Ethylen oxide – Wikipedia tiếng Việt

Ethylen(e) oxide (ethylen oxit), còn được gọi là oxiran, là một hợp chất hữu cơ có công thức C

2H

4O. Nó là một ether mạch vòng và epoxide đơn giản nhất: một vòng ba bao gồm một nguyên tử oxy và hai nguyên tử carbon. Ethylen oxide là một chất khí không màu và dễ cháy, có mùi ngọt nhẹ. Vì là một vòng căng nên ethylen oxide dễ dàng tham gia vào một số phản ứng cộng dẫn đến mở vòng. Ethylen oxide là đồng phân với acetaldehyd và với rượu vinyl. Ethylen oxide được sản xuất công nghiệp bằng cách oxy hóa ethylen với sự có mặt của chất xúc tác bạc.

Khả năng phản ứng mạnh, gây ra nhiều mối nguy hại của ethylen oxide, cũng làm cho nó trở nên rất hữu dụng. Mặc dù quá nguy khốn so với việc sử dụng trực tiếp trong mái ấm gia đình và thường không quen thuộc với người tiêu dùng, ethylen oxide được sử dụng để sản xuất nhiều loại sản phẩm tiêu dùng cũng như những hóa chất và mẫu sản phẩm trung gian không dùng cho người tiêu dùng. Các loại sản phẩm này gồm có chất tẩy rửa, chất làm đặc, dung môi, chất dẻo và những hóa chất hữu cơ khác nhau như ethylen glycol, những ethanolamin, glycol đơn thuần và phức tạp, polyglycol ether, và những hợp chất khác. Mặc dù nó là một nguyên vật liệu thô quan trọng với những ứng dụng phong phú, gồm có sản xuất những mẫu sản phẩm như polysorbate 20 và polyethylen glycol ( PEG ) thường hiệu suất cao hơn và ít ô nhiễm hơn những vật tư thay thế sửa chữa, nhưng bản thân ethylen oxide là một chất rất nguy hại. Ở nhiệt độ phòng, nó là một loại khí dễ cháy, gây ung thư, gây đột biến, kích thích và gây mê. [ 7 ]Ethylen oxide là một chất khử trùng mặt phẳng được sử dụng thoáng rộng trong bệnh viện và ngành công nghiệp thiết bị y tế để thay thế sửa chữa hơi nước trong quy trình khử trùng những dụng cụ và thiết bị nhạy cảm với nhiệt, ví dụ điển hình như ống tiêm nhựa dùng một lần. [ 8 ] Chất này rất dễ cháy và cực kỳ dễ nổ nên được sử dụng như một thành phần chính của vũ khí nhiệt áp ; [ 9 ] [ 10 ] do đó, ethylen oxide thường được giải quyết và xử lý và luân chuyển ở dạng một chất lỏng được làm lạnh để trấn áp đặc thù nguy khốn của nó. [ 7 ] [ 11 ]

Ethylen oxide được nhà hóa học người Pháp Charles-Adolphe Wurtz báo cáo lần đầu tiên vào năm 1859[12], người đã điều chế nó bằng cách để 2-chloroethanol tác dụng với kali hydroxide:

Cl – CH2CH2 – OH + KOH → ( CH2CH2 ) O + KCl + H2OWurtz đo điểm sôi của ethylen oxide là 13,5 °C ( 56,3 °F ), cao hơn một chút ít so với giá trị hiện tại và phát hiện ra năng lực phản ứng của ethylen oxide với acid và muối của sắt kẽm kim loại. [ 13 ] Wurtz đã nhầm tưởng rằng ethylen oxide có những đặc tính của một bazơ hữu cơ. Quan niệm sai lầm đáng tiếc này vẫn sống sót cho đến năm 1896 khi Georg Bredig phát hiện ra rằng ethylen oxide không phải là chất điện phân. [ 13 ] [ 14 ] Bredig thấy nó khác với những ether khác – đặc biệt quan trọng bởi xu thế tham gia vào những phản ứng cộng, đặc trưng của những hợp chất không bão hòa – đã là một yếu tố tranh luận từ lâu. Cấu trúc tam giác dị vòng của ethylen oxide được yêu cầu vào năm 1868 hoặc sớm hơn. [ 15 ]Quá trình tổng hợp năm 1859 của Wurtz từ lâu vẫn là giải pháp điều chế ethylen oxide duy nhất, mặc dầu đã có nhiều nỗ lực, gồm có cả chính Wurtz, để sản xuất ethylen oxide trực tiếp từ Ethylen. [ 16 ] Chỉ đến năm 1931, nhà hóa học người Pháp Theodore Lefort mới tăng trưởng giải pháp oxy hóa trực tiếp ethylen với sự xuất hiện của chất xúc tác bạc. [ 17 ] Kể từ năm 1940, hầu hết tổng thể những sản xuất công nghiệp của ethylen oxide đều dựa vào quy trình tiến độ này. [ 18 ] Tiệt trùng bằng ethylen oxide để dữ gìn và bảo vệ gia vị đã được cấp văn bằng bản quyền trí tuệ vào năm 1938 cho nhà hóa học người Mỹ Lloyd Hall. Ethylen oxide đã đạt được tầm quan trọng công nghiệp trong Chiến tranh quốc tế thứ nhất như là tiền thân của cả chất làm mát ethylen glycol và khí mù tạt của vũ khí hóa học .

