Ethylenglykol - Ethylene glycol
|
|||
|
|||
|
|||
| Jména | |||
|---|---|---|---|
|
Preferovaný název IUPAC
Ethan-1,2-diol |
|||
| Ostatní jména
Ethylenglykol
1,2-ethandiolu ethylen alkohol Hypodicarbonous kyselina monoethylenglykol 1,2-dihydroxyethan |
|||
| Identifikátory | |||
|
3D model ( JSmol )
|
|||
| 3DMet | |||
| Zkratky | MEG | ||
| 505945 | |||
| ČEBI | |||
| CHEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Informační karta ECHA |
100,003,159 
|
||
| Číslo ES | |||
| 943 | |||
| KEGG | |||
| Pletivo | Ethylen+glykol | ||
|
PubChem CID
|
|||
| Číslo RTECS | |||
| UNII | |||
| UN číslo | 3082 | ||
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
| Vlastnosti | |||
| C 2 H 6 O 2 | |||
| Molární hmotnost | 62,068 g · mol −1 | ||
| Vzhled | Čirá, bezbarvá kapalina | ||
| Zápach | Bez zápachu | ||
| Hustota | 1,1132 g / cm 3 | ||
| Bod tání | −12,9 ° C (8,8 ° F, 260,2 K) | ||
| Bod varu | 197,3 ° C (387,1 ° F; 470,4 K) | ||
| Mísitelné | |||
| Rozpustnost | Rozpustný ve většině organických rozpouštědel | ||
| log P | -1,69 | ||
| Tlak páry | 0,06 mmHg (20 ° C) | ||
| Viskozita | 1,61 × 10 −2 Pa · s | ||
| Nebezpečí | |||
| Hlavní nebezpečí | Škodlivý | ||
| Bezpečnostní list |
Viz: datová stránka Externí MSDS |
||
| Piktogramy GHS |
 
|
||
| Signální slovo GHS | Varování | ||
| H302 , H373 | |||
| P260 , P264 , P270 , P301+312 , P314 , P330 , P501 | |||
| NFPA 704 (ohnivý diamant) | |||
| Bod vzplanutí | 111 ° C (232 ° F; 384 K) uzavřený pohár | ||
| 410 ° C (770 ° F; 683 K) | |||
| Výbušné limity | 3,2–15,2% | ||
| NIOSH (limity expozice USA pro zdraví): | |||
|
PEL (přípustné)
|
Žádný | ||
|
REL (doporučeno)
|
Žádný stanoven | ||
|
IDLH (bezprostřední nebezpečí)
|
Žádný | ||
| Související sloučeniny | |||
|
Související dioly
|
Propylenglykol Diethylenglykol Triethylenglykol Polyethylenglykol |
||
| Stránka doplňkových údajů | |||
|
Index lomu ( n ), dielektrická konstanta (ε r ) atd. |
|||
|
Termodynamická
data |
Fázové chování pevná látka – kapalina – plyn |
||
| UV , IR , NMR , MS | |||
|
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|||
 ověřit ( co je to ?)
  |
|||
| Reference na infobox | |||
Ethylenglykol ( název IUPAC : ethan-1,2-diol) je organická sloučenina se vzorcem (CH 2 OH) 2 . Používá se hlavně ke dvěma účelům, jako surovina při výrobě polyesterových vláken a pro nemrznoucí směsi . Je to viskózní kapalina bez zápachu, bez barvy, sladké chuti.
Výroba
Průmyslové cesty
Ethylenglykol se vyrábí z ethylenu (etenu), meziproduktem ethylenoxidu . Ethylenoxid reaguje s vodou za vzniku ethylenglykolu podle chemické rovnice :
- C 2 H 4 O + H 2 O → HO − CH 2 CH 2 −OH
Tato reakce může být katalyzována buď kyselinami nebo zásadami , nebo může probíhat při neutrálním pH za zvýšených teplot. Nejvyšší výtěžky ethylenglykolu se vyskytují při kyselém nebo neutrálním pH s velkým přebytkem vody. Za těchto podmínek lze dosáhnout výtěžku 90% ethylenglykolu. Hlavními vedlejšími produkty jsou oligomery diethylenglykol , triethylenglykol a tetraethylenglykol . Oddělení těchto oligomerů a vody je energeticky náročné. Ročně se vyrobí asi 6,7 milionu tun.
