पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल की श्रेणी से संबंधित मानव जीवन और उद्योग में सबसे प्रसिद्ध और उपयोग किए जाने वाले पदार्थ एथिलीन ग्लाइकॉल और ग्लिसरीन हैं। उनका शोध और उपयोग कई सदियों पहले शुरू हुआ था, लेकिन इन कार्बनिक यौगिकों के गुण कई मायनों में अद्वितीय और अद्वितीय हैं, जो उन्हें आज तक अपरिहार्य बनाते हैं। पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल का उपयोग कई रासायनिक संश्लेषण, उद्योगों और मानव जीवन के क्षेत्रों में किया जाता है।
एथिलीन ग्लाइकॉल और ग्लिसरीन के साथ पहला "परिचित": प्राप्त करने का इतिहास
1859 में, सिल्वर एसीटेट के साथ डाइब्रोमोएथेन की प्रतिक्रिया की दो-चरण की प्रक्रिया के माध्यम से और फिर कास्टिक पोटाश के साथ पहली प्रतिक्रिया में प्राप्त एथिलीन ग्लाइकॉल डायसेटेट के उपचार के माध्यम से, चार्ल्स वर्टज़ ने पहले एथिलीन ग्लाइकॉल को संश्लेषित किया। कुछ समय बाद, डाइब्रोमोइथेन के प्रत्यक्ष हाइड्रोलिसिस की एक विधि विकसित की गई, लेकिन बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में औद्योगिक पैमाने पर, डायहाइड्रिक अल्कोहल 1, 2-डाइऑक्साइथेन, जिसे मोनोएथिलीन ग्लाइकॉल या बस ग्लाइकोल के रूप में भी जाना जाता है, संयुक्त राज्य अमेरिका मेंएथिलीन क्लोरोहाइड्रिन के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया गया।
आज, उद्योग और प्रयोगशाला दोनों में, कई अन्य तरीकों का उपयोग किया जाता है, कच्चे माल और ऊर्जा के दृष्टिकोण से नए, अधिक किफायती और पर्यावरण के अनुकूल, क्योंकि क्लोरीन युक्त या जारी करने वाले अभिकर्मकों के उपयोग के बाद से, विषाक्त पदार्थों, कार्सिनोजेन्स और पर्यावरण और मनुष्यों के लिए अन्य खतरनाक पदार्थ, "हरी" रसायन विज्ञान के विकास के साथ घट रहे हैं।
ग्लिसरीन की खोज फार्मासिस्ट कार्ल विल्हेम शीले ने 1779 में की थी, और थियोफाइल जूल्स पेलौज ने 1836 में यौगिक की संरचना का अध्ययन किया था। दो दशक बाद, इस ट्राइहाइड्रिक अल्कोहल के अणु की संरचना को पियरे यूजीन मार्सिले वर्टेलोट और चार्ल्स वर्टज़ के कार्यों में स्थापित और प्रमाणित किया गया था। अंत में, बीस साल बाद, चार्ल्स फ्रीडल ने ग्लिसरॉल का पूर्ण संश्लेषण किया। वर्तमान में, उद्योग इसके उत्पादन के लिए दो तरीकों का उपयोग करता है: प्रोपलीन से एलिल क्लोराइड के माध्यम से, और एक्रोलिन के माध्यम से भी। एथिलीन ग्लाइकॉल के रासायनिक गुण, जैसे ग्लिसरीन, रासायनिक उत्पादन के विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
कनेक्शन की संरचना और संरचना
अणु एथिलीन के एक असंतृप्त हाइड्रोकार्बन कंकाल पर आधारित है, जिसमें दो कार्बन परमाणु होते हैं, जिसमें एक दोहरा बंधन टूट गया है। कार्बन परमाणुओं में खाली वैलेंस साइटों में दो हाइड्रॉक्सिल समूह जोड़े गए थे। एथिलीन का सूत्र C2H4 है, क्रेन के बंधन को तोड़ने और हाइड्रॉक्सिल समूहों को जोड़ने के बाद (कई चरणों के बाद) यह C जैसा दिखता है2एन4(ओएच)2। यह वही हैएथिलीन ग्लाइकॉल।
