stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
Ethylen oxide
Cấu trúc và tính chất phân tử

Vòng epoxy của ethylen oxide là một tam giác gần như đều với các góc liên kết khoảng 60° và biến dạng góc đáng kể tương ứng với năng lượng 105 kJ/mol. Để so sánh, trong rượu, góc C–O–H là khoảng 110°; trong ether, góc C–O–C là 120°. Mômen quán tính của mỗi trục chính là IA = 32,921×10−40 g·cm², IB = 37,926×10−40 g·cm² và I C = 59,510×10−40 g·cm².
Tính không ổn định tương đối của liên kết carbon-oxy trong phân tử được thể hiện bằng cách so sánh trong bảng năng lượng cần thiết để phá vỡ hai liên kết C – O trong ethylen oxide hoặc một liên kết C – O trong etanol và dimethyl ether:
Tính không ổn định này tương quan với khả năng phản ứng cao của ethylen oxide, giải thích sự dễ dàng của các phản ứng mở vòng của nó (xem phần Tính chất hóa học).
Tính chất vật lý

Ethylen oxide là một chất khí không màu ở 25 °C (77 °F) và là chất lỏng di động ở 0 °C (32 °F) - độ nhớt của ethylen oxide lỏng ở 0 °C thấp hơn khoảng 5,5 lần so với nhiệt độ của nước. Khí này có mùi ngọt đặc trưng của ether, dễ nhận thấy khi nồng độ của nó trong không khí vượt quá 500ppm. Ethylen oxide dễ dàng hòa tan trong nước, etanol, diethyl ether và nhiều dung môi hữu cơ.
Tính chất hóa học

Ethylen oxide dễ dàng phản ứng với các hợp chất khác nhau khi mở vòng. Các phản ứng điển hình của nó là với các nucleophile tiến hành thông qua cơ chế SN2 cả trong môi trường acid (nucleophile yếu: nước, rượu) và môi trường kiềm (nucleophile mạnh: OH -, RO -, NH 3 , RNH 2, RR'NH, v.v.). Sơ đồ phản ứng chung là
và các phản ứng cụ thể hơn được mô tả dưới đây.
Tính chất hóa học > Phản ứng cộng nước và rượu

Dung dịch nước của ethylen oxide khá ổn định và có thể tồn tại trong một thời gian dài mà không có phản ứng hóa học đáng chú ý nào, nhưng việc thêm một lượng nhỏ acid, chẳng hạn như acid sulfuric loãng, ngay lập tức dẫn đến sự hình thành ethylen glycol, ngay cả ở nhiệt độ phòng:
(CH2CH2)O + H2O → HO–CH2CH2–OH
Phản ứng cũng xảy ra trong pha khí, với sự có mặt của muối acid phosphoric làm chất xúc tác.
Phản ứng thường được thực hiện ở khoảng 60 °C (140 °F) với lượng nước dư lớn, để ngăn phản ứng của ethylen glycol được tạo thành với ethylen oxide sẽ tạo thành di- và Triethylen glycol:
2 (CH2CH2)O + H2O → HO–CH2CH2–O–CH2CH2–OH
3 (CH2CH2)O + H2O → HO–CH2CH2–O–CH2CH2–O–CH2CH2–OH
Việc sử dụng chất xúc tác kiềm có thể dẫn đến sự hình thành polyethylen glycol:
n (CH2CH2)O + H2O → HO–(–CH2CH2–O–)n–H
Các phản ứng với rượu diễn ra tương tự tạo ra ether ethylen glicol:
(CH2CH2)O + C2H5OH → HO–CH2CH2–OC2H5
2 (CH2CH2)O + C2H5OH → HO–CH2CH2–O–CH2CH2–OC2H5
Phản ứng với rượu thấp hơn xảy ra ít tích cực hơn với nước và đòi hỏi các điều kiện khắc nghiệt hơn, chẳng hạn như đun nóng đến 160 °C (320 °F) và điều áp đến 3 MPa (440 psi) và thêm chất xúc tác acid hoặc kiềm.
Phản ứng của ethylen oxide với rượu béo tiến hành với sự có mặt của natri kim loại, natri hydroxide hoặc boron trifluoride và được sử dụng cho quá trình tổng hợp các chất hoạt động bề mặt.
Tính chất hóa học > Phản ứng cộng acid carboxylic và các dẫn xuất của chúng