Vyšší selektivity se dosáhne použitím Shell s OMEGA procesu . V procesu OMEGA se ethylenoxid nejprve převede na oxid uhličitý ( CO
2) na ethylenkarbonát . Tento kruh se potom hydrolyzuje zásaditým katalyzátorem ve druhém kroku za vzniku monoetylenglykolu s 98% selektivitou. Oxid uhličitý se v tomto kroku opět uvolňuje a může být přiváděn zpět do procesního okruhu. Oxid uhličitý pochází částečně z výroby ethylenoxidu, kde je část ethylenu zcela oxidována .
Ethylenglykol se vyrábí z oxidu uhelnatého v zemích s velkými zásobami uhlí a méně přísnými ekologickými předpisy. Oxidační karbonylaci methanolu na dimethyloxalátu poskytuje slibný přístup k produkci C 1 založeném ethylenglykolu. Dimethyloxalát lze ve vysokých výtěžcích (94,7%) převést na ethylenglykol hydrogenací s měděným katalyzátorem:
Protože je methanol recyklován, spotřebovává se pouze oxid uhelnatý, vodík a kyslík. Jeden závod s výrobní kapacitou 200 000 tun ethylenglykolu ročně je ve Vnitřním Mongolsku a druhý závod v čínské provincii Henan s kapacitou 250 000 tun ročně byl naplánován na rok 2012. Od roku 2015 byly čtyři závody v Číně s kapacitou 200 000 t/rok každý fungoval a následovalo nejméně 17 dalších.
Biologické cesty
Housenka z větší voskového můra, Galleria mellonella , má střevní bakterie se schopností k degradaci polyethylenu (PE) do ethylenglykolu.
Historické trasy
Podle většiny zdrojů francouzský chemik Charles-Adolphe Wurtz (1817–1884) nejprve připravil ethylenglykol v roce 1856. Nejprve zpracoval „ethylenjodid“ (C 2 H 4 I 2 ) octanem stříbrným a poté hydrolyzoval výsledný „ethylen diacetát“ s hydroxidem draselným . Wurtz pojmenoval svou novou sloučeninu „glykol“, protože měla stejné vlastnosti jak s ethylalkoholem (s jednou hydroxylovou skupinou), tak s glycerinem (se třemi hydroxylovými skupinami). V roce 1859, Wurtz připravený ethylenglykolu přes hydratací z ethylenoxidu . Zdá se, že před první světovou válkou , kdy byl syntetizován z ethylenchloridu v Německu a používán jako náhražka glycerolu v průmyslu výbušnin, neexistovala žádná komerční výroba ani aplikace ethylenglykolu .
Ve Spojených státech byla v roce 1917 zahájena semi-komerční výroba ethylenglykolu prostřednictvím ethylenchlorhydrinu . První rozsáhlá komerční glykolová továrna byla postavena v roce 1925 v South Charlestonu v Západní Virginii společností Carbide and Carbon Chemicals Co. (nyní Union Carbide Corp.) . V roce 1929 už etylenglykol používali téměř všichni výrobci dynamitu . V roce 1937 spustil Carbide první závod založený na Lefortově procesu oxidace ethylenu na ethylenoxid v plynné fázi. Karbid si udržel monopol na proces přímé oxidace až do roku 1953, kdy byl proces Scientific Design komercializován a nabízen k licencování.
