Презентация на тему спирты

Химия спиртов: строение, свойства и применение

Спирты – это один из классов органических соединений, включающий в себя молекулы, содержащие функциональную группу -OH (гидроксильную группу). В данной статье мы рассмотрим строение, свойства и применение спиртов в промышленности.

Структурные формулы спиртов

Спирты имеют общую структуру R-OH, где R представляет собой углеводородный остаток. На примере ниже показаны структурные формулы спиртов:

Methanol

  • Метанол

Ethanol

  • Этанол

Isopropanol

  • Изопропанол

Аппарат для дистилляции жидкостей

Для получения спиртов используется специальный аппарат для дистилляции жидкостей, как показано на изображении:

Distillation apparatus

Применение спиртов

Спирты находят широкое применение в различных отраслях, включая:

  • Медицина (дезинфекция)
  • Производство косметики
  • Промышленность (в качестве растворителей)
  • Производство этилового спирта

Химические процессы

Процесс Фишера-Тропша

Процесс Фишера-Тропша применяется для преобразования синтез-газа (смесь CO и H2) в углеводороды, включая спирты.

Fischer-Tropsch process

Получение метилового спирта

Метиловый спирт получается из хлористого этана и гидроксида калия:

Methyl alcohol synthesis

Таблица: Изомерия спиртов

ИзомерФормула
ПростойR-OH
ВторичныйR-CHOH-R
ТретичныйR-CHOHR-R

Эта статья дает общее представление о спиртах и их химических свойствах. Если вам необходима дополнительная информация, не стесняйтесь обращаться к специалистам. В мире химии спирты играют важную роль, и изучение их свойств поможет вам лучше понять принципы органической химии.

Структурная изомерия

Характерна для спиртов с числом атомов углерода ≥С4


Межклассовая изомерия


Изомерия положения группы (-OH)


Пространственная (оптическая) изомерия

Лабораторные методы получения

Дегидрохлорирование этиленхлоргидрина или его производных

Дегидрохлорирование этиленхлоргидрина, открытое ещё Вюрцем, до сих пор остаётся одним из распространённых лабораторных методов получения окиси этилена:

{isplaystyle {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OH+NaOH}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NaCl+H_{2}O}}}

{isplaystyle {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-OH+HCl}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl+H_{2}O}}}

{isplaystyle {athsf {CH_{2}=CH_{2}+HOCl}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}

{isplaystyle {athsf {CH_{2}=CH_{2}+Cl_{2}+H_{2}O}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl+HCl}}}

{isplaystyle {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OCOCH_{3}+2KOH}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+KCl+CH_{3}COOK+H_{2}O}}}

Синтез метанола

Метанол, химическая формула CH3OH, является первым представителем гомологического ряда одноатомных спиртов. Существует несколько способов синтеза метанола.

Прямая окислительная методка

Прямое окисление этилена пероксикислотами

Окисление этилена пероксикислотами

Прочие препаративные методы

Разложение этиленкарбоната

Разложение этиленкарбоната

Пример синтеза по методу с применением катализатора

Пример синтеза

Реакции метанола

Метанол может участвовать во множестве реакций. Ниже приведены некоторые из них:

  • СН₃ОН + NaOH ↔ СН₃ОNa + НOH
  • 2СН₃ОН + 2Na ↔ СН₃ОNa + Н ― H
  • СН₃ОН + 0,5О2 ↔ НСНО + НОН
  • СН₃ОН + NH₃ ↔ CH₃NH2 + НОН
  • и другие…

Физические характеристики метанола

Таблица 1 — Физические характеристики метанола при нормальных условиях:

ПоказательЗначение
молекулярная масса32,40
плотность, г/см³ (при 20 °С)0,81
вязкость, мПа — с0,817
температура кипения, °С64,70
теплота парообразования, ккал/моль8,94
теплота сгорания, ккал/моль:173,65
температура плавления, °С– 97,68

Структурная формула метанола

Метанол обладает хорошей растворимостью в воде, однако является ядовитым и может образовывать взрывоопасные смеси при некоторых условиях. Будьте осторожны!

Мети́ловый спирт (древесный спирт, карбинол, метанол, метилгидрат, гидроксид метила) — органическое вещество, бесцветная ядовитая жидкость с характерным запахом, подобным запаху этилового спирта. Химическая формула: CH3OH.

СО + Н2 ↔ СН₃ОН + 90,8 кДж

СО2 + 3Н2 ↔ СН₃ОН + Н2О — 49,6 кДж

  • сероочистка природного газа;

  • паровая конверсия (риформинг) природного газа и водяного пара (температура 932 °С, давление 1,87 мПа, катализатор ― никельсодержащий) с получением синтез ― газа;

  • синтез метанола (температура 240—270 °С, давление 8 мПа, катализатор ― медьсодержащий) с образованием метанола ― сырца, с массовой долей

  • ректификация метанола-сырца (отгонка легких фракций, основная ректификация) с получением готового продукта метанола-ректификата[14].

Щелочной гидролиз галогеналканов (в водном растворе щелочей)

Восстановление карбонильных соединений (альдегидов, кетонов)

Окисление алкенов холодным водным раствором перманганата калия

Спиртовое брожение глюкозы

Способ получения многоатомных спиртов — гидролиз жиров

Презентация на тему спирты

Рисунок 2 — Механизм гидролиза жиров

Присоединение реактива Гриньяра к альдегидам и кетонам

Вторичные спирты образуются при окислении альдегидов по схеме:

При окислении кетонов реактивом Гриньяра образуются третичные спирты по схеме:

Промышленный способ получения метанола

СО + Н2 ↔ СН3ОН + 90,8 кДж

СО2 + 3Н2 ↔ СН3ОН + Н2О — 49,6 кДж

  1. Артёменко А. И. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1987. — 430 с.

  2. Грандберг И. И. Органическая химия. — М.: Дрофа, 2001. — 672 с.

  3. Габриелян О. С., Остроумов И. Г. Химия: учеб для студ. сред. проф. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 336 с.

  4. Габриелян О. С., Остроумов И. Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник. — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 256 с.

  5. Кузьменко Н.Е., Ерёмин В.В., Попков В.А., Начала химии. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2023. — 704 с.

  6. Травень В. Ф., Органическая химия. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. — Т. 1 — 399 с.

  7. Юровская М. А., Куркин А. В., Основы органической химии. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — 236 с.

  8. Артеменко А. И. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1987. — 430 с.

  9. Караваев М. М., Мастеров А. П. Производство метанола. — М.: Химия, 1973. — 160 с.

  10. Кузнецов В. Д.: [и др.], Теоретические основы химической технологии, — М.: Наука, 1977. т. 11. № 6. — 866—871 с.

  11. Леонов В. Е., Лободин С. С. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. — М.: Химия, 1984. т. 29. № 4. — 414—423 с.

  12. Нейланд, О. Я. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1990. — 751 с.

  13. Островский В. Е., Дятлов А. А. Доклад АН СССР. 1982. т. 264, № 2. — 290 с.

  14. Розовский А. Я. Кинетика и катализ. — М.: Наука, 1980. т. 21. в. 1. 97 — 107 с.;

  15. Розовский А. Я., Лин Г. И. Теоретические основы процесса синтеза метанола. — М.: Химия, 1990. — 267 с.