Cấu trúc và đặc thù phân tử[sửa|sửa mã nguồn]

Một mẫu nhỏ của ethylen oxide ngưng tụ

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.[19][20] 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.[21]

Tính không không thay đổi tương đối của link carbon-oxy trong phân tử được biểu lộ bằng cách so sánh trong bảng nguồn năng lượng thiết yếu để phá vỡ hai link C – O trong ethylen oxide hoặc một link C – O trong etanol và dimethyl ether : [ 22 ]Tính không không thay đổi này đối sánh tương quan với năng lực phản ứng cao của ethylen oxide, lý giải sự thuận tiện của những phản ứng mở vòng của nó ( xem phần Tính chất hóa học ) .

Tính chất vật lý[sửa|sửa mã nguồn]

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 chừng 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 500 ppm. [ 23 ] Ethylen oxide thuận tiện hòa tan trong nước, etanol, diethyl ether và nhiều dung môi hữu cơ. [ 24 ]

Tính chất hóa học[sửa|sửa mã nguồn]

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.).[20] Sơ đồ phản ứng chung là

và những phản ứng đơn cử hơn được miêu tả dưới đây .

Phản ứng cộng nước và rượu[sửa|sửa mã nguồn]

Dung dịch nước của ethylen oxide khá không thay đổi và hoàn toàn có thể sống sót trong một thời hạn dài mà không có phản ứng hóa học đáng chú ý quan tâm nào, nhưng việc thêm một lượng nhỏ acid, ví dụ điển hình 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 – OHPhản ứng cũng xảy ra trong pha khí, với sự xuất hiện của muối acid phosphoric làm chất xúc tác. [ 25 ]Phản ứng thường được triển khai ở khoảng chừng 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 : [ 26 ]2 ( CH2CH2 ) O + H2O → HO – CH2CH2 – O – CH2CH2 – OH3 ( CH2CH2 ) O + H2O → HO – CH2CH2 – O – CH2CH2 – O – CH2CH2 – OHViệc sử dụng chất xúc tác kiềm hoàn toàn có thể dẫn đến sự hình thành polyethylen glycol :n ( CH2CH2 ) O + H2O → HO – ( – CH2CH2 – O – ) n – HCác phản ứng với rượu diễn ra tựa như tạo ra ether ethylen glicol 🙁 CH2CH2 ) O + C2H5OH → HO – CH2CH2 – OC2H52 ( CH2CH2 ) O + C2H5OH → HO – CH2CH2 – O – CH2CH2 – OC2H5Phản ứng với rượu thấp hơn xảy ra ít tích cực hơn với nước và yên cầu những điều kiện kèm theo khắc nghiệt hơn, ví dụ điển hình 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 triển khai với sự xuất hiện của natri sắt kẽm kim loại, natri hydroxide hoặc boron trifluoride và được sử dụng cho quy trình tổng hợp những chất hoạt động giải trí mặt phẳng. [ 25 ]

Phản ứng cộng acid carboxylic và những dẫn xuất của chúng[sửa|sửa mã nguồn]

Phản ứng của ethylen oxide với acid carboxylic với sự xuất hiện của chất xúc tác tạo ra glycol mono – và dieste :