Využití
Chladivo a prostředek pro přenos tepla
Hlavní použití ethylenglykolu je jako nemrznoucí přísady v chladicí kapalině například v automobilech a klimatizačních systémech, které buď chladič nebo vzduchotechnické jednotky umístí ven, nebo musí vychladnout pod teplotu tuhnutí vody. V geotermálních systémech vytápění /chlazení je ethylenglykol tekutina, která transportuje teplo pomocí geotermálního tepelného čerpadla . Ethylenglykol buď získává energii ze zdroje (jezero, oceán, studna ), nebo odvádí teplo do jímky, v závislosti na tom, zda je systém používán k vytápění nebo chlazení.
Čistý ethylenglykol má specifickou tepelnou kapacitu přibližně poloviční než voda. Ethylenglykol, který poskytuje ochranu před mrazem a zvýšenou teplotu varu, snižuje měrnou tepelnou kapacitu vodních směsí ve srovnání s čistou vodou. Hmotnostní směs 1: 1 má měrnou tepelnou kapacitu asi 3140 J/(kg · ° C) (0,75 BTU/(lb · ° F)), tři čtvrtiny čisté vody, což vyžaduje zvýšené průtoky ve stejné srovnání systému s vodou. Vytváření velkých bublin v chladicích pasážích spalovacích motorů bude vážně bránit tepelnému toku (toku) z oblasti, takže není dovoleno vytváření nukleace (malých bublin). Velké bubliny v chladicích pasážích se budou udržovat samy nebo se budou zvětšovat s prakticky úplnou ztrátou chlazení v dané oblasti. S čistým MEG (monoetylenglykol) dosáhne horké místo 200 ° C (392 ° F). Chlazení jinými efekty, jako je tah vzduchu z ventilátorů (v čistě nukleační analýze není zohledněno), pomůže zabránit tvorbě velkých bublin.
Směs ethylenglykolu s vodou poskytuje další výhody pro chladicí a nemrznoucí roztoky, jako je prevence koroze a degradace kyselin a také inhibice růstu většiny mikrobů a hub. Směsi ethylenglykolu a vody se někdy v průmyslu neformálně označují jako glykolové koncentráty, sloučeniny, směsi nebo roztoky.
Nemrznoucí směs
Čistý ethylenglykol zmrzne při asi -12 ° C (10,4 ° F), ale po smíchání s vodou směs zmrzne při nižší teplotě. Například směs 60% ethylenglykolu a 40% vody zamrzne při -45 ° C (-49 ° F). Podobně se chová diethylenglykol . Snížení bodu tuhnutí některých směsí lze vysvětlit jako koligativní vlastnost roztoků, ale ve vysoce koncentrovaných směsích, jako je příklad, se očekávají odchylky od ideálního chování roztoku v důsledku vlivu mezimolekulárních sil . Je důležité si uvědomit, že i když čistá a destilovaná voda bude mít větší měrnou tepelnou kapacitu než jakákoli směs nemrznoucí směsi a vody, komerční nemrznoucí směsi také obvykle obsahují antikorozní přísadu, která zabrání korozi čisté vody v chladicích kanálech v bloku motoru, hlavě válců s), vodní čerpadlo a chladič. Je to z toho důvodu, že dokonce i v oblastech, které nejsou vidět teplotám pod bodem mrazu se směs 1: 1 destilovaná voda do 50/50 nemrznoucí (což vede k 3: 1 vody k mrazuvzdorné poměr) je navrženo jako pravidlo .
V poměru míchání je rozdíl v závislosti na tom, zda se jedná o ethylenglykol nebo propylenglykol. Pro ethylenglykol jsou směšovací poměry typicky 30/70 a 35/65, zatímco směšovací poměry propylenglykolu jsou typicky 35/65 a 40/60. Je důležité, aby směs byla mrazuvzdorná při nejnižší provozní teplotě.
Vzhledem ke sníženým teplotám mrazu se ethylenglykol používá jako rozmrazovací kapalina pro čelní skla a letadla, jako nemrznoucí směs v automobilových motorech a jako součást směsí vitrifikace (antikrystalizace) pro uchování biologických tkání a orgánů při nízkých teplotách.