एथिलीन अणु में एक रैखिक संरचना होती है, जबकि डाइहाइड्रिक अल्कोहल में कार्बन बैकबोन और एक दूसरे के संबंध में हाइड्रॉक्सिल समूहों के स्थान पर एक प्रकार का ट्रांस कॉन्फ़िगरेशन होता है (यह शब्द सापेक्ष स्थिति के लिए पूरी तरह से लागू होता है एकाधिक बंधन)। इस तरह की अव्यवस्था कार्यात्मक समूहों, कम ऊर्जा, और इसलिए प्रणाली की अधिकतम स्थिरता से हाइड्रोजन के सबसे दूरस्थ स्थान से मेल खाती है। सीधे शब्दों में कहें, एक ओएच समूह ऊपर दिखता है और दूसरा नीचे देखता है। इसी समय, दो हाइड्रॉक्सिल वाले यौगिक अस्थिर होते हैं: एक कार्बन परमाणु पर, प्रतिक्रिया मिश्रण में बनने पर, वे तुरंत निर्जलित हो जाते हैं, एल्डिहाइड में बदल जाते हैं।
वर्गीकरण
एथिलीन ग्लाइकॉल के रासायनिक गुण पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल के समूह से इसकी उत्पत्ति से निर्धारित होते हैं, अर्थात् डायोल के उपसमूह, यानी पड़ोसी कार्बन परमाणुओं में दो हाइड्रॉक्सिल टुकड़ों के साथ यौगिक। एक पदार्थ जिसमें कई ओएच पदार्थ भी होते हैं, ग्लिसरॉल होता है। इसके तीन अल्कोहल कार्यात्मक समूह हैं और यह इसके उपवर्ग का सबसे आम सदस्य है।
इस वर्ग के कई यौगिक विभिन्न संश्लेषण और अन्य उद्देश्यों के लिए रासायनिक उत्पादन में भी प्राप्त और उपयोग किए जाते हैं, लेकिन एथिलीन ग्लाइकॉल का उपयोग अधिक गंभीर पैमाने पर होता है और लगभग सभी उद्योगों में शामिल होता है। इस मुद्दे पर नीचे और अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।
शारीरिक विशेषताएं
एथिलीन ग्लाइकॉल का उपयोग कई की उपस्थिति के कारण होता हैगुण जो पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल में निहित हैं। ये विशिष्ट विशेषताएं हैं जो केवल कार्बनिक यौगिकों के इस वर्ग के लिए विशिष्ट हैं।
गुणों में सबसे महत्वपूर्ण एच2ओ के साथ मिश्रण करने की असीमित क्षमता है। पानी + एथिलीन ग्लाइकॉल एक अनूठी विशेषता के साथ एक समाधान देता है: इसका हिमांक, डायोल एकाग्रता के आधार पर, शुद्ध आसवन की तुलना में 70 डिग्री कम है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह निर्भरता गैर-रैखिक है, और ग्लाइकोल की एक निश्चित मात्रात्मक सामग्री तक पहुंचने पर, विपरीत प्रभाव शुरू होता है - भंग पदार्थ के प्रतिशत में वृद्धि के साथ हिमांक बढ़ जाता है। इस विशेषता ने विभिन्न एंटीफ्रीज, एंटी-फ्रीज तरल पदार्थों के उत्पादन में आवेदन पाया है जो पर्यावरण की बेहद कम तापीय विशेषताओं पर क्रिस्टलीकृत होते हैं।
पानी को छोड़कर, अल्कोहल और एसीटोन में विघटन प्रक्रिया अच्छी तरह से आगे बढ़ती है, लेकिन पैराफिन, बेंजीन, ईथर और कार्बन टेट्राक्लोराइड में नहीं देखी जाती है। इसके स्निग्ध पूर्वज के विपरीत - एथिलीन, एथिलीन ग्लाइकॉल जैसे गैसीय पदार्थ एक सिरप जैसा, पारदर्शी तरल होता है जिसमें हल्का पीला रंग होता है, स्वाद में मीठा होता है, एक अस्वाभाविक गंध के साथ, व्यावहारिक रूप से गैर-वाष्पशील होता है। 100% इथाइलीन ग्लाइकॉल का हिमीकरण -12.6 डिग्री सेल्सियस पर होता है, और +197.8 पर उबलता है। सामान्य परिस्थितियों में, घनत्व 1.11 g/cm3 है।
तरीके प्राप्त करना
