1,2-αιθανοδιόλη

Η 1,2-αιθανοδιόλη ή αιθυλενογλυκόλη () είναι η απλούστερη σταθερή αλκανοδιόλη, δηλαδή άκυκληΔεν περιέχει δακτύλιο., κορεσμένηΠεριέχει μόνο απλούς δεσμούς., δισθενήςΠεριέχει δύο (2) ομάδες υδροξυλίου ανά μόριο. αλκοόληΠεριέχει μια τουλάχιστον ομάδα υδροξυλίου και καμία «ανώτερη» χαρακτηριστική ομάδα.. Είναι μια οργανική ένωση που χρησιμοποιήθηκε κυρίως ως πρώτη ύλη για την παραγωγή πολυεστερικών υφασμάτων από την υφαντουργία και πολυαιθυλενικών τερεφθαλικών ρητινών (PET), που χρησιμοποιήθηκαν από βιομηχανίες εμφιάλωσης. Ένα μικρό ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής της χρησιμοποιήθηκε για βιομηχανικές εφαρμογές όπως αντιψυκτικά και άλλα βιομηχανικά προϊόντα. Στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm, είναι ένα άοσμο, άχρωμο, σιροπώδες υγρό, με γλυκιά γεύση. Η 1,2-αιθανοδιόλη είναι (σχετικά) αδύναμα τοξική, αλλά οι περιπτώσεις δηλητηρίασης από αυτήν δεν είναι ασυνήθιστες. Είναι ιδιαίτερα βλαβερή για τα κατοικίδια και για τα παιδιά J. M. Hollis, F. J. Lovas, P. R. Jewell, L. H. Coudert (2002-05-20). Αν καταπωθεί είναι απαραίτητη η άμεση ιατρική βοήθεια. Η 1,2-αιθανοδιόλη παρατηρήθηκε ότι υπάρχει και στο διάστημαJ. M. Hollis, F. J. Lovas, P. R. Jewell, L. H. Coudert (2002-05-20). "Interstellar Antifreeze: Ethylene Glycol". The Astrophysical Journal 571 (1): L59–L62. Bibcode:2002ApJ...571L..59H. doi:10.1086/341148..

 Ιστορία 

Παρόλο που σχεδόν όλες οι πηγές δηλώνουν ότι η 1,2-αιθανοδιόλη παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1859, από τον Γάλλο χημικό Τσαρλς-Αντόλφ Βουρτζ (Charles-Adolphe Wurtz, 1817-1884), στην πραγματικότητα ο ίδιος πρωτοπαρασκεύασε την ένωση το 1856Adolphe Wurtz (1856) "Sur le glycol ou alcool diatomique" (On glycol or diatomic alcohol), Comptes rendus, 43 : 199-204.. Αρχικά χρησιμοποίησε 1,2-διιωδαιθάνιο, στο οποίο επέδρασε με αιθανικό άργυρο, παράγοντας 1,2-δι(μεθυλοκαρβοξυ)αιθάνιο και ιωδιούχο άργυρο. Στη συνέχεια υδρόλυσε με υδροξείδιο του καλίου το 1,2-δι(μεθυλοκαρβοξυ)αιθάνιο, παράγοντας 1,2-αιθανοδιόλη: 


Ο Βουρτζ ονόμασε τη νέα (τότε) ένωση «γλυκόλη», γιατί θεώρησε ότι η ένωση είναι ενδιάμεση μεταξύ της αιθανόλης, που περιέχει ένα (1) υδροξύλιο ανά μόριο, και της γλυκερίνης, που περιέχει τρία (3)Wurtz (1856), page 200: "… je propose de le nommer glycol, 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." (… I propose to call it glycol because, by its properties, it is simultaneously close to [ethyl] alcohol properly called and glycerin, between which it is placed.). Το 1860, πάλι ο Βουρτζ παρασκεύασε 1,2-αιθανοδιόλη, αυτήν τη φορά με υδρόλυση οξιρανίου (βλέπετε παρακάτω την αντίδραση). Φαίνεται ότι δεν υπήρξε εμπορική παραγωγή ούτε εφαρμογή 1,2-αιθανοδιόλης πριν από τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο, οπότε άρχισε να παράγεται στη Γερμανία από 1,2-διχλωραιθάνιο, ως υποκατάστατο της γλυκερίνης, από τη βιομηχανία εκρηκτικών. Στις ΗΠΑ, από το 1917 επίσης άρχισε μια ημιεμπορική παραγωγή της 1,2-διαιθανοδιόλης από 2-χλωραιθανόλη. Το πρώτο εργοστάσιο μεγάλης κλίμακας εμπορικής ποιότητας 1,2-διαιθανοδιόλης χτίστηκε το 1925 στο Νότιο Τσάρλεστον, της Δυτικής Βιρτζίνιας, από την Carbide and Carbon Chemicals Co. (τώρα Union Carbide Corp.). Μέχρι το 1929, η 1,2-αιθανοδιόλη χρησιμοποιόταν σχεδόν αποκλειστικά από τους παραγωγούς δυναμίτη. Το 1937, η Carbide εγκαινίασε το πρώτο εργοστάσιο που βασίζονταν στη διεργασία Λεφόρτ (Lefort's process), για τη μερική οξείδωση αιθενίου στην αέρια κατάσταση, παράγοντας οξιράνιο. Η Carbide είχε το μονοπώλιο της μεθόδου αυτής μέχρι το 1953, οπότε η διεργασία επιστημονικού σχεδιασμού την εμπορικοποίησε και πρόσφερε άδειες χρήσης και σε άλλες εταιρίες.