Použití ethylenglykolu nejen snižuje teplotu tuhnutí vodných směsí, ale také zvyšuje jejich bod varu. To má za následek rozšíření rozsahu provozních teplot pro teplosměnné kapaliny na obou koncích teplotní stupnice. Zvýšení teploty varu je dáno čistým ethylenglykolem, který má mnohem vyšší teplotu varu a nižší tlak par než čistá voda, jak je typické pro většinu binárních směsí těkavých kapalin .
Předchůdce polymerů
V plastikářském průmyslu je ethylenglykol důležitým prekurzorem polyesterových vláken a pryskyřic . Polyethylen tereftalát , který se používá k výrobě plastových lahví na nealkoholické nápoje , se připravuje z ethylenglykolu.
Jiné použití
Dehydratační prostředek
Ethylenglykol se používá v odvětví zemního plynu k odstraňování vodní páry ze zemního plynu před dalším zpracováním, v podstatě stejným způsobem jako triethylenglykol (TEG).
Inhibice hydrátu
Vzhledem ke svému vysokému bodu varu a afinitě k vodě je ethylenglykol užitečným vysoušedlem . Ethylenglykol je široce používán k inhibici tvorby klatrátů (hydrátů) zemního plynu v dlouhých vícefázových potrubích, která dopravují zemní plyn ze vzdálených plynových polí do zařízení na zpracování plynu. Ethylenglykol může být získán ze zemního plynu a znovu použit jako inhibitor po čištění, při které se odstraní voda a anorganické soli.
Zemní plyn je dehydratován ethylenglykolem. V této aplikaci etylenglykol stéká z vrcholu věže a setkává se se stoupající směsí vodní páry a uhlovodíkových plynů. Z vrcholu věže vychází suchý plyn. Glykol a voda se oddělí a glykol se recykluje. Místo odstranění vody lze použít ethylenglykol také ke snížení teploty, při které se tvoří hydráty . Čistota glykolu použitého pro potlačení hydrátu (monoethylenglykol) je typicky kolem 80%, zatímco čistota glykolu použitého pro dehydrataci (triethylenglykol) je typicky 95 až více než 99%. Kromě toho je rychlost vstřikování pro potlačení hydrátu mnohem nižší než rychlost cirkulace v glykolové dehydratační věži.
Aplikace
Menší použití ethylenglykolu zahrnuje výrobu kondenzátorů jako chemického meziproduktu při výrobě 1,4-dioxanu , jako přísady k prevenci koroze v kapalných chladicích systémech osobních počítačů a uvnitř čočkových zařízení typu katodové trubice televizorů se zadní projekcí. Ethylenglykol se také používá při výrobě některých vakcín , ale sám není v těchto injekcích přítomen. Používá se jako vedlejší (1–2%) přísada do laku na boty a také do některých inkoustů a barviv. Ethylenglykol zaznamenal určité použití jako léčba hniloby a plísní dřeva, a to jak preventivně, tak i poté. V několika případech byl použit k ošetření částečně shnilých dřevěných předmětů, které mají být vystaveny v muzeích. Je to jedna z mála procedur, které úspěšně zvládají hnilobu v dřevěných člunech, a je relativně levná. Ethylenglykol může být také jednou z vedlejších přísad v čisticích roztocích spolu s hlavní složkou isopropylalkoholem . Etylenglykol se běžně používá jako konzervační prostředek pro biologické vzorky, zejména na středních školách při pitvě jako bezpečnější alternativa k formaldehydu . Používá se také jako součást hydraulické kapaliny na vodní bázi používané k řízení podmořských zařízení na výrobu ropy a plynu.
Ethylenglykol se používá jako ochranná skupina v organické syntéze k ochraně karbonylových sloučenin, jako jsou ketony a aldehydy.