एथिलीन ग्लाइकॉल कई तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है, जिनमें से कुछ का आज केवल ऐतिहासिक या प्रारंभिक महत्व है, जबकि अन्यन केवल औद्योगिक पैमाने पर मनुष्य द्वारा सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। कालानुक्रमिक क्रम में, आइए सबसे महत्वपूर्ण पर एक नज़र डालते हैं।
डिब्रोमोइथेन से एथिलीन ग्लाइकॉल प्राप्त करने की पहली विधि पहले ही ऊपर वर्णित की जा चुकी है। एथिलीन का सूत्र, जिसका दोहरा बंधन टूट गया है, और मुक्त संयोजकता हैलोजन द्वारा कब्जा कर ली गई है, इस प्रतिक्रिया में मुख्य प्रारंभिक सामग्री, कार्बन और हाइड्रोजन के अलावा, इसकी संरचना में दो ब्रोमीन परमाणु हैं। प्रक्रिया के पहले चरण में एक मध्यवर्ती यौगिक का निर्माण उनके उन्मूलन के कारण संभव है, अर्थात, एसीटेट समूहों द्वारा प्रतिस्थापन, जो आगे हाइड्रोलिसिस पर, अल्कोहल में बदल जाते हैं।
विज्ञान के आगे विकास की प्रक्रिया में, क्षारीय समूह से धातु कार्बोनेट के जलीय घोल का उपयोग करके या (कम पर्यावरणीय रूप से कम) पड़ोसी कार्बन परमाणुओं पर दो हैलोजन द्वारा प्रतिस्थापित किसी भी एथेन के प्रत्यक्ष हाइड्रोलिसिस द्वारा एथिलीन ग्लाइकॉल प्राप्त करना संभव हो गया। अनुकूल अभिकर्मक) H2 ओह और लेड डाइऑक्साइड। प्रतिक्रिया काफी "श्रम-गहन" है और केवल काफी ऊंचे तापमान और दबावों पर आगे बढ़ती है, लेकिन इसने जर्मनों को विश्व युद्ध के दौरान औद्योगिक पैमाने पर एथिलीन ग्लाइकॉल का उत्पादन करने के लिए इस पद्धति का उपयोग करने से नहीं रोका।
एथिलीन क्लोरोहाइड्रिन से क्षार समूह धातुओं के कार्बन लवण के साथ हाइड्रोलिसिस द्वारा एथिलीन ग्लाइकॉल प्राप्त करने की विधि ने भी कार्बनिक रसायन विज्ञान के विकास में अपनी भूमिका निभाई। प्रतिक्रिया तापमान में 170 डिग्री की वृद्धि के साथ, लक्ष्य उत्पाद की उपज 90% तक पहुंच गई। लेकिन एक महत्वपूर्ण कमी थी - ग्लाइकोल को किसी तरह नमक के घोल से निकाला जाना था, जिसका सीधा संबंध हैकई कठिनाइयाँ। वैज्ञानिकों ने एक ही प्रारंभिक सामग्री के साथ एक विधि विकसित करके इस मुद्दे को हल किया, लेकिन प्रक्रिया को दो चरणों में तोड़ दिया।
एथिलीन ग्लाइकॉल एसीटेट हाइड्रोलिसिस, वुर्ट्ज़ विधि का प्रारंभिक अंतिम चरण होने के कारण, एक अलग विधि बन गई, जब वे ऑक्सीजन के साथ एसिटिक एसिड में एथिलीन को ऑक्सीकरण करके प्रारंभिक अभिकर्मक प्राप्त करने में कामयाब रहे, यानी महंगे और उपयोग के बिना। पूरी तरह से गैर-पर्यावरणीय हलोजन यौगिक।
एथिलीन को हाइड्रोपरऑक्साइड, पेरोक्साइड, कार्बनिक पेरासिड के साथ उत्प्रेरक (ऑस्मियम यौगिक), पोटेशियम क्लोरेट, आदि की उपस्थिति में ऑक्सीकरण करके एथिलीन ग्लाइकॉल का उत्पादन करने के कई तरीके हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल और विकिरण-रासायनिक तरीके भी हैं।
सामान्य रासायनिक गुणों की विशेषता