 Παραγωγή 

 Από οξιράνιο 

Η 1,2-αιθανοδιόλη παράγεται συνήθως έμμεσα από το αιθένιο, μέσω οξιρανίου. Το τελευταίο υδρολύεται παράγοντας 1,2-αιθανοδιόληZimakov, P.V. and Dyment, O. H., ed. (1967). "Chapter III. Review of the individual reactions of ethylene oxide". Ethylene oxide. M.: Khimiya. pp. 90–120.:
40px|Οξιράνιο


Αυτή η αντίδραση καταλύεται με οξέα ή με βάσεις, αλλά μπορεί να πραγματοποιηθεί και σε ουδέτερο pH, αλλά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η μεγαλύτερη απόδοση σε 1,2-αιθανοδιόλη παίρνεται σε όξινο ή ουδέτερο pH με μεγάλη περίσσεια σε νερό. Σε τέτοιες συνθήκες η απόδοση της αντίδρασης μπορεί να φθάσεις ως και το 90%. Τα κυριότερα παραπροϊόντα της αντίδρασης είναι τα ολιγομερή της 1,2-αιθανοδιόλης, δηλαδή η διαιθυλενογλυκόλη (HOCH2CH2OCH2CH2OH), η τριαιθυλενογλυκόλη (HOCH2CH2(OCH2CH2)2CH2CH2OH) και η τετραιθυλενογλυκόλη (HOCH2CH2(OCH2CH2)3CH2CH2OH). Η παγκόσμια παραγωγή 1,2-αιθανοδιόλης ανέρχεται σε περίπου 6,7 εκατομμύρια τόνουςSiegfried Rebsdat; Dieter Mayer (2005), "Ethylene Glycol", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a10_101.

Μια υψηλότερη εκλεκτικότητα έχει επιτευχθεί με τη χρήση της διεργασίας Ω της Shell. Σύμφωνα με τη διεργασία αυτή, το οξιράνιο επιδρά πρώτα με διοξείδιο του άνθρακα, σχηματίζοντας 1,3-διοξολαν-2-όνη, που υδρολύεται στη συνέχεια, σχηματίζοντας εκλεκτικά 1,2-αιθανοδιόλη και διοξείδιο του άνθρακα, που μπορεί να συλλεχθεί και να ξαναχρησιμοποιηθεί:
40px|Οξιράνιο
40px|1,3-διοξολαν-2-όνη
40px|1,3-διοξολαν-2-όνη  

Το διοξείδιο του άνθρακα προέρχεται από την παραγωγή οξιρανίου, γιατί κατά την οξείδωση του αιθενίου, από την οποία παράγεται το οξιράνιο, ένα μέρος του αιθενίου υφίσταται πλήρη οξείδωση, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

 Από αιθένιο 

Η παραγωγή 1,2-αιθανοδιόλης είναι δυνατή και άμεσα από αιθένιο, με διυδροξυλίωση, που αντιστοιχεί με έμμεση προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου. Είναι πραγματοποιήσιμη με τις ακόλουθες μεθόδουςΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9. Καλύπτει τις περιπτώσεις 1. και 2.:

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου. Π.χ.:

2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου:

3. Μέθοδος ΣάρπλεςJacobsen, E. N.; Marko, I.; Mungall, W. S.; Schroeder, G.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1968. ()Kolb, H. C.; Van Nieuwenhze, M. S.; Sharpless, K. B. Chem. Rev. 1994, 94, 2483-2547. (Review) ()Gonzalez, J.; Aurigemma, C.; Truesdale, L. Org. Syn., Coll. Vol. 10, p.603 (2004); Vol. 79, p.93 (2002). (Article ):

4. Μέθοδος WoodwardWoodward, R. B., Woodward, R. B.; Brutcher, F. V. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 209. ():


 Εφαρμογές 

Η κύρια χρήση της 1,2-αιθανοδιόλης είναι ως πρώτη ύλη για την παραγωγή πολυεστερικών υφασμάτων από την υφαντουργία και οι πολυαιθυλενικές τερεφθαλικές ρητίνες (PET), που χρησιμοποιούνται από τις βιομηχανίες εμφυάλωσης. Ένα μικρό ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής της χρησιμοποιείται σε άλλες εφαρμογές, όπως αντιψυκτικά υγρά και άλλα προϊόντα.