(CH2CH2)O + CH3CO2H → HOCH2CH2–O2CCH3

( CH2CH2 ) O + ( CH3CO ) 2O → CH3CO2CH2CH2O2CCH3Phản ứng cộng những amit acid cũng thực thi tương tự như 🙁 CH2CH2 ) O + CH3CONH2 → HOCH2CH2NHC ( O ) CH3Việc bổ trợ ethylen oxide vào những acid carboxylic cao hơn được triển khai 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 tự nhiên trơ, xuất hiện chất xúc tác kiềm ( nồng độ 0,01 – 2 % ), ví dụ điển hình như hydroxide hoặc carbonat của natri hoặc kali. [ 27 ] Ion carboxylat đóng vai trò là nucleophile trong phản ứng 🙁 CH2CH2 ) O + RCO2 − → RCO2CH2CH2O −RCO2CH2CH2O − + RCO2H → RCO2CH2CH2OH + RCO2 −

Phản ứng cộng amoniac và amin[sửa|sửa mã nguồn]

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 – NH22 ( CH2CH2 ) O + NH3 → ( HO – CH2CH2 ) 2NH3 ( CH2CH2 ) O + NH3 → ( HO – CH2CH2 ) 3NTương tự, có những phản ứng với amin bậc một và bậc hai 🙁 CH2CH2 ) O + RNH2 → HO – CH2CH2 – NHRDialkylamino ethanol hoàn toàn có thể phản ứng cộng với ethylen oxide, tạo thành amino polyethylen glycol : [ 16 ]n ( CH2CH2 ) O + R2NCH2CH2OH → R2NCH2CH2O – ( – CH2CH2O – ) n – HTrimethylamin phản ứng với ethylen oxide khi có nước, tạo thành choline : [ 28 ]( 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 .

Phản ứng cộng halogen[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen oxide thuận tiện phản ứng với dung dịch nước của acid hydrochloric, hydrobromic và hydroiodic để tạo thành những halohydrin. Phản ứng xảy ra thuận tiện hơn với hai acid sau cuối 🙁 CH2CH2 ) O + HCl → HO – CH2CH2 – ClPhản ứng với những acid này cạnh tranh đối đầu với phản ứng hyđrat hóa ethylen oxide được xúc tác bằng acid ; do đó, luôn có loại sản phẩm phụ của ethylen glycol với phụ gia là diethylen glycol. Để có loại sản phẩm sạch hơn, phản ứng được triển khai 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. [ 29 ]Halohydrin cũng hoàn toàn có thể thu được bằng cách cho ethylen oxide đi qua dung dịch nước của những halogen sắt kẽm kim loại : [ 25 ]2 ( CH2CH2 ) O + CuCl2 + 2 H2O → 2 HO – CH2CH2 – Cl + Cu ( OH ) 2 ↓

Phản ứng cộng sắt kẽm kim loại hữu cơ[sửa|sửa mã nguồn]

Tương tác của ethylen oxide với những hợp chất magiê hữu cơ, là thuốc thử Grignard, hoàn toàn có thể được coi là phản ứng thế nucleophile bị tác động ảnh hưởng bởi những hợp chất cơ sắt kẽm kim loại carbanion. Sản phẩm ở đầu cuối của phản ứng là một rượu cơ bản :

(

CH

2

CH

2

)

O

+

RMgBr

⟶

R

−

CH

2

CH

2

−

OMgBr

→

H

2

O

R

−

CH

2

CH

2

−

OH

primary

 

alcohol

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+RMgBr->R-CH2CH2-OMgBr->[{ce {H2O}}]{overset {primary~alcohol}{R-CH2CH2-OH}}}}}

R-CH2CH2-OMgBr->[{ce {H2O}}]{overset {primary~alcohol}{R-CH2CH2-OH}}}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7c48438564bd8b7fde140b00ad4dfd092cd8f6ce”/>

Cơ chế tương tự như cũng có hiệu lực thực thi hiện hành so với những hợp chất cơ kim khác, ví dụ điển hình như alkyl lithium :

(

CH

2

CH

2

)

O

+

RLi

alkyl
 
lithium

⟶
R

−

CH

2

CH

2

−

OLi

→

H

2

O

R

−

CH

2

CH

2

−

OH

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+{overset {alkyl~lithium}{RLi}}->R-CH2CH2-OLi->[{ce {H2O}}]R-CH2CH2-OH}}}

R-CH2CH2-OLi->[{ce {H2O}}]R-CH2CH2-OH}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7141d68bc0b387f64be9a5ec8ef6ac288cc78080″/>

Các phản ứng cộng khác[sửa|sửa mã nguồn]