Phản ứng của ethylen oxide với acid carboxylic với sự có mặt của chất xúc tác tạo ra glycol mono- và dieste:
(CH2CH2)O + (CH3CO)2O → CH3CO2CH2CH2O2CCH3
Phản ứng cộng các amit acid cũng tiến hành tương tự:
(CH2CH2)O + CH3CONH2 → HOCH2CH2NHC(O)CH3
Việc bổ sung ethylen oxide vào các acid carboxylic cao hơn được thực hiện ở nhiệt độ cao (thường là 140–180 °C (284–356 °F)) và áp suất (0,3–0,5 MPa (44–73 psi)) trong môi trường trơ, có mặt chất xúc tác kiềm (nồng độ 0,01–2%), chẳng hạn như hydroxide hoặc carbonat của natri hoặc kali. Ion carboxylat đóng vai trò là nucleophile trong phản ứng:
(CH2CH2)O + RCO2− → RCO2CH2CH2O−
RCO2CH2CH2O− + RCO2H → RCO2CH2CH2OH + RCO2−
Tính chất hóa học > Phản ứng cộng amoniac và amin

Ethylen oxide phản ứng với amoniac tạo thành hỗn hợp của etanolamin đơn chức (mono-), di- và tri-. Phản ứng được kích thích bằng cách thêm một lượng nhỏ nước.
(CH2CH2)O + NH3 → HO–CH2CH2–NH2
2 (CH2CH2)O + NH3 → (HO–CH2CH2)2NH
3 (CH2CH2)O + NH3 → (HO–CH2CH2)3N
Tương tự, có các phản ứng với amin bậc một và bậc hai:
(CH2CH2)O + RNH2 → HO–CH2CH2–NHR
Dialkylamino ethanol có thể phản ứng cộng với ethylen oxide, tạo thành amino polyethylen glycol:
n (CH2CH2)O + R2NCH2CH2OH → R2NCH2CH2O–(–CH2CH2O–)n–H
Trimethylamin phản ứng với ethylen oxide khi có nước, tạo thành choline:
(CH2CH2)O + (CH3)3N + H2O → [HOCH2CH2N (CH3)3]+OH−
Các amin bậc một và bậc hai thơm cũng phản ứng với ethylen oxide, tạo thành rượu arylamino tương ứng.
Tính chất hóa học > Phản ứng cộng halogen

Ethylen oxide dễ dàng phản ứng với dung dịch nước của acid hydrochloric, hydrobromic và hydroiodic để tạo thành các halohydrin. Phản ứng xảy ra dễ dàng hơn với hai acid cuối cùng:
(CH2CH2)O + HCl → HO–CH2CH2–Cl
Phản ứng với các acid này cạnh tranh với phản ứng hyđrat hóa ethylen oxide được xúc tác bằng acid; do đó, luôn có sản phẩm phụ của ethylen glycol với phụ gia là diethylen glycol. Để có sản phẩm sạch hơn, phản ứng được tiến hành trong pha khí hoặc trong dung môi hữu cơ.
Ethylen fluorohydrin thu được theo cách khác, bằng cách đun sôi hydro fluoride với dung dịch 5–6% của ethylen oxide trong diethyl ether. Ether thường có hàm lượng nước 1,5–2%; trong trường hợp không có nước, ethylen oxide trùng hợp.
Halohydrin cũng có thể thu được bằng cách cho ethylen oxide đi qua dung dịch nước của các halogen kim loại:
2 (CH2CH2)O + CuCl2 + 2 H2O → 2 HO–CH2CH2–Cl + Cu(OH)2↓
Tính chất hóa học > Phản ứng cộng kim loại hữu cơ

Tương tác của ethylen oxide với các hợp chất magiê hữu cơ, là thuốc thử Grignard, có thể được coi là phản ứng thế nucleophile bị ảnh hưởng bởi các hợp chất cơ kim loại carbanion. Sản phẩm cuối cùng của phản ứng là một rượu cơ bản:
{\ce {(CH2CH2)O{}+RMgBr->R-CH2CH2-OMgBr->[{\ce {H2O}}]{\overset {primary~alcohol}{R-CH2CH2-OH}}}}
Cơ chế tương tự cũng có hiệu lực đối với các hợp chất cơ kim khác, chẳng hạn như alkyl lithium:
{\ce {(CH2CH2)O{}+{\overset {alkyl~lithium}{RLi}}->R-CH2CH2-OLi->[{\ce {H2O}}]R-CH2CH2-OH}}
Tính chất hóa học > Các phản ứng cộng khác > Cộng hydro xyanua

