Oxid de etilenă
| Oxid de etilenă | |
|---|---|
 | |
 | |
| Numele IUPAC | |
| oxiran | |
| Denumiri alternative | |
| 1,2-epoxietan oxid de dimetilenă EtO | |
| Caracteristici generale | |
| Formula moleculară sau brută | C 2 H 4 O |
| Masa moleculară ( u ) | 44,05 |
| Aspect | gaz incolor |
| numar CAS | |
| Numărul EINECS | 200-849-9 |
| PubChem | 6354 |
| ZÂMBETE | C1CO1 |
| Proprietăți fizico-chimice | |
| Densitate (g / cm 3 , în cs ) | 0,87 |
| Solubilitate în apă | complet solubil |
| Temperatură de topire | −112 ° C (161 K) |
| Temperatura de fierbere | 11 ° C (284 K) |
| Presiunea de vapori ( Pa ) la 293 K. | 145300 |
| Proprietăți termochimice | |
| Δ f H 0 (kJ mol −1 ) | −52,6 |
| Δ f G 0 (kJ mol −1 ) | −13 |
| S 0 m (J K −1 mol −1 ) | 242,5 |
| C 0 p, m (J K −1 mol −1 ) | 47,9 |
| Informații de siguranță | |
| Punct de flacără | −30 ° C (243 K) |
| Limite de explozie | 2,6 - 99% vol. |
| Temperatură de autoaprindere | 440 ° C (713 K) |
| Simboluri de pericol chimic | |
    | |
| Pericol | |
| Fraze H | 280 - 220 - 350 - 340 - 331 - 319 - 335 - 315 - EUH006 |
| Sfaturi P | 210 - 260 - 202 - 280 - 304 + 340 + 315 - 305 + 351 + 338 + 315 - 308 + 313 - 377 - 381 - 302 + 352 - 332 + 313 - 403 - 405 [1] [2] |
Oxidul de etilenă (sau oxiran ) este cel mai simplu compus heterociclic care conține oxigen și, mai precis, este cel mai simplu dintre epoxizi ( eteri ciclici în care oxigenul este unul dintre atomii unui inel cu trei membri).
La temperatura și presiunea ambiantă este un gaz incolor cu miros eteric dulce, extrem de inflamabil , foarte iritant și toxic prin inhalare, exploziv atunci când este amestecat cu aerul . Ca lichid, fierbe la 11 ° C, este solubil în apă, spre deosebire de eterii aciclici care nu sunt foarte solubili, asemănându-se cu acești eteri ciclici omologi oxetan și tetrahidrofuran ; cu toate acestea, în soluție apoasă tinde să se hidrolizeze lent, dând în principal etilen glicol . Molecula sa este polară (μ = 1,89 D ) [3] , mai mult decât dietil eter (μ = 1,15 D) și, de asemenea, decât tetrahidrofuran (μ = 1,75 D) și decât apa însăși (μ = 1,86 D). Lichidul are o constantă dielectrică modestă, dar mult mai mare (ε r = 12,4) decât eterul dielectric comun (ε r = 4,3) [3] .
Este utilizat de industria chimică pentru sinteza a numeroși compuși chimici.
fundal
Oxidul de etilenă a fost preparat pentru prima dată în 1859 de chimistul francez Charles Wurtz , care l-a obținut prin reacție între 2-cloroetanol (numit și „clorhidrat de etilenă”) și o bază . [4] [5] La rândul său, etilenul clorhidrat a fost produs din etilenă, astfel încât reacția generală a procesului a fost:
- 2 CH 2 = CH 2 + 2 Cl 2 + Ca (OH) 2 → 2 C 2 H 4 O + CaCl 2 + 2 HCl
Oxidul de etilenă a început să fie produs la scară industrială începând cu 1914 [5], iar producția sa a crescut în anii primului război mondial , ca precursor al etilenglicolului și al gazului muștar .