Oxid křemičitý reaguje v zahřátém refluxu pod dinitrogenem s ethylenglykolem a zásaditým kovem za vzniku vysoce reaktivních, pentacoordinátových křemičitanů, které poskytují přístup k široké škále nových křemíkových sloučenin. Silikáty jsou v podstatě nerozpustné ve všech polárních rozpouštědlech kromě methanolu.
Může být také použit při výrobě vakcín nebo jako náhrada formaldehydu při konzervování biologických vzorků.
Chemické reakce
Ethylenglykol se používá jako ochranná skupina pro karbonylové skupiny v organické syntéze . Ošetření ketonu nebo aldehydu s ethylenglykolem v přítomnosti kyselého katalyzátoru (například p-toluensulfonové kyseliny , BF 3 · Et 2 O ) se získá odpovídající si 1,3- dioxolan , který je odolný proti základen a dalších nukleofilů. 1,3-dioxolanovou chránící skupinu lze poté odstranit další kyselou hydrolýzou . V tomto příkladu byl isophoron chráněn použitím ethylenglykolu s kyselinou p-toluensulfonovou v mírném výtěžku. Voda byla odstraněna azeotropickou destilací, aby se rovnováha posunula doprava.
Toxicita
Etylenglykol má při požití vysokou toxicitu pro savce, zhruba na stejné úrovni jako methanol , s orálním LD Lo = 786 mg/kg pro člověka. Hlavní nebezpečí je způsobeno jeho sladkou chutí, která může přilákat děti a zvířata. Při požití se ethylenglykol oxiduje na kyselinu glykolovou , která je zase oxidována na toxickou kyselinu šťavelovou . To a jeho toxické vedlejší produkty nejprve postihují centrální nervový systém , poté srdce a nakonec ledviny. Požití dostatečného množství je smrtelné, pokud není léčeno. Jen v USA je každoročně zaznamenáno několik úmrtí.
Nemrznoucí produkty pro použití v automobilu, který obsahuje propylenglykol místo ethylenglykolu jsou k dispozici. Obecně jsou považovány za bezpečnější, protože propylenglykol není tak chutný a v těle se přeměňuje na kyselinu mléčnou , normální produkt metabolismu a cvičení.
Austrálie, Velká Británie a sedmnáct států USA (od roku 2012) vyžadují do nemrznoucí směsi přidání hořké příchutě ( denatoniumbenzoát ). V prosinci 2012 se američtí výrobci nemrznoucích směsí dobrovolně dohodli na přidání hořké příchuti do všech nemrznoucích směsí prodávaných na spotřebitelském trhu v USA.
Účinky na životní prostředí
Ethylenglykol je chemikálie o velkém objemu výroby ; na vzduchu se rozpadá asi za 10 dní a ve vodě nebo půdě za několik týdnů. Do životního prostředí se dostává rozptýlením produktů obsahujících ethylenglykol, zejména na letištích, kde se používá v odmrazovacích prostředcích pro přistávací dráhy a letadla. Zatímco prodloužené nízké dávky ethylenglykolu nevykazují žádnou toxicitu, při téměř smrtelných dávkách (≥ 1 000 mg/kg denně) působí ethylenglykol jako teratogen . "Na základě poměrně rozsáhlé databáze indukuje kosterní variace a malformace u potkanů a myší všemi způsoby expozice." Tato molekula byla pozorována ve vesmíru.
Poznámky
Reference
externí odkazy
- Webová stránka pro C2H6O2
- ATSDR - Případové studie environmentální medicíny: Toxicita ethylenglykolu a propylenglykolu
- Kapesní průvodce CDC - NIOSH k chemickým nebezpečím
- Poměr nemrznoucí směsi pro ethylenglykol a propylenglykol
- Zdravotní informace
- Hairong Yue; Yujun Zhao; Xinbin Ma; Jinlong Gong (2012). „Ethylenglykol: vlastnosti, syntéza a aplikace“. Recenze chemické společnosti . 41 (11): 4218–4244. doi : 10,1039/C2CS15359A . PMID 22488259 .