Ethylen oxide dễ dàng phản ứng với hydro xyanua tạo thành ethylen xyanohydrin:
(CH2CH2)O + HCN → HO–CH2CH2–CN
Dung dịch nước của calci xyanua hơi lạnh (10–20 °C) có thể được sử dụng thay thế cho HCN:
2 (CH2CH2)O + Ca(CN)2 + 2 H2O → 2 HO–CH2CH2–CN + Ca(OH)2
Ethylen cyanohydrin dễ mất nước, tạo ra acrylonitril:
HO–CH2CH2–CN → CH2=CH–CN + H2O
Tính chất hóa học > Các phản ứng cộng khác > Cộng hydro sunfua và mercaptan

Khi phản ứng với hydro sunfua, ethylen oxide tạo thành 2-mercaptoethanol và thiodiglycol, và với alkylmercaptan, nó tạo ra 2-alkyl mercaptoethanol:
(CH2CH2)O + H2S → HO–CH2CH2–HS
2 (CH2CH2)O + H2S → (HO–CH2CH2)2S
(CH2CH2)O + RHS → HO–CH2CH2–SR
Lượng dư của ethylen oxide với dung dịch nước của hydro sunfua dẫn đến tris- (hydroxyethyl) sulfonyl hydroxide:
3 (CH2CH2)O + H2S → [(HO–CH2CH2)3S+]OH−
Tính chất hóa học > Các phản ứng cộng khác > Cộng acid nitơrơ và acid nitric

Phản ứng của ethylen oxide với dung dịch nước của bari nitrit, calci nitrit, magnesi nitrit, kẽm nitrit hoặc natri nitrit dẫn đến sự hình thành 2-nitroethanol:
2 (CH2CH2)O + Ca(NO2)2 + 2 H2O → 2 HO–CH2CH2–NO2 + Ca(OH)2
Với acid nitric, ethylen oxide tạo thành mono- và dinitroglycol:
{\ce {(CH2CH2)O{}+{\overset {nitric \atop acid}{HNO3}}->HO-CH2CH2-ONO2->[{\ce {+HNO3}}][{\ce {-H2O}}]O2NO-CH2CH2-ONO_{2}}}
Tính chất hóa học > Các phản ứng cộng khác > Phản ứng với các hợp chất có chứa nhóm methylen hoạt động

Khi có mặt các alkoxide, phản ứng của ethylen oxide với các hợp chất có chứa nhóm methylen hoạt động dẫn đến sự hình thành butyrolacton:
Tính chất hóa học > Các phản ứng cộng khác > Alkyl hóa các hợp chất thơm

Ethylen oxide tham gia vào phản ứng Friedel – Crafts với benzen để tạo thành rượu phenethyl:
Styren có thể thu được trong một giai đoạn nếu phản ứng này được tiến hành ở nhiệt độ cao (315–440 °C (599–824 °F)) và áp suất cao (0,35–0,7 MPa (51–102 psi)), với sự có mặt của chất xúc tác aluminosilicat.
Tính chất hóa học > Các phản ứng cộng khác > Tổng hợp ether vương miện

Một loạt các hợp chất dị vòng đa thức, được gọi là ether vương miện, có thể được tổng hợp bằng ethylen oxide. Một phương pháp là quá trình tạo vòng tạo cation của ethylen oxide, giới hạn kích thước của vòng hình thành:
n (CH2CH2)O → (–CH2CH2–O–)n
Để ngăn chặn sự hình thành các polyme mạch thẳng khác, phản ứng được thực hiện trong một dung dịch rất loãng.
Phản ứng của ethylen oxide với lưu huỳnh dioxide với sự có mặt của muối xêzi dẫn đến sự hình thành hợp chất dị vòng 11 nguyên tố có tính chất tạo phức của ether vương miện:
Tính chất hóa học > Đồng phân hóa