Взаимодействие с металлами

2C2H5OH + 2Na ⇔ 2C2H5ONa + Н2↑

2C2H5OH + 2K ⇔ 2C2H5OK + Н2↑

HOCH2 — СH2OH + 2Na ⇔ NaOCH2 — СH2ONa + Н2↑

Взаимодействие со щелочами

C2H5OH + NaОН(тв) ⇔ C2H5ONa + Н2О

HOCH2 — СH2OH + NaОН ⇔ HOCH2 — СH2ONa + Н2О

Реакции замещения гидроксильной группы (—ОН)

Взаимодействие с галогеноводородами

Данная реакция имеет практическое значение только для получения симметричных простых эфиров, если провести дегидратацию в смеси двух спиртов, получится смесь трех продуктов:

Презентация на тему спирты

Рисунок 1 — Реакция этерификации

Презентация на тему спирты

Рисунок 2 — Гидролиз сложных эфиров

Взаимодействие с аммиаком

Жидкофазное окисление с применением хромовой смеси

Окисление оксидом меди (II) при нагревании

Окисление спиртов перманганатом калия

Реакция окисления глицерина измельчённым перманганатом калия начинается самопроизвольно и протекает с выделением тепла (Q). Глицерин полностью окисляется до углекислого газа и воды по схеме:

Действие на микроорганизмы

Дезинфицирующее действие окиси этилена по своему эффекту схоже с температурной стерилизацией, с тем различием, что окись этилена воздействует на объекты преимущественно поверхностно из-за её ограниченной проникающей способности.

Действие на человека и животных

Значения средних летальных доз окиси этилена в отношении некоторых животных:

  • ЛД50 крысы (перорально): 72 мг/кг[149];

  • ЛД50 крысы (подкожно): 187 мг/кг[149].

  • ПДК в воздухе рабочей зоны производственных помещений составляет 1 мг/м³ (рекомендуемое);

  • класс опасности для рабочей зоны: 2 (высокоопасное химическое вещество);

  • особенность токсического действия на организм: К (канцероген);

  • ПДК максимально разовая в атмосферном воздухе населённых мест = 0,3 мг/м³;

  • ПДК среднесуточная в атмосферном воздухе населённых мест = 0,03 мг/м³;

  • класс опасности для населённых пунктов: 3 (умеренно опасное);

  • лимитирующий показатель воздействия: рефлекторно-резорбтивный.

  • для установления названия выбирают саму длинную углеродную цепь, установив число атомов углерода, в состав которой входит гидроксогруппа (- ОН);

  • нумеруют атомы углерода в длинной углеродной цепи с того края, к которому ближе расположена гидроксильная группа;

  • местоположение гидроксильной группы в названии определяют написанием цифры после суффикса «-ол»;

  • если в составе спирта присутствуют другие функциональные группы, то нумерация углеродного скелета начинается с того края, где расположена старшая функциональная группа, её название указывают перед названием спирта цифрой. Например[6]:

  • CH3 — CH2 — СН2 — CH2 — ОН,

  • пропанол-1; CH3 — CH (ОН) — СН2 — CH3, пропанол–2,

  • CH3 — CH(CH3) — СН2 — СН2ОН, 2-метилбутанол-1[6].

  • СH3 — OH — метанол или метиловый спирт;

  • C2H5OH — этанол или этиловый спирт;

  • СН3 — CH2 — CH2 — СН2 — OH — бутанол или бутиловый спирт[9][14].

Тривиальные названия были даны спиртам по природному источнику получения. Например, метанол называют древесным спиртом, а этанол — винным спиртом. Тривиальные названия некоторых спиртов приведены в таблице 4.

Таблица 4. Тривиальные названия спиртов[9]

| Химическая формула спирта | Название по номенклатуре ИЮПАК | тривиальное название |

| ———————————– | ———————————– | ——————– |

| Предельные одноатомные спирты | | |

| CH3OH | метанол | древесный спирт |

| C2H5OH | этанол | винный спирт |

| C5H11OH | пентан-1-ол | амиловый спирт |

| C16H33OH | гексадекан-1-ол | цетиловый спирт |

| Предельные многоатомные спирты | | |

| C2H4(ОН)2 | этан-1,2-диол | этиленгликоль |

| C3H5(ОН)3 | пропан-1,2,3-триол | глицерин |

| C5H7(ОН)5 | пентан-1,2,3,4,5-пентол | ксилит |

| C6H8(ОН)6 | гексан-1,2,3,4,5,6-гексол | сорбит |

| Непредельные алифатические спирты | | |

| C3H5OH | проп-2-ен-1ол | аллиловый спирт |

| C10H17OH | 3,7-диметилокта-2,7-диен-1-ол | гераниол |

| Алициклические спирты | | |

| C6H6(OH)6 | циклогексан-1,2,3,4,5,6-гексол | инозит |

| C10H19OH | 2-(2-пропил)-5-метилциклогексанол-1 | ментол |

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Метанол: химические свойства и получение. Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам. Дата обращения: 25 сентября 0202.

  2. Метанол // Деловой журнал «Neftegaz.RU». — 2013. — 1 января.

  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 История открытия и изучения метанола // Bstudy.net.

  4. Вуколов С.П. Чусовской завод. Углевыжигательные печи.. Wikimedia Commons. Дата обращения: 22 сентября 2023.

  5. Фишер Франц Йозеф Эмиль. Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения: 21 сентября 2023.

  6. ↑ 6,0 6,1 . Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения: 25 сентября 2023.

  7. ↑ 7,0 7,1 Метанол – химические и физические свойства, общая характеристика. Образовательный портал Nauka.Club. Дата обращения: 18 сентября 2023.

  8. ↑ 8,0 8,1 Метанол – химические и физические свойства, общая характеристика. Образовательный портал Nauka.Club. Дата обращения: 19 сентября 2023.

  9. ↑ 9,0 9,1 . Studbooks.net. Дата обращения: 22 сентября 2023.

  10. . Большая энциклопедия нефти и газа. Дата обращения: 25 сентября 2023.

  11. Дядченко В.П. Введение в стереохимию. Методическая разработка для студентов. — М.: МГУ, 1994. — 74 с.

  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5 12,6 12,7 12,8 12,9 Метанол: химические свойства и получение. chemege.ru. Дата обращения: 22 сентября 2023.

  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 Кемалов,Р.А., Кемалов, А.Ф. Технологии получения и применения метанола. Казанский Федеральный Университет, Институт геологии и нефтегазовых технологий, Кафедра высоковязких нефтей и природных битумов. Дата обращения: 22 сентября 2023.

  14. ↑ 14,0 14,1 Рахматуллина, А.П., Бескровный, Д. В. Химическая технология переработки газового сырья. Химия синтез-газа. — К.: Изд-во КНИТУ, 2017. — С. 69—72.

  15. ↑ 15,0 15,1 Метанол и продукты на его основе. УралХимСинтез. Дата обращения: 26 сентября 2023.

WLW Checked Off icon.svg Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!