În 1931 un alt chimist francez, Theodore Lefort , a descoperit metoda de a-l produce direct prin reacție directă între etenă și oxigen folosind argintul ca catalizator . [5] Procesul, numit „oxidare parțială directă” (în engleză „ direct partial oxydation ”) a fost ulterior industrializat de multinaționala chimică Union Carbide . [6] Din 1975, tot oxidul de etilenă produs industrial se bazează pe această reacție. [6]
Reactivitate
Reactivitatea oxidului de etilenă derivă în principal din acești factori:
- oxigenul din inel este un centru de bază ( Lewis și Brønsted )
- carbonii inelari sunt centri electrofili și pot suferi un atac nucleofil cu deschidere inelară
- inelul cu trei membri se află sub o tensiune unghiulară considerabilă și, prin urmare, se poate deschide ușor; acest fapt permite reacții interzisă în non-ciclice eteri ( de exemplu , dietileter ) și la eteri ciclici elibera de tensiune ( de exemplu , tetrahidrofuran , tetrahidropiran , dioxan )
Spre deosebire de eteri non-tensiune, cu acizi diluați este hidrolizat prin adăugarea de H 2 O pentru a se obține etilen glicol . Tratate cu acizi Lewis ( BF 3 , Mgl2 și altele) , în cantitate catalitică izomerizează la acetaldehidă . Cu amoniac există un atac nucleofil asupra carbonului (S N 2) care duce la deschiderea inelului și formarea, după rearanjarea protonului, a etanolaminei ; cu un exces de oxid de etilenă reacția se repetă până când se ajunge la trietanolamină . Oxidul de etilenă poate fi redus de la borohidrură de sodiu la alcool etilic . Cu trifenilfosfina la 200 ° C este dezoxigenată la etilenă [7] . Este alchilat de reactivii Grignard și de reactivi organolitiu [8] ; cu CH 3 MgBr (sau cu metilitiu ) în THF dă, după hidroliză , n -propanol .
Producție
Milioane de tone de oxid de etilenă sunt produse la nivel mondial în fiecare an (în 2000 , de exemplu, au fost produse 15 milioane de tone [9] ). Oxidul de etilenă este produs industrial prin „oxidare parțială directă” între etenă și oxigen pe un catalizator de argint (susținut de alumină ) la temperaturi cuprinse între 250 ° C și 300 ° C și presiuni între 10 și 20 bari . [10]
-
2 CH 2 =CH 2 + O 2 → 2 C 2 H 4 O
Alături de această reacție există următoarele două reacții competitive nedorite: [11]
-
2 CH 2 =CH 2 + 3O 2 → 4 CO 2 + 4 H 2 O -
C 2 H 4 O + 5 ⁄ 2 O 2 → 2 CO 2 + 2 H 2 O
Pentru a favoriza reacția de producere a oxidului de etilenă, catalizatorul este otrăvit cu 1,2-dicloroetan , care scade activitatea catalizatorului, dar îi mărește selectivitatea , deoarece favorizează oxigenul „ adsorbție liniară” comparativ cu cel „punte”. Reacțiile nedorite ale producției de dioxid de carbon apar de fapt cu un mecanism de reacție care exploatează adsorbția de punte. [13]
În trecut, aerul a fost folosit ca agent oxidant („sistemul de aer”), în timp ce aproape toate sistemele noi folosesc oxigen („sistemul de oxigen”), de fapt în sistemele de aer este necesar să se purge azotul acumulat, iar în timpul purjării are ca rezultat o pierdere substanțială de etilenă, care este redusă în sistemele de oxigen. [10]
Deoarece oxidul de etilenă are o gamă foarte mare de explozivi în aer (2,6-99% în volum), se adaugă o anumită cantitate de gaz inert în interiorul reactorului, pentru a schimba aceste limite de explozie. Un amestec de metan și argon este utilizat ca gaz inert pentru sistemul de oxigen sau azot pentru sistemul de aer. [10]
Randamentul tipic al acestui proces este între 65% și 75% pentru procesul de aer și între 70% și 80% pentru procesul de oxigen; o parte din etenă se pierde de fapt din cauza reacțiilor concomitente de ardere și a formării dioxidului de carbon. [14]
Utilizări
Se utilizează ca intermediar de reacție
Majoritatea oxidului de etilenă este utilizat ca intermediar în producția de alți compuși chimici. [16] Utilizarea sa enormă ca intermediar de reacție se datorează reactivității sale ridicate, care se datorează tensiunii inelare ridicate a moleculei de oxid de etilenă, care tinde să deschidă legătura prin ruperea naturii ciclice a moleculei. [5]
Principalul dintre acestea este etilen glicolul (produs prin „ cataliză acidă ” sau „termic”), utilizat în industria auto ca antigel și ca agent de răcire. Este, de asemenea, utilizat la prepararea poliesterilor , oxietilaților (și polietoxilaților ) și a etanolaminelor . [17]
Oxidul de etilenă este, de asemenea, un monomer și se poate polimeriza pentru a forma polietilen glicol , un polimer netoxic, solubil în apă.