Khi đun nóng đến khoảng 400 °C (750 °F), hoặc đến 150–300 °C (300–570 °F) với sự có mặt của chất xúc tác (Al2O3, H3PO4, v.v.), ethylen oxide đồng phân hóa thành acetaldehyde:
{\ce {(CH2CH2)O->[{\ce {200^{\circ }C}}][{\ce {Al2O3}}]{\overset {acetaldehyde}{CH3CHO}}}}
Cơ chế gốc tự do đã được đề xuất để giải thích phản ứng này trong pha khí; nó bao gồm các giai đoạn sau:
Trong phản ứng (3), M dùng để chỉ thành bình phản ứng hoặc chất xúc tác dị thể. Gốc CH 3 CHO * đại diện cho một phân tử acetaldehyde tồn tại trong thời gian ngắn (thời gian tồn tại là 10 - 8,5 giây). Năng lượng dư thừa của nó là khoảng 355,6 kJ/mol, vượt quá năng lượng liên kết 29,3 kJ/mol của liên kết CC trong acetaldehyde.
Khi không có chất xúc tác, quá trình đồng phân hóa do nhiệt của ethylen oxide không bao giờ có tính chọn lọc và ngoài acetaldehyde thì thu được một lượng đáng kể các sản phẩm phụ (xem phần Phân hủy do nhiệt).
Tính chất hóa học > Phản ứng khử

Ethylen oxide có thể được hydro hóa thành ethanol với sự có mặt của chất xúc tác, chẳng hạn như niken, bạch kim, palađi, boranes, lithi nhôm hydride và một số hydride khác.
{\ce {(CH2CH2)O{}+H2->[{} \atop {\ce {Ni,Pt,Pd,BH3,LiAlH4}}{\text{ or other hydrides}}][{\ce {80^{\circ }C}}]{\underset {ethanol}{C2H5OH}}}}
Ngược lại, với một số chất xúc tác khác, ethylen oxide có thể bị khử bởi hydro thành ethylen với hiệu suất lên đến 70%. Các chất xúc tác khử bao gồm hỗn hợp của bụi kẽm và acid acetic, của lithi nhôm hydride với titani(III) trichloride (chất khử thực sự là titani(II) dichloride, được tạo thành do phản ứng giữa LiAlH4 và TiCl3) và của sắt(III) chloride với butyllithi trong tetrahydrofuran.
{\ce {(CH2CH2)O{}+H2->[{} \atop {\ce {{Zn}+CH3COOH}}]{\underset {ethylene}{CH2=CH2}}+H2O}}
Tính chất hóa học > Oxy hóa

Ethylen oxide có thể bị oxy hóa thêm, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, thành acid glycolic hoặc carbon dioxide:
{\ce {(CH2CH2)O{}+O2->[{\ce {AgNO3}}]{\overset {glycolic\ acid}{HOCH2CO2H}}}}
Quá trình oxy hóa lò phản ứng pha khí sâu của ethylen oxide ở 800–1.000 K (527–727 °C; 980–1.340 °F) và áp suất 0,1–1 MPa (15–145 psi) thu được một hỗn hợp phức tạp gồm các sản phẩm chứa O2, H2, CO, CO2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8 và CH3CHO.
Tính chất hóa học > Dimer hóa

Khi có mặt xúc tác acid, ethylen oxide đime hóa để tạo ra dioxan:
Cơ chế phản ứng như sau:
Phản ứng đime hóa là không chọn lọc. Sản phẩm phụ gồm acetaldehyde (do quá trình đồng phân hóa). Tính chọn lọc và tốc độ của quá trình đime hóa có thể được tăng lên bằng cách thêm chất xúc tác, chẳng hạn như platin, platin-paladi, hoặc iot với sulfolan. 2-methyl-1,3- dioxolan được tạo thành như một sản phẩm phụ trong trường hợp cuối cùng.
Tính chất hóa học > Trùng hợp