  • стандартная молярная теплоёмкость вещества, С_o_p = 48,19 Дж/(моль·К);

  • стандартная энтальпия образования, Δ_H_o298 = −51,037 кДж/моль;

  • стандартная энтропия, _S_o298 = 243,4 Дж/(моль·К);

  • стандартная энергия Гиббса образования, Δ_G_o298 = −11,68 кДж/моль;

  • теплота сгорания, Δ_H_oсгор. = −1306 кДж/моль[3].

Некоторые физические константы окиси этилена:

Поверхностное натяжение в жидком состоянии на границе с собственным паром[18]:

| T, °C | σ, мДж/м² |

| ——- | ——— |

| −50,1 | 35,8 |

| −0,1 | 27,6 |

Температура кипения при давлении пара выше 101,3 кПа[19]:

| P, МПа | P, атм | T, °C |

| ——– | ——– | ——- |

| 0,507 | 5 | 57,7 |

| 1,013 | 10 | 83,6 |

| 2,027 | 20 | 114,0 |

Вязкость[20]:

| T, °C | η, 10−3 Па·с |

| ——- | ———— |

| −49,8 | 0,577 |

| −38,2 | 0,488 |

| −21,0 | 0,394 |

| 0,0 | 0,320 |

Уравнение зависимости давления пара в интервале от −91 до 10,5 °C[21]:

lg(p [мм рт. ст.]) = 6,251 − 1115,1 / (244,14 + t [°C]).

Дипольный момент при температуре 17—176 °C[22]:

6,26⋅10−30 Кл·м (1,89 Д).

| Температура,°C | Давление пара,кПа | Энтальпия жидкости,Дж/г | Энтальпия испарения,Дж/г | Плотность,кг/л | Теплоёмкость,Дж/(кг·К) | Теплопроводность,Вт/(м·К) |

| ————– | —————– | ———————– | ———————— | ————– | ———————- | ————————- |

| −40 | 8,35 | 0 | 628,6 | 0,9488 | 1878 | 0,20 |

| −20 | 25,73 | 38,8 | 605,4 | 0,9232 | 1912 | 0,18 |

| 0 | 65,82 | 77,3 | 581,7 | 0,8969 | 1954 | 0,16 |

| +20 | 145,8 | 115,3 | 557,3 | 0,8697 | 2008 | 0,15 |

| +40 | 288,4 | 153,2 | 532,1 | 0,8413 | 2092 | 0,14 |

| +60 | 521,2 | 191,8 | 505,7 | 0,8108 | 2247 | 0,14 |

| +80 | 875,4 | 232,6 | 477,4 | 0,7794 | 2426 | 0,14 |

| +100 | 1385,4 | 277,8 | 445,5 | 0,7443 | 2782 | 0,13 |

| +120 | 2088 | 330,4 | 407,5 | 0,7052 | 3293 | н/д[23] |

| +140 | 3020 | 393,5 | 359,4 | 0,6609 | 4225 | н/д |

| +160 | 4224 | 469,2 | 297,1 | 0,608 | н/д | н/д |

| +180 | 5741 | 551,2 | 222,5 | 0,533 | н/д | н/д |

| +195,8 | 7191 | н/д | н/д | н/д | н/д | н/д |

| Температура, К | Энтропия, Дж/(моль·К) | Теплота образования, кДж/моль | Свободная энергия образования, кДж/моль | Вязкость, Па·с | Теплопроводность, Вт/(м·К) | Теплоёмкость, Дж/(моль·К) |

| ————– | ——————— | —————————– | ————————————— | ————– | ————————– | ————————- |

| 298 | 242,4 | −52,63 | −13,10 | н/д | н/д | 48,28 |

| 300 | 242,8 | −52,72 | −12,84 | 9,0 | 0,012 | 48,53 |

| 400 | 258,7 | −56,53 | 1,05 | 13,5 | 0,025 | 61,71 |

| 500 | 274,0 | −59,62 | 15,82 | 15,4 | 0,038 | 75,44 |

| 600 | 288,8 | −62,13 | 31,13 | 18,2 | 0,056 | 86,27 |

| 700 | 302,8 | −64,10 | 46,86 | 20,9 | 0,075 | 95,31 |

| 800 | 316,0 | −65,61 | 62,80 | н/д | 0,090 | 102,9 |

Таблица 1. Классификация спиртов по числу гидроксильных групп[6][7][8][13]

| Название | Пример представителя спирта | Химическая формула (сокращённая, полная) | Структурная формула | Шаростержневая модель (по Бриглебу) |

| ——————- | ————————— | —————————————- | —————————————————————————————————————————– | ————————————————————————————————————————————————————- |

| Одноатомные спирты | Метанол | СН4О, CH3OH | Презентация на тему спирты | Презентация на тему спирты |

| Двухатомные спирты | Этиленгликоль | C2H6О2, C2H4(ОН)2 | Презентация на тему спирты | Презентация на тему спирты |

| Трёхатомные спирты | Глицерин | C3H8О3, HOCH2 — CH(OH) — СH2OH | Презентация на тему спирты | Презентация на тему спирты |

| Многоатомные спирты | Ксилит | C5H12О5 | Презентация на тему спирты | Презентация на тему спирты |

Таблица 2. Классификация спиртов по строению углеводородного радикала[6][7][9][13]

| Название, | Пример представителя спитра | Химическая формула (сокращённая, полная) | Структурная формула | Шаростержневая модель |

| ————————————————————————————————————————————————————————- | ——————————————————————- | ————————————————————————————————————————————— | ———————————————————————————————————————————————————————————————- | ———————————————————————————————————————————————————————————————————- |

| Алифатические (ациклические) предельные (насыщенные) спирты,CnH2n+1OН, группа (- ОН) соединена с предельным углеводородным радикалом | Этанол (этиловый спирт) | C2H6О, C2H5ОН | Презентация на тему спирты | Презентация на тему спирты |

| Пропанол-1 (пропиловый спирт) | C3H8О, C3H7ОН | Презентация на тему спирты | Презентация на тему спирты | |

| Алифатические непредельные (ненасыщенные) спирты, группа (- ОН) соединена с непредельным углеводородным радикалом | Аллиловый спирт (проп-2-ен-1-ол) | C3H6О, C3H5ОН | Презентация на тему спиртыАллиловый спирт (проп-2-ен-1-ол) | Презентация на тему спиртыАллиловый спирт (проп-2-ен-1-ол) |

| Непредельные спирты, группа (- ОН) соединена с атомов углерода при двойной связи, содержат в радикале ароматическое кольцо, не связанное непосредственно с группой (- ОН) | Бензиловый спирт (фенилкарбинол, фенилметанол, гидроксиметилбензол) | C7H8О, | Презентация на тему спиртыБензиловый спирт (фенилкарбинол, фенилметанол, гидроксиметилбензол) | Презентация на тему спиртыБензиловый спирт (фенилкарбинол, фенилметанол, гидроксиметилбензол) |