 Μέσο ψύξης και μεταφοράς θερμότητας 

Η κύρια (άμεση) χρήση της 1,2-αιθανοδιόλης είναι ως ένα μέσο για τη μεταφορά θερμότητας, για παράδειγμα στα ψυκτικά υγρά αυτοκινήτων και υγρόψυκτων ηλεκτρονικών υπολογιστώνhttp://xotxim.ru/etilenglikol/. Χρησιμοποιείται ακόμη συχνά σε κλιματιστικά ψυχρού νερού που έχουν τοποθετημένο τον ψυκτικό μηχανισμό ή τους διαχειριστές αέρα σε εξωτερικούς χώρους, ή σε συστήματα που πρέπει να ψύχονται κάτω από το σημείο τήξης του νερού. Σε γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης - ψύξης, η 1,2-αιθανοδιόλη είναι το υγρό που μεταφέρει τη θερμότητα μέσω της χρήσης μιας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας. Η 1,2-αιθανοδιόλη απορροφά ενέργεια από τη γεωθερμική πηγή (λίμνη, ωκεανό ή πηγάδι) ή αντίθετα αποδίδει θερμότητα στην πηγή (ψύξης), ανάλογα αν το σύστημα χρησιμοποιείται για θέρμανση ή για ψύξη.

Η καθαρή 1,2-αιθανοδιόλη έχει ειδική θερμοχωρητικότητα περίπου τη μισή από αυτήν του νερού. Επομένως, ενώ προσφέρει προστασία από το πάγωμα και αυξημένο σημείο βρασμού, χαμηλώνει την ειδική θερμοχωρητικότητα σε σύγκριση με το καθαρό νερό. Ένα μίγμα 50% κατά μάζα έχει ειδική θερμοχωρητικότητα 3.140 J/Kg·K, δηλαδή τα 3/4 αυτής του καθαρού νερού, οπότε απαιτείται αυξημένη ροή του παραπάνω μίγματος, στο ίδιο σύστημα και για το ίδιο ψυκτικό αποτέλεσμα, σε σύγκριση με το καθαρό νερό. Επιπλέον, η αύξηση της θερμοκρασίας βρασμού, σε σύγκριση με το καθαρό νερό, αποκλείει πυρήνες βρασμού σε επιφάνειες μεταφοράς θερμότητας, μειώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα μεταφοράς θερμότητος, σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στα χιτώνια των κυλίνδρων. Γι' αυτό η καθαρή 1,2-αιθανοδιόλη δεν πρέπει να χρηαιμοποιείται ως ψυκτικό υγρό κινητήρων, στις περισσότερες περιπτώσεις.

 Αντιψυκτικό 

Η 1,2-αιθανοδιόλη διακόπτει τους δεσμούς υδρογόνου όταν διαλύεται στο νερό. Η καθαρή 1,2-αιθανοδιόλη πήζει περίπου στους −12 °C, αλλά όταν αναμιγνύεται με το νερό, το μίγμα που προκύπτει δεν κρυσταλλώνεται γρήγορα, και γι' αυτό η θερμοκρασία τήξης τους μίγματος είναι ελαττωμένη. Ειδικά, ένα μίγμα με 60% 1,2-αιθανοδιόλη και 40% νερό παγώνει στους −45 °C. Η διαιθυλενογλυκόλη συμπεριφέρεται παρομοίως. Χρησιμοποιούνται και οι δυο (1,2-αιθανοδιόλη και διαιθυλενογλυκόλη, συνήθως σε μίγματα) ως αποπαγωτικό υγρό για ανεμοφράκτες (παρμπρίζ) αυτοκινήτων και αεροσκαφών. Οι αντιψυκτικές ιδιότητες της 1,2-αιθανοδιόλης την έχουν κάνει συστατικό σε αντικρυσταλλωτικά μίγματα σε χαμηλής θερμοκρασίας συντήρησης βιολογικών ιστών και οργάνων.
+ Σημεία πήξης μιγμάτων 1,2-αιθανοδιόλης - νερού Κατά βάρος περιεκτικότητα 1,2-αιθανοδιόλης (%)  Σημείο πήξης (°C) 0  0 10  -4 20  -7 30  -15 40  -23 50  -34 60  -48 70  -51 80  -45 90  -29 100  -12