Ethylen oxide lỏng có thể tạo thành polyethylen glycol. Quá trình trùng hợp có thể tiến hành thông qua cơ chế gốc và cơ chế ion, nhưng chỉ có cơ chế sau mới có ứng dụng thực tế rộng rãi. Sự trùng hợp cation của ethylen oxide được hỗ trợ bởi acid protic (Hchlo4, HCl), acid Lewis (SnCl4, BF3, v.v.), các hợp chất cơ kim hoặc tác nhân phức tạp hơn:
n{\ce {(CH2CH2)O ->[{\ce {SnCl4}}]}}\ \overbrace {{\ce {(CH2CH2-O-)}}_{n}} ^{{\ce {polyethyleneglycol}}}
Cơ chế phản ứng như sau. Ở giai đoạn đầu, chất xúc tác (MX m) được bắt đầu bởi alkyl-hoặc acylhalogen hoặc bởi các hợp chất có nguyên tử hydro hoạt động, thường là nước, rượu hoặc glycol:
MXm + ROH → MXmRO−H+
Phức chất hoạt động tạo thành phản ứng với ethylen oxide thông qua cơ chế SN2:
(CH2CH2)O + MXmRO−H+ → (CH2CH2)O•••H+O−RMXm
(CH2CH2)O•••H+ O−RMXm → HO–CH2CH2+ + MXmRO−2
HO–CH2CH2+ + n (CH2CH2)O → HO–CH2CH2–(O–CH2CH2)n+
Mắt xích bị bẻ gãy như sau
HO–CH2CH2–(O–CH2CH2)n+ + MXmRO− → HO–CH2CH2–(O–CH2CH2)n–OR + MXm
H(O–CH2CH2)n–O–CH2–CH2+ + MXmRO− → H(O–CH2CH2)n–O–CH=CH2 + MXm + ROH
Sự trùng hợp anion của ethylen oxide được hỗ trợ bởi bazơ, chẳng hạn như alkoxide, hydroxide, carbonat hoặc các hợp chất khác của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ. Cơ chế phản ứng như sau:
(CH2CH2)O + RONa → RO–CH2CH2–O−Na+
RO–CH2CH2–O−Na+ + n (CH2CH2)O → RO–(CH2CH2–O)n–CH2CH2–O−Na+
RO–(CH2CH2–O)n–CH2CH2–O−Na+ → RO–(CH2CH2–O)n–CH=CH2 + NaOH
RO–(CH2CH2–O)n–CH2CH2–O−Na+ + H2O → RO–(CH2CH2–O)(n+1)OH + NaOH
Tính chất hóa học > Phân hủy do nhiệt

Ethylen oxide tương đối bền khi bị đun nóng - khi không có chất xúc tác, nó không phân ly đến 300 °C (572 °F), và chỉ trên 570 °C (1.058 °F) xảy ra sự phân hủy tỏa nhiệt lớn, diễn ra theo cơ chế gốc tự do. Giai đoạn đầu tiên liên quan đến quá trình đồng phân hóa, tuy nhiên nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh các quá trình gốc. Chúng tạo ra một hỗn hợp khí có chứa acetaldehyde, ethan, ethyl, methane, hydro, carbon dioxide, ketherne và formaldehyde. Nhiệt phân ở nhiệt độ cao (830–1.200 K (557–927 °C; 1.034–1.700 °F)) ở áp suất cao trong môi trường trơ dẫn đến thành phần phức tạp hơn của hỗn hợp khí, hỗn hợp này cũng chứa acetylen và propan. Trái ngược với quá trình đồng phân hóa, sự khởi đầu của chuỗi xảy ra chủ yếu như sau:
(CH2CH2)O → •CH2CH2O• → CH2O + CH2:
Khi thực hiện sự phân hủy nhiệt của ethylen oxide với sự hiện diện của các hợp chất kim loại chuyển tiếp như chất xúc tác, nó có thể không chỉ để giảm nhiệt độ của nó, mà còn để có ethyl như là sản phẩm chính, có nghĩa là để đảo ngược phản ứng tổng hợp ethylen oxide.
Tính chất hóa học > Các phản ứng khác