Таблица 3. Классификация спиртов по типу атома углерода, с которым связана гидроксильная группа[6][9][13]

| Графическое изображение | Название, общая формула | Пример представителя спиртов | Химическая формула | Структтурная формула |

| ———————————————————————————————————————————————————————————– | ——————————————————————————– | —————————- | ————————————————————————————————————————————————————————————————- | ————————————————————————————————————————— |

| Презентация на тему спиртыКлассификация спиртов по типу атома углерода | Первичные спирты, содержат одновалентную спиртовую группировку атомов, R — CH2OH | этанол, этиловый спирт | C2H6О, C2H5ОН | Презентация на тему спирты |

| Вторичные спирты, содержат двухвалентную спиртовую группировку атомов, R — CHOHR¹ | пропанол–2 | C3H8О | Презентация на тему спирты | |

| Третичные спирты, содержат трёхвалентную спиртовую группировку атомов, R — CHOH — CH2R¹ | 2–метилпропанол–2,третичный бутиловый спирт | (СН3)3С-ОН | Презентация на тему спирты2 — метилпропанол — 2, третичный бутиловый спирт | |

| Окись этилена | |

| ———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————- | —————————————————————————————————————————— |

| Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели Презентация на тему спиртыИзображение молекулярной модели | |

| Общие | |

| Систематическоенаименование | оксиран |

| Традиционные названия | этиленоксид, 1,2-эпоксиэтан, этилена окись |

| Хим. формула | |

| Рац. формула | C2H4O |

| Физические свойства | |

| Состояние | газ |

| Молярная масса | |

| Плотность | |

| Энергия ионизации | и |

| Термические свойства | |

| Температура | |

| • плавления | |

| • кипения | |

| • вспышки | |

| Пределы взрываемости | |

| Критическая точка | 195,8 °C; 7,19 МПа[3] |

| Мол. теплоёмк. | 48,19[4] Дж/(моль·К) |

| Энтальпия | |

| • образования | |

| Удельная теплота испарения | 25,82[3] |

| Удельная теплота плавления | 5,17[3] |

| Давление пара | |

| Оптические свойства | |

| Показатель преломления | |

| Структура | |

| Дипольный момент | |

| Классификация | |

| Рег. номер CAS | |

| PubChem | |

| Рег. номер EINECS | |

| SMILES | |

| InChI | |

| RTECS | |

| ChEBI | |

| ChemSpider | |

| Безопасность | |

| Предельная концентрация | 1 мг/м³ |

| ЛД50 | 72 мг/кг |

| Токсичность | высокая |

| NFPA 704 | NFPA 704 four-colored diamond |

| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |

| Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе | |

Оксира́н (этиленокси́д, о́кись этиле́на, 1,2-эпоксиэтáн) — органическое химическое гетероциклическое вещество, химическая формула C2H4O. При нормальных условиях — бесцветный газ с характерным сладковатым запахом. Производное этилена и представляет собой простейший эпоксид — трёхчленный гетероцикл, в кольцевой молекуле которого содержатся один атом кислорода и два атома углерода.

Благодаря особенностям электронной структуры молекулы, окись этилена легко вступает в реакции присоединения с раскрытием гетероцикла и поэтому легко подвергается полимеризации.

Смесь паров вещества с воздухом является чрезвычайно огне- и взрывоопасной.

Окись этилена обладает дезинфицирующими свойствами, то есть, является сильным ядом для большинства известных микроорганизмов даже в газообразном виде, что используется для газовой стерилизации, например, одноразовых медицинских шприцев.

Также является медленно действующим сильным ядом для теплокровных животных и человека, проявляя канцерогенное, мутагенное, раздражающее и наркотическое действие.

Окись этилена является одним из важных веществ в основном органическом синтезе и широко используется для получения многих химических веществ и полупродуктов, в частности этиленгликолей, этаноламинов, простых и сложных гликолевых и полигликолевых эфиров и прочих соединений.

В химической промышленности окись этилена получают прямым окислением этилена в присутствии серебряного катализатора.

1. В ответе перечисляем через знак «+» только продукты реакции с коэффициентами. Левую часть реакции писать не нужно. Например:

10 уксусная кислота + 4 K2SO4 + 8 MnSO4 + 12 вода

2. Ответ должен учитывать только те реагенты, которые указаны в задаче, нельзя «брать» дополнительные реагенты. Например, если уравнение в задаче «CH3CHO + KMnO4», требуется дописать уравнение окисления именно в нейтральной среде, а не в кислой. Если без дополнительного реагента реакция не идет, пишем в ответ «не идет».

Исключение: если в задаче один из реагентов дан в растворе (индекс «p-р»), в уравнении реакции может дополнительно участвовать вода.

3. Ответ должен учитывать условия реакции и формы реагента, если они есть. Если при данных условиях реакция не идет, в ответ пишем «не идет».

4. Если у реагентов нет коэффициентов, вы должны сами выбрать, в каком молярном соотношении могут вступить друг с другом эти реагенты в данных условиях, и в соответствии с этим уравнять реакцию. Например, в задаче «C6H5OH + Cl2» допустимо как моно-хлорпроизводное, так и конечный продукт. Если один из реагентов имеет коэффициент, его необходимо учесть, задача «C6H5OH + 1Cl2» означает, что требуется именно моно-хлорпроизводное. Если в уравнении коэффициент одного из реагентов указан, а у другого реагента нет – значит у него подразумевается коэффициент 1.

5. Вещества можно записывать систематическими или тривиальными названиями, а также формулой. Но название должно быть однозначным, например, ответ «хлорид железа» не будет засчитан, т.к. неясно, это FeCl2 или FeCl3. Метилгексан тоже не будет засчитан, т.к. неоднозначен локант, а вот метилбутан – ок.

6. Если реакция дает нестехиометрическую смесь продуктов, в ответе следует писать преобладающий продукт. Если при данных условиях преобладающий продукт неоднозначен (или это выходит за рамки школы) система примет любой допустимый вариант ответа.

7. Коэффициенты и знаки «+» можно отделять пробелами или не отделять, как вам удобнее. Но если название содержит радикал, стоит отделять коэффициент пробелом, чтобы система не спутала коэффициент с локантом и забытым дефисом.

8. Коэффициенты в уравнении должны быть сокращены, но сокращать нужно лишь на общий множитель во всем уравнении. Нельзя сокращать общий множитель коэффициентов в правой части уравнения, если левая при этом окажется дробной. Коэффициент 1 писать не надо.

9. Порядок перечисления продуктов на ваше усмотрение.

10. Во время решения задачи можно пользоваться только химическими таблицами, справочником и графическим редактором. Если во время решения задачи вы сделаете запрос на любое вещество или реакцию, а потом отправите ответ, ваш рейтинг участника не будет повышен.

Промышленное производство на основе окиси этилена

Основные направления промышленного использования

Окись этилена — важнейшее сырьё, используемое в производстве крупнотоннажной химической продукции, являющейся основой для большого числа разнообразных товаров народного потребления во всех промышленно развитых странах.

Презентация на тему спирты

Глобальное промышленное использование окиси этилена, по данным на 2007 год[96]

  • этиленгликоли — используются в качестве антифризов, в производстве полиэстера, полиэтилентерефталата (ПЭТ — сырьё для пластиковых бутылок), агентов для осушения газов, жидких теплоносителей, растворителей и пр.;

  • полиэтиленгликоли — используются в производстве парфюмерии и косметики, фармацевтических препаратов, лубрикантов, растворителей для красок и пластификаторов;

  • эфиры этиленгликоля — входят в состав тормозных жидкостей, моющих средств, растворителей лаков и красок;

  • этаноламины — применяются в производстве мыла и моющих средств, очистки природного газа и аппретирования тканей;

  • этоксилаты[117] — используют в производстве моющих средств, в качестве сурфактантов, эмульгаторов и диспергаторов.