Ωστόσο, το σημείο βρασμού των υδατικών διαλυμάτων 1,2-αιθανοδιόλης αυξάνεται μονότονα με την αύξηση της περιεκτικότητάς της στο εκάστοτε διάλυμα. Έτσι, η 1,2-αιθανοδιόλη όχι μόνο ελαττώνει το σημείο πήξης, αλλά και αυξάνει ταυτόχρονα το σημείο βρασμού και έτσι αυξάνει το θερμοκρασιακό εύρος χρήσης της ως ρευστό μεταφοράς θερμότητας και στα δυο άκρα της θερμοκρασιακής κλίμακας. Η αύξηση στο σημείο βρασμού των υδατικών διαλυμάτων 1,2-αιθανοδιόλης συμβαίνει επειδή η 1,2-αιθανοδιόλη έχει υψηλότερο σημείο βρασμού και άρα μικρότερη τάση ατμών από ότι το καθαρό νερό. Δηλαδή δεν υπάρχει χημική σταθεροποίηση κατά του βρασμού στην υγρή φάση, ενώ αντίθετα υπάρχει όσον αφορά κατά του παγώματος.

-  Κατά βάρος περιεκτικότητα 1,2-αιθανοδιόλης (%)  Σημείο βρασμού (°C) 0  100 10  102 20  102 30  104 40  104 50  107 60  110 70  116 80  124 90  140 100  197

 Πρόδρομη ένωση για πολυμερή 

Στη βιομηχανία πλαστικών, η 1,2-αιθανοδιόλη είναι σημαντική πρόδρομη ένωση για πολυεστερικά υφάσματα και ρητίνες. Ακόμη, τα πολυαιθυλενικά τερεφθαλικά, που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πλαστικών φυαλών για εμφυάλωση (κυρίως) αναψυκτικών, παράγονται επίσης από 1,2-αιθανοδιόλη.

 Παρεμπόδιση σχηματισμού υδριτών 

Εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας βρασμού της και της συνάφειάς της με το νερό, η 1,2-αιθανοδιόλη είναι ένα χρήσιμο αφυδατικό μέσο. Έτσι χρησιμοποιείται πολύ για να παρεμποδίζει τον σχηματισμό υδριτών, από το φυσικό αέριο, που περνά μέσα σε μακρούς πολυφασικούς αγωγούς, που μεταφέρουν το φυσικό αέριο από απομονωμένα (κυρίως υποθαλάσσια) κοιτάσματα του αερίου σε μια εγκατάσταση επεξεργασίας τους, στην ξηρά. Μετά, η 1,2-αιθανοδιόλη μπορεί να ανακτηθεί από το φυσικό αέριο και να ξαναχρησιμοποιηθεί ως παρεμποδιστής, μετά από μια διεργασία που απομακρύνει (ταυτόχρονα) το νερό και τα ανόργανα άλατα.

Το φυσικό αέριο αφυδατώνεται από την 1,2-αιθανοδιόλη. Σ' αυτήν την εφαρμογή, η 1,2-αιθανοδιόλη κυλά από την κορυφή ενος πύργου (εξόρυξης) και συναντά το ανερχόμενο μίγμα υδρατμών και αερίων υδρογονανθράκων. Το ξηρό αέριο εξέρχεται από την κορυφή του πύργου. Η 1,2-αιθανοδιόλη και το νερό διαχωρίζονται στη συνέχεια, και η 1,2-αιθανοδιόλη ανακυκλώνεται. Αντί να αφαιρέσει το νερό, η 1,2-αιθανοδιόλη μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ελαττώσει τη θερμοκρασία στην οποία σχηματίζονται οι υδρίτες. Η καθαρότητα της 1,2-αιθανοδιόλης που χρησιμοποιείται για καταστολή σχηματισμού υδριτών είναι τυπικά γύρω στο 80%, ενώ η καθαρότητα της 1,2-αιθανοδιόλης που χρησιμοποιείται ως αφυδατικό μέσο (συχνά για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιείται η τριαιθυλενογλυκόλη) είναι περίπου από 95-99%. Επιπλέον, ο ρυθμός έγχυσης για καταστολή παραγωγής υδριτών είναι πολύ μικρότερος, από ότι ο ρυθμός κυκλοφορίας σε έναν αφυδατικό πύργο 1,2-αιθανοδιόλης.

 Aναφορές και σημειώσεις 

 Πηγές 
 Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
 Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
 Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.
 Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 


Κατηγορία:Αλκανoδιόλες
Κατηγορία:C2
Κατηγορία:Πολικοί διαλύτες