एथिलीन ग्लाइकॉल के रासायनिक गुण इसके कार्यात्मक समूहों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। प्रक्रिया की स्थितियों के आधार पर प्रतिक्रियाओं में एक हाइड्रॉक्सिल पदार्थ या दोनों शामिल हो सकते हैं। प्रतिक्रियाशीलता में मुख्य अंतर इस तथ्य में निहित है कि एक पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल में कई हाइड्रॉक्सिल की उपस्थिति और उनके पारस्परिक प्रभाव के कारण, मोनोहाइड्रिक "भाइयों" की तुलना में मजबूत अम्लीय गुण प्रकट होते हैं। इसलिए, क्षार के साथ प्रतिक्रियाओं में, उत्पाद लवण होते हैं (ग्लाइकॉल के लिए - ग्लाइकोलेट्स, ग्लिसरॉल के लिए - ग्लिसरेट्स)।
एथिलीन ग्लाइकॉल, साथ ही ग्लिसरीन के रासायनिक गुणों में मोनोहाइड्रिक की श्रेणी से अल्कोहल की सभी प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। ग्लाइकोल मोनोबैसिक एसिड के साथ प्रतिक्रियाओं में पूर्ण और आंशिक एस्टर देता है, ग्लाइकोलेट्स, क्रमशः क्षार धातुओं के साथ बनते हैं, और जबएक रासायनिक प्रक्रिया में मजबूत एसिड या उनके लवण के साथ, एसिटिक एसिड एल्डिहाइड जारी किया जाता है - एक अणु से हाइड्रोजन परमाणु के उन्मूलन के कारण।
सक्रिय धातुओं के साथ अभिक्रिया
ऊंचे तापमान पर सक्रिय धातुओं (रासायनिक शक्ति श्रृंखला में हाइड्रोजन के बाद) के साथ एथिलीन ग्लाइकॉल की प्रतिक्रिया से संबंधित धातु का एथिलीन ग्लाइकोलेट मिलता है, साथ ही हाइड्रोजन भी निकलता है।
सी2एन4(ओएच)2 + एक्स → सी2H4O2X, जहां X सक्रिय द्विसंयोजक धातु है।
एथिलीन ग्लाइकॉल के लिए गुणात्मक प्रतिक्रिया
एक दृश्य प्रतिक्रिया का उपयोग करके किसी भी अन्य तरल से पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल को अलग करें जो केवल यौगिकों के इस वर्ग के लिए विशेषता है। ऐसा करने के लिए, ताजा अवक्षेपित कॉपर हाइड्रॉक्साइड (2), जिसमें एक विशिष्ट नीला रंग होता है, को शराब के रंगहीन घोल में डाला जाता है। जब मिश्रित घटक परस्पर क्रिया करते हैं, तो अवक्षेप घुल जाता है और घोल गहरे नीले रंग में बदल जाता है - कॉपर ग्लाइकोलेट (2) के निर्माण के परिणामस्वरूप।
पोलीमराइजेशन
एथिलीन ग्लाइकॉल के रासायनिक गुणों का सॉल्वैंट्स के उत्पादन के लिए बहुत महत्व है। उल्लिखित पदार्थ का अंतर-आणविक निर्जलीकरण, अर्थात्, ग्लाइकोल के दो अणुओं में से प्रत्येक से पानी का उन्मूलन और उनके बाद के संयोजन (एक हाइड्रॉक्सिल समूह पूरी तरह से समाप्त हो जाता है, और दूसरे से केवल हाइड्रोजन हटा दिया जाता है), प्राप्त करना संभव बनाता है एक अद्वितीय कार्बनिक विलायक - डाइऑक्साइन, जो अक्सर उच्च विषाक्तता के बावजूद, कार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रयोग किया जाता है।
हाइड्रॉक्सी एक्सचेंजहलोजन करने के लिए
जब एथिलीन ग्लाइकॉल हाइड्रोहेलिक एसिड के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो हाइड्रॉक्सिल समूहों को संबंधित हैलोजन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। प्रतिस्थापन की डिग्री प्रतिक्रिया मिश्रण में हाइड्रोजन हैलाइड की दाढ़ की एकाग्रता पर निर्भर करती है:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, जहां X क्लोरीन या ब्रोमीन है।
ईथर प्राप्त करें