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OH}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CO_{2}}}ightarrow {athsf {(O-CH_{2}CH_{2}-O)C=O{rightarrow[{-CO_{2}}]{+H_{2}O}}HOCH_{2}CH_{2}OH}}}

  • Shell OMEGA® (Only MEG Advanced) technology[122] — двухступенчатый синтез через этиленкарбонат с использованием галогенида фосфония в качестве катализатора. Выход моноэтиленгликоля составляет 99—99,5 %; при этом примеси других гликолей практически отсутствуют. Главное достоинство процесса — получение этиленгликоля высокой чистоты без необходимости дальнейшей очистки.

  • Dow METEOR® (Most Effective Technology for Ethylene Oxide Reactions) technology — комплексная технология получения окиси этилена и его последующего гидролиза в этиленгликоль. Выход моноэтиленгликоля составляет 90—93 %. Главное достоинство процесса — упрощённая структура производства, предполагающая меньшее число стадий и количество оборудования.

Производство эфиров гликолей

Химическая схема производства заключается в реакции соответствующего спирта с окисью этилена:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+ROH}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OR}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HOCH_{2}CH_{2}OR}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OR}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HOCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OR}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OR}}}

Реакция моноэфиров с кислотой или её ангидридом приводит к образованию соответствующих сложных эфиров:

{isplaystyle {athsf {CH_{3}COOH+HOCH_{2}CH_{2}OR}}ightarrow {athsf {ROCH_{2}CH_{2}OCOCH_{3}+H_{2}O}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}NH_{2}}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HOCH_{2}CH_{2})_{2}NH}}}

{isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HOCH_{2}CH_{2})_{3}N}}}

В процессе реакции образуются все три этаноламина, при этом аммиак и часть моноэтаноламина подвергаются рециркуляции. Разделение готовых продуктов осуществляется с помощью вакуумной дистилляции.

Аналогично получают и различные гидроксиалкиламины:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RNH_{2}}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}NHR}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+RNH_{2}}}ightarrow {athsf {(HOCH_{2}CH_{2})_{2}NR}}}

Производство этоксилатов в промышленности осуществляют прямой реакцией высших спиртов, кислот или аминов с окисью этилена в присутствии щелочного катализатора при температуре 120—180 °C.

Презентация на тему спирты

Схематичное изображение производства этоксилатов[126]

  • предварительная подготовка: инициатор или катализатор реакции вместе с исходным сырьём подаются в ёмкость, где происходит его предварительная обработка — смешение, нагрев и вакуумное обезвоживание в соответствии с технологией;

  • химическая реакция: осуществляется в специальном изолированном реакторе в инертной атмосфере (азот) для предотвращения возможного взрыва окиси этилена;

  • завершающая стадия: нейтрализация реакционной смеси, дегазация и очистка товарной продукции.

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HCN}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}CN{rightarrow[{-H_{2}O}]{}}CH_{2}=CH-CN}}}

Прочие направления использования

Общий вид реакций:

Механизм реакций с окисью этилена

Далее будут рассмотрены наиболее типичные химические реакции с участием окиси этилена.

Присоединение воды и спиртов

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-OH}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-OH}}}

{isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-OH}}}

Использование щелочных катализаторов может привести к образованию полиэтиленгликоля:

{isplaystyle {athsf {n(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-(-CH_{2}CH_{2}-O-)_{n}-H}}}

Аналогично протекает реакция со спиртами, в результате чего образуются эфиры этиленгликоля (целлозольвы):

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+C_{2}H_{5}OH}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-OC_{2}H_{5}}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+C_{2}H_{5}OH}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-OC_{2}H_{5}}}}

Реакция с низшими спиртами протекает менее активно, чем с водой, требует более жёстких условий (нагревание до 160 °C, давление до 3 МПа) и присутствия кислотного или щелочного катализатора.

Присоединение карбоновых кислот и их производных

При взаимодействии окиси этилена в присутствии катализаторов с карбоновыми кислотами получаются неполные, а с ангидридами кислот — полные эфиры гликолей:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CH_{3}COOH}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-OCOCH_{3}}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+2(CH_{3}CO){2}O}}ightarrow {athsf {CH{3}COO-CH_{2}CH_{2}-OCOCH_{3}}}}

По аналогии возможно и присоединение амидов кислот:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CH_{3}CONH_{2}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-NHCOCH_{3}}}}

{isplaystyle {athsf {RCOOH+OH^{-}}}ightarrow {athsf {RCOO^{-}+H_{2}O}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RCOO^{-}}}ightarrow {athsf {RCOOCH_{2}CH_{2}O^{-}}}}

{isplaystyle {athsf {RCOOCH_{2}CH_{2}O^{-}+RCOOH}}ightarrow {athsf {RCOOCH_{2}CH_{2}OH+RCOO^{-}}}}

Присоединение аммиака и аминов

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-NH_{2}}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HO-CH_{2}CH_{2})_{2}NH}}}

{isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HO-CH_{2}CH_{2})_{3}N}}}

Аналогично может протекать реакция и с первичными и вторичными аминами:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RNH_{2}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-NHR}}}

{isplaystyle n{athsf {(CH_{2}CH_{2})O+R_{2}NCH_{2}CH_{2}OH}}ightarrow {athsf {R_{2}NCH_{2}CH_{2}O{-}({-}CH_{2}CH_{2}O{-})}}_{n}{athsf {{-}H}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+(CH_{3}){3}N+H{2}O}}ightarrow {athsf {[HOCH_{2}CH_{2}N(CH_{3})_{3}]^{+}OH^{-}}}}

Ароматические первичные и вторичные амины также реагируют с окисью этилена, образуя соответствующие ариламиноспирты.

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HCl}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}

Реакция с галогеноводородами в водном растворе конкурирует с кислотно катализируемой гидратацией окиси этилена, поэтому всегда в качестве побочного продукта будет образовываться этиленгликоль с примесью диэтиленгликоля. Для получения более чистого продукта, можно проводить реакцию в газовой фазе или в среде органического растворителя.

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+CuCl_{2}+2H_{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-Cl+Cu(OH)_{2}ownarrow }}}

Присоединение металлорганических соединений

Взаимодействие окиси этилена с магнийорганическими соединениями (реактивами Гриньяра) можно рассматривать как нуклеофильное замещение под действием карбаниона металлоорганического соединения. Конечным продуктом реакции будет первичный спирт:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RMgBr}}ightarrow {athsf {R-CH_{2}CH_{2}-OMgBr{rightarrow {H_{2}O}}R-CH_{2}CH_{2}-OH}}}

Помимо реактивов Гриньяра по аналогичной схеме присоединяются и другие металлорганические соединения, например, алкиллитий:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RLi}}ightarrow {athsf {R-CH_{2}CH_{2}-OLi{rightarrow {H_{2}O}}R-CH_{2}CH_{2}-OH}}}

Прочие реакции присоединения

Присоединение цианистого водорода

Этиленоксид легко вступает в реакцию с цианистым водородом с образованием этиленциангидрина:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HCN}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-CN}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+Ca(CN){2}+2H{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-CN+Ca(OH)_{2}}}}