Các ion thiocyanat hoặc thiourea biến ethylen oxide thành thiirane (ethylen sulfide):
(CH2CH2)O + (NH2)2C=S → (CH2CH2)S + (NH2)2C=O
Phản ứng của Phosphor pentachloride với ethylen oxide tạo ra ethylen dichloride:
(CH2CH2)O + PCl5 → Cl–CH2CH2–Cl + POCl3
Các dẫn xuất dichloro khác của ethylen oxide có thể thu được bằng tác dụng kết hợp của sulfuryl chloride (SOCl 2) và pyridin và của triphenylphosphin và carbon tetrachloride.
Phosphor trichloride phản ứng với ethylen oxide tạo thành các esterchlorethyl của acid phospho:
(CH2CH2)O + PCl3 → Cl–CH2CH2–OPCl2
2 (CH2CH2)O + PCl3 → (Cl–CH2CH2–O)2PCl
3 (CH2CH2)O + PCl3 → Cl–CH2CH2–O)3P
Sản phẩm phản ứng của ethylen oxide với acyl chloride khi có mặt natri iotua là một esteriodethyl phức:
(CH2CH2)O + RCOCl + NaI → RC(O)–OCH2CH2–I + NaCl
Đun nóng ethylen oxide đến 100 °C với carbon dioxide, trong dung môi không phân cực với sự có mặt của bis - (triphenylphosphine) -nickel (0) tạo ra ethylen carbonate:
Trong công nghiệp, một phản ứng tương tự được thực hiện ở áp suất và nhiệt độ cao với sự có mặt của muối amoni bậc bốn hoặc muối phosphonium làm chất xúc tác.
Phản ứng của ethylen oxide với formaldehyde ở 80-150 °C khi có mặt chất xúc tác dẫn đến sự hình thành 1,3-dioxolane:
Thay thế fomaldehyde bằng các aldehyde hoặc xeton khác tạo ra 1,3-dioxolan được thế 2 (hiệu suất: 70–85%, xúc tác: tetraethylamoni bromide).
Xúc tác hydroformyl hóa ethylen oxide tạo ra hydroxypropanal có thể được hydro hóa thành propan-1,3-diol:
{\ce {(CH2CH2)O + CO + H2 -> CHO-CH2CH2-OH ->[{\ce {+H2}}] HO-CH2CH2CH2-OH}}
Tổng hợp trong phòng thí nghiệm > Dehydro hóa ethylen và các dẫn xuất của nó

Quá trình khử chlor bằng 2-chloroethanol, được phát triển bởi Wurtz vào năm 1859, vẫn là một phương pháp phổ biến trong phòng thí nghiệm để điều chế ethylen oxide:
Cl–CH2CH2–OH + NaOH → (CH2CH2)O + NaCl + H2O
Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao, bên cạnh natri hydroxide hoặc kali hydroxide, calci hydroxide, bari hydroxide, magnesi hydroxide hoặc carbonat của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ có thể được sử dụng.
Với sản lượng cao (90%) ethylen oxide có thể được sản xuất bằng cách xử lý calci oxide với ethyl hypochlorit; thay calci bằng các kim loại kiềm thổ khác làm giảm hiệu suất phản ứng:
2 CH3CH2–OCl + CaO → 2 (CH2CH2)O + CaCl2 + H2O
Tổng hợp trong phòng thí nghiệm > Oxy hóa trực tiếp ethylen bằng acid peroxy

Ethylen có thể được oxy hóa trực tiếp vào ethylen oxide sử dụng acid peroxy, ví dụ, acid peroxybenzoic hoặc acid meta -chloro-peroxybenzoic:
Quá trình oxy hóa bằng acid peroxy có hiệu quả đối với anken cao hơn, nhưng không hiệu quả đối với ethylen. Phản ứng trên xảy ra chậm và năng suất thấp nên không được sử dụng trong công nghiệp.
Tổng hợp trong phòng thí nghiệm > Các phương pháp điều chế khác

Các phương pháp tổng hợp khác bao gồm phản ứng của diiodo ethan với bạc oxide:
{\ce {I-CH2CH2-I + Ag2O -> (CH2CH2)O + 2AgI}}
và sự phân hủy của ethylen carbonat ở 200–210 °C (392–410 °F) với sự có mặt của hexachloroethan:
Tổng hợp trong công nghiệp > Lịch sử

Sản xuất ethylen oxide công nghiệp bắt đầu từ năm 1914 khi BASF xây dựng nhà máy đầu tiên sử dụng quy trình chlorohydrin (phản ứng của ethylen chlorohydrin với calcium hydroxide). Quá trình chlorohydrin không hấp dẫn vì một số lý do, bao gồm hiệu suất thấp và mất chlor có giá trị thành calci chloride. Quá trình oxy hóa ethylen trực tiếp hiệu quả hơn bằng không khí được Lefort phát minh vào năm 1931 và vào năm 1937 Union Carbide đã mở nhà máy đầu tiên sử dụng quy trình này. Nó đã được Shell Oil Co. cải tiến hơn nữa vào năm 1958 bằng cách thay thế không khí bằng oxy và sử dụng nhiệt độ cao 200–300 °C (390–570 °F) và áp suất (1–3 MPa (150–440 psi)). Quy trình hiệu quả hơn này chiếm khoảng một nửa sản lượng ethylen oxide trong những năm 1950 ở Mỹ, và sau năm 1975, nó thay thế hoàn toàn các phương pháp trước đó. Việc sản xuất ethylen oxide chiếm khoảng 11% nhu cầu ethylen trên toàn thế giới.
Tổng hợp trong công nghiệp > Quy trình sản xuất ethylen oxide bằng chlorohydrin