नाइट्रिक एसिड (एक निश्चित सांद्रता के) और मोनोबैसिक कार्बनिक अम्ल (फॉर्मिक, एसिटिक, प्रोपियोनिक, ब्यूटिरिक, वैलेरिक, आदि) के साथ एथिलीन ग्लाइकॉल की प्रतिक्रियाओं में, जटिल और, तदनुसार, सरल मोनोएस्टर बनते हैं। अन्य में, नाइट्रिक एसिड की सांद्रता ग्लाइकोल डी- और ट्रिनिट्रोएस्टर है। दी गई सांद्रता का सल्फ्यूरिक अम्ल उत्प्रेरक के रूप में प्रयोग किया जाता है।
एथिलीन ग्लाइकॉल का सबसे महत्वपूर्ण डेरिवेटिव
अमूल्य पदार्थ जो पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल से सरल रासायनिक प्रतिक्रियाओं (ऊपर वर्णित) का उपयोग करके प्राप्त किए जा सकते हैं, एथिलीन ग्लाइकोल ईथर हैं। अर्थात्: मोनोमेथिल और मोनोएथिल, जिसके सूत्र HO-CH2-CH2-O-CH3 हैंऔर HO-CH2-CH2-O-C2N5 क्रमशः। रासायनिक गुणों के संदर्भ में, वे कई मायनों में ग्लाइकोल के समान हैं, लेकिन, यौगिकों के किसी भी अन्य वर्ग की तरह, उनके पास अद्वितीय प्रतिक्रियाशील विशेषताएं हैं जो उनके लिए अद्वितीय हैं:
- मोनोमेथिलथिलीन ग्लाइकोल एक रंगहीन तरल है, लेकिन एक विशिष्ट घृणित गंध के साथ, 124.6 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है, इथेनॉल में अत्यधिक घुलनशील होता है, अन्यकार्बनिक सॉल्वैंट्स और पानी, ग्लाइकोल की तुलना में बहुत अधिक अस्थिर, और पानी की तुलना में कम घनत्व के साथ (0.965 g/cm3 के क्रम पर)।
- डाइमिथाइलएथिलीन ग्लाइकॉल भी एक तरल है, लेकिन कम विशिष्ट गंध के साथ, घनत्व 0.935 ग्राम/सेमी3, शून्य से ऊपर 134 डिग्री का क्वथनांक और तुलनीय घुलनशीलता पिछले समरूपता के लिए।
सेलोसोल्व्स का उपयोग - जैसा कि एथिलीन ग्लाइकॉल मोनोएथर आमतौर पर कहा जाता है - काफी सामान्य है। उनका उपयोग कार्बनिक संश्लेषण में अभिकर्मकों और सॉल्वैंट्स के रूप में किया जाता है। उनके भौतिक गुणों का उपयोग एंटीफ्ीज़ और मोटर तेलों में एंटी-जंग और एंटी-क्रिस्टलीकरण एडिटिव्स के लिए भी किया जाता है।
आवेदन के क्षेत्र और उत्पाद श्रेणी के मूल्य निर्धारण
ऐसे अभिकर्मकों के उत्पादन और बिक्री में शामिल कारखानों और उद्यमों की लागत एथिलीन ग्लाइकॉल जैसे रासायनिक यौगिक के प्रति किलोग्राम औसतन लगभग 100 रूबल में उतार-चढ़ाव करती है। कीमत पदार्थ की शुद्धता और लक्षित उत्पाद के अधिकतम प्रतिशत पर निर्भर करती है।
एथिलीन ग्लाइकॉल का उपयोग किसी एक क्षेत्र तक सीमित नहीं है। तो, कच्चे माल के रूप में इसका उपयोग कार्बनिक सॉल्वैंट्स, कृत्रिम रेजिन और फाइबर, तरल पदार्थ के उत्पादन में किया जाता है जो कम तापमान पर जम जाते हैं। यह ऑटोमोटिव, एविएशन, फार्मास्युटिकल, इलेक्ट्रिकल, लेदर, तंबाकू जैसे कई उद्योगों में शामिल है। कार्बनिक संश्लेषण के लिए इसका महत्व निर्विवाद रूप से महत्वपूर्ण है।
यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि ग्लाइकोल हैविषाक्त यौगिक जो मानव स्वास्थ्य के लिए अपूरणीय क्षति का कारण बन सकता है। इसलिए, यह एक अनिवार्य आंतरिक परत के साथ एल्यूमीनियम या स्टील से बने सीलबंद जहाजों में संग्रहीत किया जाता है जो कंटेनर को जंग से बचाता है, केवल ऊर्ध्वाधर स्थिति में और उन कमरों में जो हीटिंग सिस्टम से सुसज्जित नहीं हैं, लेकिन अच्छे वेंटिलेशन के साथ। अवधि - पाँच वर्ष से अधिक नहीं।