Этиленциангидрин легко теряет воду, образуя акрилонитрил:

{isplaystyle {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-CN}}ightarrow {athsf {CH_{2}=CH-CN+H_{2}O}}}

Присоединение сероводорода и меркаптанов

Взаимодействуя с сероводородом, окись этилена образует 2-меркаптоэтанол и тиодигликоль, с алкилмеркаптанами получается 2-алкилмеркаптоэтанол:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}S}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-SH}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}S}}ightarrow {athsf {(HO-CH_{2}CH_{2})_{2}S}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RHS}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-SR}}}

Избыток окиси этилена с водным раствором сероводорода приводит к трис-(гидроксиэтил)сульфония гидроксиду:

{isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}S}}ightarrow {athsf {[(HO-CH_{2}CH_{2})_{3}S^{+}]OH^{-}}}}

Присоединение азотистой и азотной кислот

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+Ca(NO_{2}){2}+2H{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-NO_{2}+Ca(OH)_{2}}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HNO_{3}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-ONO_{2}{rightarrow[{-H_{2}O}]{+HNO_{3}}}O_{2}NO-CH_{2}CH_{2}-ONO_{2}}}}

Реакция с соединениями, содержащими активную метиленовую группу

Получение 2-ацетилбутиролактона

Присоединение к ароматическим соединениям

Окись этилена вступает в реакцию Фриделя — Крафтса с бензолом с образованием фенилэтилового спирта:

Реакция Фриделя — Крафтса с участием окиси этилена

Реакции синтеза краун-эфиров

С помощью окиси этилена можно получить ряд многочленных гетероциклических соединений, известных как краун-эфиры.

{isplaystyle {athsf {n(CH_{2}CH_{2})Oightarrow (-CH_{2}CH_{2}-O-)_{n}}}}

Синтез 1,3,6,9,2λ4-Тетраоксатиа-2-циклоундеканона

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O{rightarrow {200^{o}C,Al_{2}O_{3}}}CH_{3}CHO}}}

{isplaystyle [1]{athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}ightleftarrows dot {athsf {CH_{2}CH_{2}Odot }}ightarrow {athsf {CH_{3}CHO^{*}}}}

{isplaystyle [2]{athsf {CH_{3}CHO^{*}}}ightarrow {athsf {CH_{3}dot +CHOdot }}}

{isplaystyle [3]{athsf {CH_{3}CHO^{}+M}}ightarrow {athsf {CH_{3}CHO+M^{}}}}

Окись этилена может быть подвергнута гидрированию с образованием этилового спирта в присутствии катализатора:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}{rightarrow {80^{o}C,Ni}}C_{2}H_{5}OH}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}{rightarrow {Zn+CH_{3}COOH}}CH_{2}=CH_{2}+H_{2}O}}}

Окись этилена может быть окислена в зависимости от условий до гликолевой кислоты или до диоксида углерода:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+O_{2}{rightarrow {AgNO_{3}}}HOCH_{2}COOH}}}

В присутствии кислотных катализаторов можно провести димеризацию окиси этилена с образованием диоксана:

Синтез диоксана

Механизм димеризации

Реакция димеризации не является селективной, так как в ходе её проведения всегда образуются побочные продукты и, в частности, ацетальдегид (вследствие реакции изомеризации).

{isplaystyle {athsf {n(CH_{2}CH_{2})O{rightarrow {SnCl_{4}}}(-CH_{2}CH_{2}-O-)_{n}}}}

На первой стадии происходит инициация катализатора (MXm) под действием алкил- или ацилгалогенида или соединения с активным атомом водорода, обычно воды, спирта или гликоля:

{isplaystyle {athsf {MX_{m}+ROH}}ightarrow {athsf {MX_{m}RO^{-}H^{+}}}}

Образующийся активный комплекс вступает в реакцию с окисью этилена по SN2-механизму:

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+MX_{m}RO^{-}H^{+}}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}dot dot dot {athsf {H^{+}O^{-}RMX_{m}}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}dot dot dot {athsf {H^{+}O^{-}RMX_{m}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}^{+}+MX_{m}RO^{-}}}}

{isplaystyle {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}^{+}+n(CH_{2}CH_{2})O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-(O-CH_{2}CH_{2})_{n}^{+}}}}

{isplaystyle {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-(O-CH_{2}CH_{2}){n}^{+}+MX{m}RO^{-}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-(O-CH_{2}CH_{2}){n}-OR+MX{m}}}}

{isplaystyle {athsf {H(O-CH_{2}CH_{2}){n}-O-CH{2}-CH_{2}^{+}+MX_{m}RO^{-}}}ightarrow {athsf {H(O-CH_{2}CH_{2}){n}-O-CH=CH{2}+MX_{m}+ROH}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RONa}}ightarrow {athsf {RO-CH_{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}}}}

{isplaystyle {athsf {RO-CH_{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}+n(CH_{2}CH_{2})O}}ightarrow {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}}}}

{isplaystyle {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}}}ightarrow {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH=CH{2}+NaOH}}}

{isplaystyle {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}+H_{2}O}}ightarrow {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O)_{n+1}OH+NaOH}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}ightarrow dot {athsf {CH_{2}CH_{2}Odot }}ightarrow {athsf {CH_{2}O+CH_{2}:}}}

Проводя термическую деструкцию окиси этилена в присутствии соединений переходных металлов в качестве катализаторов, можно не только уменьшить её температуру, но и получить в качестве основного продукта этилен, то есть фактически провести реакцию обратную синтезу окиси этилена прямым окислением.

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+(NH_{2}){2}C=S}}ightarrow {athsf {athsf {(CH{2}CH_{2})S+(NH_{2})_{2}C=O}}}}

Механизм синтеза тиирана из окиси этилена под действием тиоцианат-ионов

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{5}}}ightarrow {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-Cl+POCl_{3}}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{3}}}ightarrow {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OPCl_{2}}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{3}}}ightarrow {athsf {(Cl-CH_{2}CH_{2}-O)_{2}PCl}}}

{isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{3}}}ightarrow {athsf {(Cl-CH_{2}CH_{2}-O)_{3}P}}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RCOCl+NaI}}ightarrow {athsf {RC(O)-OCH_{2}CH_{2}-I+NaCl}}}

Получение этиленкарбоната

Получение 1,3-диоксолана

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CO+H_{2}}}ightarrow {athsf {CHO-CH_{2}CH_{2}-OH{rightarrow {+H_{2}}}HO-CH_{2}CH_{2}CH_{2}-OH}}}

История промышленного производства окиси этилена

Хлоргидриновый процесс производства окиси этилена

Технологически хлоргидриновый процесс состоит из следующих этапов:

  • получение этиленхлоргидрина;

  • дегидрохлорирование этиленхлоргидрина с получением окиси этилена;

  • очистка окиси этилена.

