013 г.. Получено 27 августа 2014.
  33. ^ Дж. М. Холлис; Ф. Дж. Ловас; П. Р. Джуэлл; Л. Х. Кудерт (20 мая 2002 г.). «Межзвездный антифриз: этиленгликоль». Астрофизический журнал. 571 (1): L59 – L62. Bibcode:2002ApJ ... 571L..59H. Дои:10.1086/341148.

внешние ссылки