Oxidul de etilenă este reactivul utilizat pentru comportament etoxilare reacții, adică inserarea unei -CH2 - CH2 - OH grupare pe alte molecule.
O clasă importantă de derivați ai oxidului de etilenă este cea a eterilor corona , care sunt oligomeri ciclici ai oxidului de etilenă.
Pornind de la oxiran , se produc silorani (utilizați în stomatologia restaurativă ), constând din molecule de oxiran, siloxan (lanțuri Si-O), umpluturi (pentru 76%) și alți compuși chimici într-un procent mai mic (cum ar fi inițiatori , stabilizatori , pigmenți ). Avantajul lor față de materialele compozite clasice este reducerea stresului de contracție și polimerizare datorită legăturii dintre lanțurile de metacrilat .
Următoarea diagramă prezintă unele dintre cele mai importante procese chimice industriale care utilizează oxid de etilenă ca reactiv:
| Oxid de etilenă | |||||||||||||||||||||||||||||
| ( cataliză acidă sau cale termică) | |||||||||||||||||||||||||||||
| Etilen glicol | Eteri glicolici | Etanolamine | Polietoxilați | ||||||||||||||||||||||||||
| ( polimerizare ) | ( polimerizare ) | ||||||||||||||||||||||||||||
| Polietilen glicol | Polietilen tereftalat | ||||||||||||||||||||||||||||
Utilizare în domeniul medical
Oxidul de etilenă ucide bacteriile , mucegaiurile și ciupercile ; găsește utilizarea ca agent de sterilizare ca alternativă la pasteurizare pentru acele produse termolabile care ar fi deteriorate de căldură . Este, de asemenea, utilizat pentru sterilizarea materialelor și instrumentelor utilizate în chirurgie . [16]
Toxicitate
Oxidul de etilenă este toxic prin inhalare; expunerea prelungită la acesta pentru câteva minute poate provoca dureri de cap și confuzie urmate de convulsii , până la accidente vasculare cerebrale și comă în cazul expunerii mai prelungite. [18] Este, de asemenea, iritant pentru căile respiratorii și poate provoca lichide să se verse în ele chiar și la câteva ore după expunere.
La cobai , experimentele au arătat că oxidul de etilenă provoacă cancer la ficat și probleme de reproducere ( avorturi spontane și mutații la descendenți ). [18] Nu sunt disponibile date fiabile asupra oamenilor, dar este posibil ca efectele să fie similare. Pe de altă parte, se știe că expunerea cronică la oxidul de etilenă provoacă cataractă . [18]
Pentru a evita efectele toxice ale oxidului de etilenă asupra peștilor și microorganisme, efluenții industriali ce conțin oxid de etilenă sunt supuse unui anumit tratament biologic, datorită căruia oxidul de etilenă este transformată în etilenglicol, care , de fapt , au valori foarte mari. Mai mare decât LD 50 (84 mg / L pentru etilenoxid și mai mult de 10.000 mg / L pentru etilen glicol). [19]
Poluare
Oxidul de etilenă este prezent ca poluant în gazele naturale , fumul de țigară și evacuarea vehiculului. [5]
Notă
- ^ Fișă informativă privind substanța oxidului de etilenă pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Arhiva Internet .