{isplaystyle {athsf {[1]Cl_{2}+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HOCl+HCl}}}

{isplaystyle {athsf {[2]CH_{2}=CH_{2}+HOCl}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}

{isplaystyle {athsf {[3]CH_{2}=CH_{2}+Cl_{2}}}ightarrow {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}

{isplaystyle {athsf {2OH-CH_{2}CH_{2}-Cl+Ca(OH){2}}}ightarrow {athsf {2(CH{2}CH_{2})O+CaCl_{2}+H_{2}O}}}

Процесс производства окиси этилена прямым окислением этилена

Использование метода прямого окисления этилена в мировой промышленности

Презентация на тему спирты

Схема получения оксида этилена по методу Union Carbide Corp.[70]

  • Разработчик: Union Carbide Corp.[71]

Первая компания, реализовавшая промышленный метод прямого окисления этилена. Начиная с 1994 года, использует так называемый The METEOR[72] process, характеризующийся высокой производительностью, низкими начальными капитальными вложениями одновременно с низкими операционными затратами. Метод является исключительной собственностью компании и используется только на её собственных заводах (около 20 % всех мировых мощностей)[70].

  • Разработчик: Scientific Design Co., Inc.

Метод близкий к предыдущему, но широко распространённый в мире из-за системы лицензирования (с 1983 года реализовано около 90 проектов; около 25 % всех мировых мощностей и 75 % всех лицензионных производств окиси этилена)[70][73].

  • Разработчик: Shell International Chemicals B.V.

Метод отличает высокая гибкость в отношении специфических требований конкретных производств, повышенная селективность в отношении выхода окиси этилена, а также долгое время жизни катализатора (3 года). Занимает около 40 % всех мировых мощностей по производству этиленоксида[70].

  • Разработчик: Japan Catalytic Chemical Co.

Лицензионный метод, близкий методу Scientific Design, но адаптированный к организации единого производственного комплекса, предполагающего совмещение производства окиси этилена и этиленгликолей.

Химия и кинетика процесса прямого окисления этилена

Формально процесс прямого окисления этилена в присутствии серебряного катализатора можно записать в виде уравнения:

{isplaystyle {athsf {2CH_{2}=CH_{2}+O_{2}{rightarrow {Ag}}2(CH_{2}CH_{2})O}}}

Вместе с тем, изучая практический процесс проведения реакции, можно наблюдать значительное количество углекислого газа и воды в её продуктах, что можно было бы объяснить полным окислением этилена или окиси этилена:

{isplaystyle {athsf {CH_{2}=CH_{2}+3O_{2}ightarrow 2CO_{2}+2H_{2}O}}}

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+5O_{2}ightarrow 4CO_{2}+4H_{2}O}}}

Механизм реакции прямого окисления этилена широко изучался, однако по настоящий момент не существует общепринятого мнения научного сообщества по этому вопросу.

{isplaystyle {athsf {O_{2}+4Ag(adj){rightarrow {}}4Ag+2O^{2-}(ads)}}}

{isplaystyle {athsf {O_{2}+Ag{rightarrow {}}Ag^{+}+O_{2}^{-}}}}

{isplaystyle {athsf {O_{2}^{-}(ads)+CH_{2}=CH_{2}{rightarrow {}}(CH_{2}CH_{2})O+O(ads)}}}

{isplaystyle {athsf {6O(ads)+CH_{2}=CH_{2}{rightarrow {}}2CO_{2}+2H_{2}O}}}

Здесь (ads) — частицы, адсорбированные на поверхности катализатора; (adj) — частицы серебра, непосредственно граничащие с атомами кислорода.

Общая схема реакции будет выглядеть следующим образом:

{isplaystyle {athsf {7CH_{2}=CH_{2}+6O_{2}ightarrow 6(CH_{2}CH_{2})O+2CO_{2}+2H_{2}O}}}

{isplaystyle {athsf {6N_{2}O+6Ag^{*}{rightarrow {}}6(Ad-O)+6N_{2}}}}

{isplaystyle {athsf {6(Ad-O)+6CH_{2}=CH_{2}{rightarrow {}}2CO_{2}+2H_{2}O+6Ag^{*}}}}

Несмотря на существование единого фундаментального химического процесса каталитического окисления этилена, на практике существуют две различные технологические схемы окисления: более старая, предполагающая использование воздуха, и новая с использованием кислорода (>95 %).

| Параметры | Окисление воздухом | Окисление кислородом |

| ———————————————- | —————— | ——————– |

| Содержание этилена в газовой смеси, % молярных | 2—10 | 20—35 |

| Температура процесса, °C | 220—277 | 220—235 |

| Рабочее давление, МПа | 1—3 | 2—3 |

| Конверсия (по этилену), % | 20—65 | 8—12 |

| Фактический выход окиси этилена, % молярных | 63—75 | 75—82 |

  • процессы, использующие высокое давление, имеют меньшие издержки по сжатию кислорода по сравнению с воздухом;

  • каталитические процессы с низкой конверсией по кислороду являются более дорогими в случае использования воздуха из-за необходимости удаления азота во время рециркуляции реакционной газовой смеси;

  • процессы, в результате которых образуются опасные химические вещества, более управляемы в случае использования кислорода;

  • более простое разделение продуктов реакции из-за отсутствия необходимости отделения азота;

  • более быстрое и эффективное протекание реакции из-за отсутствия эффекта разбавления.

Мировое производство окиси этилена

| Регион | Число производителей | Производство, тыс. тонн |

| ——————————————————————————————— | ——————– | ———————— |

| Северная Америка США Канада Мексика | 1033 | 40091084350 |

| Южная Америка Бразилия Венесуэла | 21 | 31282 |

| Европа Бельгия Франция Германия Нидерланды Испания Турция Великобритания Восточная Европа | 2142111нет данных | 770215995460100115300950 |

| Ближний Восток Иран Кувейт Саудовская Аравия | 212 | 2013501781 |

| Азия Китай Тайвань Индия Индонезия Япония Малайзия Южная Корея Сингапур | нет данных4>214131 | 135482048817594938574080 |

Крупнейшие мировые производители окиси этилена по объёму производственных мощностей, по состоянию на 2006 год (№ 1, 2, 5, 6), 2008—2009 гг. (№ 3, 4, 7):

  1. Dow Chemical Company: 3000—3500 тыс. тонн[97];

  2. SABIC (Saudi Basic Industries Corp.): 2000—2500 тыс. тонн[97];

  3. Shell: 1328 тыс. тонн[98][99][100][101][102];

  4. BASF: 1175 тыс. тонн[103];

  5. Китайская нефтехимическая корпорация: ~ 1000 тыс. тонн[97];

  6. : 800—1000 тыс. тонн[97];

  7. Ineos: 920 тыс. тонн[104].

Производство окиси этилена в России

Презентация на тему спирты

Долевая структура производителей окиси этилена в России в 2008 году

Производство окиси этилена в России осуществляется на следующих предприятиях:

  • ПАО «Нижнекамскнефтехим» (г. Нижнекамск, Республика Татарстан)[107];

Проектная мощность на 2008 год: 320 тыс. тонн/год.

Объём производства в 2008 году: 248,8 тыс. тонн[108].

  • АО «Сибур-Нефтехим»[109] (Завод окиси этилена и гликолей, г. Дзержинск, Нижегородская область)[110];

Проектная мощность на 2008 год: 240 тыс. тонн/год.

Объём производства в 2008 году: 239 тыс. тонн, в том числе товарной окиси этилена 80,4 тыс. тонн[111].

  • ОАО «Казаньоргсинтез» (Завод «Оргпродукты», г. Казань, Республика Татарстан)[112];

Проектная мощность на 2008 год: 60 тыс. тонн/год[113].