Mặc dù quá trình chlorohydrin hầu như được thay thế hoàn toàn trong công nghiệp bằng quá trình oxy hóa trực tiếp ethylen, kiến thức về phương pháp này vẫn quan trọng vì lý do giáo dục và vì nó vẫn được sử dụng trong sản xuất propylen oxide. Quá trình này bao gồm ba bước chính: tổng hợp ethylen chlohydrin, khử chlohydrin ethylen chlorohydrin thành ethylen oxide và tinh chế ethylen oxide. Các bước đó được thực hiện liên tục. Trong cột đầu tiên, quá trình khử chlor của ethylen được thực hiện như sau:
Cl2 + H2O → HOCl + HCl
CH2=CH2 + HOCl → HO–CH2CH2–Cl
CH2=CH2 + Cl2 → Cl–CH2CH2–Cl
Để ngăn chặn sự chuyển hóa ethylen thành ethylen dichloride (phản ứng cuối cùng), nồng độ của ethylen được duy trì ở khoảng 4–6%, và dung dịch được đun nóng bằng hơi nước đến điểm sôi.
Tiếp theo, dung dịch nước của ethylen chlorohydrin đi vào cột thứ hai, tại đây nó phản ứng với dung dịch calci hydroxide 30% ở 100 °C (212 °F):
2 OH–CH2CH2–Cl + Ca(OH)2 → 2 (CH2CH2)O + CaCl2 + 2H2O
Ethylen oxide tạo ra được tinh chế bằng phương pháp chỉnh lưu. Quy trình chlorohydrin cho phép đạt tới 95% chuyển hóa ethylen chlorohydrin. Hiệu suất của ethylen oxide khoảng 80% giá trị lý thuyết; đối với 1 tấn (0,98 tấn Anh; 1,1 tấn Mỹ) ethylen oxide, khoảng 200 kg (440 lb) của ethylen đichloride được tạo ra. Tuy nhiên, những hạn chế chính của quy trình này là tiêu thụ nhiều chlor và lượng nước thải lớn. Quy trình này hiện đã lỗi thời.
Tổng hợp trong công nghiệp > Oxy hóa trực tiếp ethylen > Sử dụng trong ngành công nghiệp toàn cầu

Quá trình oxy hóa trực tiếp ethylen được Lefort cấp bằng sáng chế vào năm 1931. Phương pháp này đã được sửa đổi nhiều lần để sử dụng trong công nghiệp, và ít nhất bốn biến thể chính đã được biết đến. Tất cả đều sử dụng quá trình oxy hóa bằng oxy hoặc không khí và chất xúc tác gốc bạc, nhưng khác nhau về các chi tiết công nghệ và cách triển khai phần cứng.
Union Carbide (hiện là một bộ phận của Dow Chemical Company) là công ty đầu tiên phát triển quá trình oxy hóa trực tiếp.
Một phương pháp sản xuất tương tự đã được phát triển bởi Công ty thiết kế khoa học, nhưng nó được sử dụng rộng rãi hơn do hệ thống cấp phép - nó chiếm 25% sản lượng trên thế giới và 75% sản lượng ethylen oxide được cấp phép trên thế giới. Một biến thể độc quyền của phương pháp này được sử dụng bởi Công ty hóa chất xúc tác Nhật Bản, công ty đã điều chỉnh quá trình tổng hợp cả ethylen oxide và ethylen glycol trong một khu phức hợp công nghiệp.
Một sửa đổi khác đã được phát triển Shell International Chemicals BV. Phương pháp của họ khá linh hoạt đối với các yêu cầu cụ thể của các ngành cụ thể; nó được đặc trưng bởi độ chọn lọc cao đối với sản phẩm ethylen oxide và tuổi thọ dài của chất xúc tác (3 năm). Nó chiếm khoảng 40% sản lượng toàn cầu.
Các nhà máy cũ thường sử dụng không khí để oxy hóa trong khi các nhà máy và quy trình mới hơn, chẳng hạn như MEtherOR và Japan Catalytic, sử dụng oxy.
Tổng hợp trong công nghiệp > Oxy hóa trực tiếp ethylen > Hóa học và động học của quá trình oxy hóa trực tiếp

Về hình thức, quá trình oxy hóa trực tiếp được biểu diễn bằng phương trình sau:
{\ce {2CH_2=CH2 + O2 ->[{\ce {Ag}}] 2(CH2CH2)O}}
, ΔH = −105 kJ/mol
Tuy nhiên, khối lượng đáng kể của carbon dioxide và nước được quan sát thấy trong thực tế, điều này có thể được giải thích bằng quá trình oxy hóa hoàn toàn ethylen hoặc ethylen oxide:
CH2=CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O, ΔH = −1327 kJ/mol
(CH2CH2)O + 2.5 O2 → 2 CO2 + 2 H2O, ΔH = −1223 kJ/mol
Theo phân tích động học của Kilty và Sachtler, các phản ứng sau đây mô tả con đường dẫn đến ethylen oxide. Trong bước đầu tiên, một loại superoxide (O2-) được hình thành:
O2 + Ag → Ag+O2−-
Chất này phản ứng với ethylen
Ag+O2−- + H2C=CH2 → H2COCH2)O + AgO
Bạc oxide tạo thành sau đó sẽ oxy hóa ethylen hoặc ethylen oxide thành CO2 và nước. Phản ứng này bổ sung chất xúc tác bạc. Do đó, phản ứng tổng thể được biểu thị bằng
7 CH2=CH2 + 6 O2 → 6 (CH2CH2)O + 2 CO2 + 2 H2O
và mức độ chuyển hóa ethylen thành ethylen oxide tối đa là 6/7 hoặc 85,7%.
Chất xúc tác cho phản ứng là bạc kim loại nằm trong các chất nền khác nhau, bao gồm đá bọt, silica gel, nhiều loại silicat và aluminosilicat, nhôm và carbua silic, và được hoạt hóa bởi một số chất phụ gia (antimon, bitmut, bari peroxide, v.v.). Nhiệt độ quá trình được tối ưu hóa là 220–280 °C (430–540 °F). Nhiệt độ thấp hơn làm giảm hoạt tính của chất xúc tác, và nhiệt độ cao hơn thúc đẩy quá trình oxy hóa hoàn toàn ethylen do đó làm giảm sản lượng của ethylen oxide. Tăng áp suất 1–3 MPa (150–440 psi) làm tăng năng suất của chất xúc tác và tạo điều kiện hấp thụ ethylen oxide từ các khí phản ứng.
Trong khi quá trình oxy hóa bằng không khí vẫn đang được sử dụng, oxy (độ tinh khiết> 95%) được ưu tiên hơn vì một số lý do, chẳng hạn như hiệu suất phân tử gam của ethylen oxide cao hơn (75–82% đối với oxy so với 63–75% đối với không khí), tốc độ phản ứng cao hơn (không pha loãng khí) và không cần tách nitơ trong các sản phẩm phản ứng.
Ứng dụng

Ethylen oxide là một trong những nguyên liệu quan trọng nhất được sử dụng trong sản xuất hóa chất quy mô lớn. Hầu hết ethylen oxide được sử dụng để tổng hợp Ethylen glycol, bao gồm diethylen glycol và triethylen glycol, chiếm tới 75% lượng tiêu thụ toàn cầu. Các sản phẩm quan trọng khác bao gồm ether ethylen glycol, ethanolamin và etoxylat. Trong số các glycol, ethylen glycol được sử dụng làm chất chống đông, trong sản xuất polyester và polyethylen terephthalat (PET - nguyên liệu cho chai nhựa), chất làm mát lỏng và dung môi.
Polyethylen glycol được sử dụng trong nước hoa, mỹ phẩm, dược phẩm, chất bôi trơn, chất pha loãng sơn và chất làm dẻo. Ether ethylen glycol là một phần của dầu phanh, chất tẩy rửa, dung môi, sơn mài và sơn.
Ethanolamins được sử dụng trong sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa và để lọc khí tự nhiên. Etoxylat là sản phẩm phản ứng của ethylen oxide với rượu, acid hoặc amin cao hơn. Chúng được sử dụng trong sản xuất chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt, chất nhũ hóa và chất phân tán.
Trong khi tổng hợp ethylen glycol là ứng dụng chính của ethylen oxide, tỷ lệ phần trăm của nó rất khác nhau tùy thuộc vào khu vực: từ 44% ở Tây Âu, 63% ở Nhật Bản và 73% ở Bắc Mỹ đến 90% ở phần còn lại của châu Á và 99 % ở Châu Phi.