- ^ BOC Limitat; rev. din 20.05.2011 Arhivat 19 august 2011 la Internet Archive .
- ^ a b Haynes, William M., ed., Thomas J. Bruno, ed. asociată. și David R. Lide, ed. Internet,6 , în CRC Handbook of Chemistry and Physics , Internet Version 2016, Boca Raton, FL: CRC Press., 1988, p. 6 -190.
- ^ Weissermel-Arpe , p. 145
- ^ a b c d e lui Ullmann , cap. 1 .
- ^ a b Weissermel-Arpe , p. 146
- ^ Theophil Eicher și Siegfried Hauptmann, The Chemistry of Heterocycles , Ediția a doua, VCH Veriag GmbH & Co. KGaA, 2003, p. 18, ISBN 3-527-30720-6 .
- ^ TWG Solomons, CB Fryhle și SA Snyder, 12 , în chimia organică , ediția a 11-a, John Wiley & Sons, Inc., 2013, p. 575, ISBN 978-1-118-13357-6 .
- ^ Ullmann's , cap. 10 .
- ^ a b c Weissermel-Arpe , p. 149
- ^ Ullmann's , cap. 4.2 .
- ^ În adsorbția liniară, pe de altă parte, molecula este plasată ortogonal la suprafață și doar un atom al moleculei este legat de suprafața solidului adsorbant.
- ^ Weissermel-Arpe , p.148
- ^ Weissermel-Arpe , p. 147
- ^ Ullmann's , cap. 4.3 .
- ^ a b lui Ullmann , cap. 9 .
- ^ Weissermel-Arpe , p.151
- ^ a b c lui Ullmann , cap. 11 .
- ^ Ullmann's , cap. 5 .
Bibliografie
- ( EN ) Klaus Weissermel, Hans-Jürgen Arpe, Charlet R. Lindley, Industrial organic chimie , ediția a IV-a, Wiley-VCH, 2003, pp. 144-165, ISBN 3-527-30578-5 .
- ( EN ) Siegfried Rebsdat, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Ethylene Oxide" , Wiley-VCH, 2002, DOI : 10.1002 / 14356007.a10_117 .
- ( EN ) Clement Associates, Life Systems, Inc, Statele Unite. Agenția pentru Registrul Substanțelor Toxice și al Bolilor, Profil toxicologic pentru oxidul de etilenă [ legătură ruptă ] , Departamentul SUA de Sănătate și Servicii Umane, Serviciul de Sănătate Publică, Agenția pentru Registrul Substanțelor Toxice și al Bolilor, 1990.
- ( EN ) Association for the Advancement of Medical Instrumentation, American National Standards Institute, Ghid pentru sterilizarea industrială a oxidului de etilenă a dispozitivelor medicale: proiectarea procesului, validarea, sterilizarea de rutină și sterilizarea contractuală , ediția a 2-a, Association for the Advancement of Medical Instrumentation, 1988, ISBN 0-910275-78-5 .
- ( EN ) Winfield Walter Heckert, Descompunerea termică a oxidului de etilenă , universitatea de stat din Ohio, 1929.
- ( EN ) MA Matthews, subcomitetul British Intelligence Objectives, oxid de etilenă prin oxidarea directă a etilenei , subcomitetul British Intelligence Objectives, 1945.
- ( EN ) National Fire Protection Association, American National Standards Institutes, Standard pentru depozitarea, manipularea și utilizarea oxidului de etilenă pentru sterilizare și fumigare [ link rupt ] , Asociația Națională de Protecție împotriva Incendiilor, 2002.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre oxid de etilenă
linkuri externe
- Ghiduri de distribuție a oxidului de etilenă ( PDF ), pe petrochimie.net . Adus la 1 iulie 2009 (arhivat din original la 7 septembrie 2012) .
| Controlul autorității | LCCN (EN) sh85045441 · GND (DE) 4153109-7 |
|---|