Объём производства в 2008 году: 44 тыс. тонн.

Идентификация окиси этилена

Простейшей качественной реакцией может служить свойство окиси этилена осаждать нерастворимые гидроксиды металлов при её пропускании через водные растворы солей, например:

{isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+MnCl_{2}+2H_{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-Cl+Mn(OH)_{2}ownarrow }}}

{isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NaCl+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-Cl+NaOH}}}

  • цветные реакции с производными пиридина;

  • реакция образующегося при гидролизе этиленгликоля с иодной кислотой — образующаяся иодноватая кислота определяется с помощью нитрата серебра.

Нахождение в природе

  • Ментол содержится в эфирном масле мяты и герани

Ментол содержится в эфирном масле мяты и герани

  • Бисаболол входит в состав эфирного масла ромашки, тополя

Бисаболол входит в состав эфирного масла ромашки, тополя

  • Фенхол содержится в смоле хвойных деревьев и плодах фенхеля

Фенхол содержится в смоле хвойных деревьев и плодах фенхеля

  • Сабинол содержится в эфирном масле тысячелистника

Сабинол содержится в эфирном масле тысячелистника

  • Туйол содержится в эфирном масле шалфея

Туйол содержится в эфирном масле шалфея

Таблица 6. Нахождение спиртов в природе

| Холестерол | Эргостерол | Сорбитол | Маннит |

| ——————————————————————————————————————————————————————————————————————- | —————————————————————————————————————————————————————————————— | ———————————————————————————————————————————————————— | ——————————————————————————————————————————————————————————————————- |

| Презентация на тему спиртыХолестерол содержится в клетках растительных и животных организмов | Презентация на тему спиртыЭргостерол содержится в некоторых водорослях и грибах | Презентация на тему спиртыСорбитол содержится в ягодах вишни и рябины | Презентация на тему спиртыМаннитол содержится в морских водорослях, грибах |

Строение и физические свойства

Презентация на тему спирты

Строение молекулы спиртов

Презентация на тему спирты

Презентация на тему спирты

Водородные связи (тонкая линия) в молекуле спиртов

Строение и параметры молекулы

Презентация на тему спирты

Строение молекулы окиси этилена

| Уравнение реакции | Δ_H_o298, кДж/моль | Метод определения |

| —————————————– | —————— | —————————————————- |

| (C2H4)O → C2H4 + O (разрыв двух связей) | 354,38 | Вычислено, исходя из энтальпий образования атомов |

| C2H5OH → C2H5 + OH (разрыв одной связи) | 405,85 | Электронный удар |

| CH3OCH3 → CH3O + CH3 (разрыв одной связи) | 334,72 | Вычислено, исходя из энтальпий образования радикалов |

Особенности строения молекулы окиси этилена определяют его химическую активность и объясняют лёгкость раскрытия цикла в многочисленных реакциях присоединения (см. раздел «Химические свойства»).

Литература и прочие внешние источники

  • Дымент О. Н., Казанский К. С., Мирошников А. М. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена / Под ред. О. Н. Дымента. — М.: Химия, 1976. — 376 с.

  • Зимаков П. В. Окись этилена. — М.: Госхимиздат, 1946. — 240 с.

  • Малиновский М. С. Окиси олефинов и их производные / Под ред. проф. П. В. Зимакова и к. т. н. О. Н. Дымента. — М.: Госхимиздат, 1961. — 554 с.

  • Окись этилена / Под ред. проф. П. В. Зимакова и к. т. н. О. Н. Дымента. — М.: Химия, 1967. — 320 с.

  • Пакен А. М. Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы / Пер. с нем. под ред. Л. С. Эфроса. — Л.: Госхимиздат, 1962. — 964 с.

  • Bailey F. E., Koleske J. V. Alkylene oxides and their polymers. — New York: Marcel Dekker, Inc, 1991. — P. 261. — ISBN 0-8247-8384-0.

Физические свойства и молекулярная структура окиси этилена

  • Cunningham G. L., Jr., Boyd A. W., Myers R. J., Gwinn W. D., Le Van W. I. The Microwave Spectra, Structure, and Dipole Moments of Ethylene Oxide and Ethylene Sulfide (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1951. — . — . (недоступная ссылка)

  • Cunningham G. L., Levan W. I., Gwinn W. D. The Rotational Spectrum of Ethylene Oxide (англ.) // Phys. Rev.. — 1948. — . — .

  • Ikeda M. et al. Survey Observations of c-C2H4O and CH3CHO toward Massive Star-forming Regions (англ.) // ApJ. — 2001. — . — .

  • Lord R. C., Nolin B. Vibrational Spectra of Ethylene Oxide and Ethylene Oxide-d4 (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1956. — . — . (недоступная ссылка)

  • Nakanaga T. Infrared band intensities of ethylene oxide (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1981. — . — . (недоступная ссылка)

  • Pan J., Albert S., Sastry K. V. L. N., Herbst E., De Lucia F. C. The Millimeter- and Submillimeter-Wave Spectrum of Ethylene Oxide (c-C2H4O) (англ.) // ApJ. — 1998. — . — .

  • Sutter D. H., Hüttner W., Flygare W. H. Molecular g Values, Magnetic Susceptibility Anisotropies, and Molecular Quadrupole Moments in Ethylene Oxide (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1969. — . — . (недоступная ссылка)

Химия и промышленное производство окиси этилена

  • ГОСТ 7568-88. Этилена окись. Технические условия. — Издание официальное. — М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1988. — 54 с.

  • Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1988. — 592 с. — ISBN 5-7245-0008-6.

  • Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза. — М.: Химия, 1968. — С. 553—603.

  • Benson S. W. Pyrolysis of Ethylene Oxide. A Hot Molecule Reaction (англ.) // The Journal of Chemical Physics. — 1964. — , . — . (недоступная ссылка)

  • Bielański A., Habe J. Oxidation of Aliphatic Hydrocarbons // Oxygen in catalysis. — New York: Marcel Dekker, Inc, 1991. — P. 277—370. — ISBN 0-8247-8320-4.

  • Chauvel A., Lefebvre G. Chapter 7. Ethylene and propylene oxides // Petrochemical processes 2. Major Oxygenated, Chlorinated and Nitrated Derivatives. — 2nd ed. — Paris: Editions Technip, 1989. — P. 1—68. — ISBN 2-7108-0563-4.

  • // Encyclopedia of chemical processing and design / Edited by John J. McKetta, William A. Cunningham. — New York: Marcel Dekker, Inc, 1984. — P. 274—318. — ISBN 0-8247-2470-4.

  • // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Elastomers, synthetic to Expert Systems. — 4th ed. — New York: John Wiley & Sons, Inc, 1994. — P. 450—466.

  • Wittcoff H., Reuben B. G., Plotkin J. S. Industrial organic chemicals. — 2nd ed. — New Jersey: John Wiley & Sons, Inc, 2004. — 662 p. — ISBN 0-471-44385-9.

Физиологическое воздействие окиси этилена

  • Guidelines for the distribution of Ethylene Oxide. — 3rd rev. — Ethylene Oxide and Derivatives Sector Group, 2004. Архивная копия от 12 октября 2012 на Wayback Machine

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *