As substâncias mais famosas e utilizadas na vida humana e na indústria pertencentes à categoria de álcoois polihídricos são o etilenoglicol e a glicerina. Sua pesquisa e uso começaram há vários séculos, mas as propriedades desses compostos orgânicos são, em muitos aspectos, inimitáveis e únicas, o que os torna indispensáveis até hoje. Os álcoois polihídricos são usados em muitas sínteses químicas, indústrias e áreas da vida humana.
O primeiro "conhecimento" com etilenoglicol e glicerina: a história da obtenção
Em 1859, por meio de um processo de duas etapas de reação de dibromoetano com acetato de prata e tratamento do diacetato de etilenoglicol obtido na primeira reação com potassa cáustica, Charles Wurtz primeiro sintetizou o etilenoglicol. Algum tempo depois, foi desenvolvido um método de hidrólise direta do dibromoetano, mas em escala industrial no início do século XX, o álcool di-hídrico 1,2-dioxietano, também conhecido como monoetilenoglicol, ou simplesmente glicol, nos EUAobtido por hidrólise de etilenocloridrina.
Hoje, tanto na indústria como no laboratório, são utilizados vários outros métodos, novos, mais económicos do ponto de vista da matéria-prima e da energia, e amigos do ambiente, desde a utilização de reagentes contendo ou libertando cloro, toxinas, substâncias cancerígenas e outras substâncias perigosas para o meio ambiente e para os seres humanos, está diminuindo com o desenvolvimento da química "verde".
A glicerina foi descoberta pelo farmacêutico Carl Wilhelm Scheele em 1779, e Theophile Jules Pelouze estudou a composição do composto em 1836. Duas décadas depois, a estrutura da molécula desse álcool tri-hídrico foi estabelecida e fundamentada nos trabalhos de Pierre Eugene Marseille Vertelot e Charles Wurtz. Finalmente, vinte anos depois, Charles Friedel realizou a síntese completa do glicerol. Atualmente, a indústria utiliza dois métodos para sua produção: através do cloreto de alila a partir de propileno, e também através da acroleína. As propriedades químicas do etilenoglicol, como a glicerina, são amplamente utilizadas em vários campos da produção química.
A estrutura e estrutura da conexão
A molécula é baseada em um esqueleto de hidrocarboneto insaturado de etileno, composto por dois átomos de carbono, no qual uma ligação dupla foi quebrada. Dois grupos hidroxila foram adicionados aos sítios de valência desocupados nos átomos de carbono. A fórmula do etileno é C2H4, depois de quebrar a ligação do guindaste e adicionar grupos hidroxila (após vários estágios) parece C2N4(OH)2. É isso que éetilenoglicol.
A molécula de etileno tem uma estrutura linear, enquanto o álcool di-hídrico tem uma configuração tipo trans na colocação dos grupos hidroxila em relação ao esqueleto do carbono e entre si (este termo é totalmente aplicável à posição relativa ao a ligação múltipla). Tal deslocamento corresponde à localização mais remota dos hidrogênios dos grupos funcionais, menor energia e, portanto, a máxima estabilidade do sistema. Simplificando, um grupo OH olha para cima e o outro olha para baixo. Ao mesmo tempo, compostos com duas hidroxilas são instáveis: em um átomo de carbono, sendo formados na mistura de reação, são imediatamente desidratados, transformando-se em aldeídos.
Classificação
As propriedades químicas do etilenoglicol são determinadas pela sua origem a partir do grupo dos álcoois polihídricos, ou seja, o subgrupo dos dióis, ou seja, compostos com dois fragmentos de hidroxila em átomos de carbono vizinhos. Uma substância que também contém vários substituintes OH é o glicerol. Possui três grupos funcionais álcool e é o membro mais comum de sua subclasse.
Muitos compostos desta classe também são obtidos e utilizados na produção química para diversas sínteses e outros propósitos, mas o uso do etilenoglicol está em uma escala mais séria e está envolvido em quase todas as indústrias. Este assunto será discutido com mais detalhes abaixo.
Características físicas
O uso de etilenoglicol deve-se à presença de váriospropriedades inerentes aos álcoois poli-hídricos. Estas são características distintivas que são características apenas para esta classe de compostos orgânicos.
A mais importante das propriedades é a capacidade ilimitada de misturar com H2O. Água + etilenoglicol dá uma solução com uma característica única: seu ponto de congelamento, dependendo da concentração de diol, é 70 graus inferior ao do destilado puro. É importante notar que essa dependência não é linear e, ao atingir um determinado teor quantitativo de glicol, começa o efeito oposto - o ponto de congelamento aumenta com o aumento da porcentagem da substância dissolvida. Este recurso encontrou aplicação na produção de vários anticongelantes, líquidos anticongelantes que cristalizam em características térmicas extremamente baixas do ambiente.
Exceto em água, o processo de dissolução prossegue bem em álcool e acetona, mas não é observado em parafinas, benzenos, éteres e tetracloreto de carbono. Ao contrário de seu ancestral alifático - uma substância gasosa como o etileno, o etilenoglicol é um líquido transparente, semelhante a um xarope, com um leve tom amarelo, de sabor adocicado, com odor incaracterístico, praticamente não volátil. O congelamento de 100% de etilenoglicol ocorre a -12,6 graus Celsius e a ebulição a +197,8. Em condições normais, a densidade é 1,11 g/cm3.
Métodos de Obtenção
Etilenoglicol pode ser obtido de várias maneiras, algumas das quais hoje têm apenas significado histórico ou preparativo, enquanto outrasusado ativamente pelo homem em escala industrial e não apenas. Em ordem cronológica, vejamos os mais importantes.
O primeiro método para obter etilenoglicol a partir de dibromoetano já foi descrito acima. A fórmula do etileno, cuja dupla ligação é quebrada, e as valências livres são ocupadas por halogênios, principal material de partida nessa reação, além de carbono e hidrogênio, possui dois átomos de bromo em sua composição. A formação de um composto intermediário na primeira etapa do processo é possível justamente pela sua eliminação, ou seja, substituição por grupos acetato, que, após hidrólise posterior, transformam-se em álcool.
No processo de desenvolvimento da ciência, tornou-se possível obter etilenoglicol por hidrólise direta de quaisquer etanos substituídos por dois halogênios em átomos de carbono vizinhos, usando soluções aquosas de carbonatos metálicos do grupo alcalino ou (menos ambientalmente reagente amigável) H2 Oh e dióxido de chumbo. A reação é bastante "trabalhosa" e ocorre apenas em temperaturas e pressões significativamente elevadas, mas isso não impediu que os alemães usassem esse método durante as guerras mundiais para produzir etilenoglicol em escala industrial.
O método de obtenção de etilenoglicol a partir de etilenocloridrina por sua hidrólise com sais de carbono de metais do grupo alcalino também desempenhou seu papel no desenvolvimento da química orgânica. Com um aumento na temperatura da reação para 170 graus, o rendimento do produto alvo atingiu 90%. Mas havia uma desvantagem significativa - o glicol tinha que ser extraído de alguma forma da solução salina, o que está diretamente relacionado aouma série de dificuldades. Os cientistas resolveram esse problema desenvolvendo um método com o mesmo material inicial, mas dividindo o processo em duas etapas.
A hidrólise do acetato de etilenoglicol, sendo a etapa final anterior do método de Wurtz, tornou-se um método à parte quando conseguiram obter o reagente de partida oxidando o etileno em ácido acético com oxigênio, ou seja, sem o uso de compostos de halogênio completamente não ambientais.
Há também muitas maneiras de produzir etilenoglicol oxidando o etileno com hidroperóxidos, peróxidos, perácidos orgânicos na presença de catalisadores (compostos de ósmio), clorato de potássio, etc. Existem também métodos eletroquímicos e radioquímicos.
Caracterização de propriedades químicas gerais
As propriedades químicas do etilenoglicol são determinadas por seus grupos funcionais. As reações podem envolver um substituinte hidroxila ou ambos, dependendo das condições do processo. A principal diferença na reatividade reside no fato de que, devido à presença de várias hidroxilas em um álcool polihídrico e sua influência mútua, são manifestadas propriedades ácidas mais fortes do que as dos "irmãos" monohídricos. Portanto, em reações com álcalis, os produtos são sais (para glicol - glicolatos, para glicerol - gliceratos).
As propriedades químicas do etilenoglicol, assim como da glicerina, incluem todas as reações de álcoois da categoria de monohídrico. Glicol dá ésteres totais e parciais em reações com ácidos monobásicos, glicolatos, respectivamente, são formados com metais alcalinos, e quandoem um processo químico com ácidos fortes ou seus sais, o aldeído do ácido acético é liberado - devido à eliminação de um átomo de hidrogênio de uma molécula.
Reações com metais ativos
Reação do etilenoglicol com metais ativos (após o hidrogênio na série de força química) em temperaturas elevadas dá etilenoglicolato do metal correspondente, mais hidrogênio é liberado.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, onde X é o metal bivalente ativo.
Reação qualitativa ao etilenoglicol
Distinguir o álcool polihídrico de qualquer outro líquido usando uma reação visual característica apenas para esta classe de compostos. Para fazer isso, hidróxido de cobre recém-precipitado (2), que tem uma tonalidade azul característica, é derramado em uma solução incolor de álcool. Quando os componentes misturados interagem, o precipitado se dissolve e a solução fica com uma cor azul profunda - como resultado da formação do glicolato de cobre (2).
Polimerização
As propriedades químicas do etilenoglicol são de grande importância para a produção de solventes. A desidratação intermolecular da referida substância, ou seja, a eliminação da água de cada uma das duas moléculas de glicol e sua posterior combinação (um grupo hidroxila é completamente eliminado e apenas o hidrogênio é removido do outro), permite obter um solvente orgânico único - dioxano, que é frequentemente usado em química orgânica, apesar de sua alta toxicidade.
Troca de Hidroxipara halogênio
Quando o etilenoglicol interage com os ácidos hidrohálicos, observa-se a substituição dos grupos hidroxila pelo halogênio correspondente. O grau de substituição depende da concentração molar de haleto de hidrogênio na mistura de reação:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, onde X é cloro ou bromo.
Obter Éter
Nas reações do etilenoglicol com ácido nítrico (de certa concentração) e ácidos orgânicos monobásicos (fórmico, acético, propiônico, butírico, valérico, etc.), formam-se monoésteres complexos e, portanto, simples. Em outros, a concentração de ácido nítrico é di- e trinitroésteres de glicol. O ácido sulfúrico de uma determinada concentração é usado como catalisador.
Os derivados mais importantes do etilenoglicol
Substâncias valiosas que podem ser obtidas a partir de álcoois poli-hídricos usando reações químicas simples (descritas acima) são os éteres de etilenoglicol. A saber: monometil e monoetil, cujas fórmulas são HO-CH2-CH2-O-CH3 e HO-CH2-CH2-O-C2N5 respectivamente. Em termos de propriedades químicas, eles são em muitos aspectos semelhantes aos glicóis, mas, como qualquer outra classe de compostos, possuem características reativas únicas que são exclusivas deles:
- Monometiletilenoglicol é um líquido incolor, mas com odor repugnante característico, fervendo a 124,6 graus Celsius, altamente solúvel em etanol, outrossolventes orgânicos e água, muito mais voláteis que o glicol, e com densidade menor que a da água (da ordem de 0,965 g/cm3).
- Dimetiletilenoglicol também é um líquido, mas com odor menos característico, densidade de 0,935 g/cm3, ponto de ebulição de 134 graus acima de zero e solubilidade comparável ao homólogo anterior.
O uso de celossolos - como são geralmente chamados os monoéteres de etilenoglicol - é bastante comum. Eles são usados como reagentes e solventes em síntese orgânica. Suas propriedades físicas também são usadas para aditivos anticorrosivos e anticristalização em óleos anticongelantes e de motor.
Campos de aplicação e preços da gama de produtos
O custo nas fábricas e empresas envolvidas na produção e venda de tais reagentes flutua em média cerca de 100 rublos por quilograma de um composto químico como o etilenoglicol. O preço depende da pureza da substância e da porcentagem máxima do produto alvo.
O uso de etilenoglicol não está limitado a nenhuma área. Assim, como matéria-prima é utilizada na produção de solventes orgânicos, resinas e fibras artificiais, líquidos que congelam a baixas temperaturas. Está envolvido em muitas indústrias, como automotiva, aviação, farmacêutica, elétrica, couro, tabaco. Sua importância para a síntese orgânica é inegavelmente pesada.
É importante lembrar que o glicol écomposto tóxico que pode causar danos irreparáveis à saúde humana. Portanto, é armazenado em recipientes selados de alumínio ou aço com uma camada interna obrigatória que protege o recipiente da corrosão, apenas em posições verticais e em salas que não estejam equipadas com sistemas de aquecimento, mas com boa ventilação. Prazo - não mais de cinco anos.