Cộng hydro xyanua[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen oxide thuận tiện phản ứng với hydro xyanua tạo thành ethylen xyanohydrin 🙁 CH2CH2 ) O + HCN → HO – CH2CH2 – CNDung dịch nước của calci xyanua hơi lạnh ( 10 – 20 °C ) hoàn toàn có thể được sử dụng thay thế sửa chữa cho HCN : [ 30 ]2 ( CH2CH2 ) O + Ca ( CN ) 2 + 2 H2O → 2 HO – CH2CH2 – CN + Ca ( OH ) 2Ethylen cyanohydrin dễ mất nước, tạo ra acrylonitril :HO – CH2CH2 – CN → CH2 = CH – CN + H2O

Cộng hydro sunfua và mercaptan[sửa|sửa mã nguồn]

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 – HS2 ( CH2CH2 ) O + H2S → ( HO – CH2CH2 ) 2S( CH2CH2 ) O + RHS → HO – CH2CH2 – SRLượng 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 −

Cộng acid nitơrơ và acid nitric[sửa|sửa mã nguồn]

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 : [ 31 ]2 ( CH2CH2 ) O + Ca ( NO2 ) 2 + 2 H2O → 2 HO – CH2CH2 – NO2 + Ca ( OH ) 2Với acid nitric, ethylen oxide tạo thành mono – và dinitroglycol : [ 32 ]

(

CH

2

CH

2

)

O

+

HNO

3

nitric

acid

⟶

HO

−

CH

2

CH

2

−

ONO

2

→

−

H

2

O

+

HNO

3

O

2

NO

−

CH

2

CH

2

−

ONO

2

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+{overset {nitric atop acid}{HNO3}}->HO-CH2CH2-ONO2->[{ce {+HNO3}}][{ce {-H2O}}]O2NO-CH2CH2-ONO_{2}}}}

HO-CH2CH2-ONO2->[{ce {+HNO3}}][{ce {-H2O}}]O2NO-CH2CH2-ONO_{2}}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2371038f32a4744baec84d923cabd0010e476b31″/>

Phản ứng với những hợp chất có chứa nhóm methylen hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Khi xuất hiện những alkoxide, phản ứng của ethylen oxide với những hợp chất có chứa nhóm methylen hoạt động giải trí dẫn đến sự hình thành butyrolacton : [ 33 ]

Alkyl hóa những hợp chất thơm[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen oxide tham gia vào phản ứng Friedel – Crafts với benzen để tạo thành rượu phenethyl :

Styren hoàn toàn có thể thu được trong một tiến trình nếu phản ứng này được thực thi ở nhiệt độ cao ( 315 – 440 °C ( 599 – 824 °F ) ) và áp suất cao ( 0,35 – 0,7 MPa ( 51 – 102 psi ) ), với sự xuất hiện của chất xúc tác aluminosilicat. [ 34 ]

Tổng hợp ether vương miện[sửa|sửa mã nguồn]

Một loạt những hợp chất dị vòng đa thức, được gọi là ether vương miện, hoàn toàn có thể được tổng hợp bằng ethylen oxide. Một chiêu thức là quy trình tạo vòng tạo cation của ethylen oxide, số lượng giới hạn size của vòng hình thành : [ 35 ]

n (CH2CH2)O → (–CH2CH2–O–)n

Để ngăn ngừa sự hình thành những polyme mạch thẳng khác, phản ứng được thực thi trong một dung dịch rất loãng. [ 35 ]Phản ứng của ethylen oxide với lưu huỳnh dioxide với sự xuất hiện của muối xêzi dẫn đến sự hình thành hợp chất dị vòng 11 nguyên tố có đặc thù tạo phức của ether vương miện : [ 36 ]

Đồng phân hóa[sửa|sửa mã nguồn]

Khi đun nóng đến khoảng chừng 400 °C ( 750 °F ), hoặc đến 150 – 300 °C ( 300 – 570 °F ) với sự xuất hiện của chất xúc tác ( Al2O3, H3PO4, v.v. ), ethylen oxide đồng phân hóa thành acetaldehyde : [ 37 ]

(

CH

2

CH

2

)

O

→

Al

2

O

3

200

∘

C

CH

3

CHO

acetaldehyde

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O->[{ce {200^{circ }C}}][{ce {Al2O3}}]{overset {acetaldehyde}{CH3CHO}}}}}

[{ce {200^{circ }C}}][{ce {Al2O3}}]{overset {acetaldehyde}{CH3CHO}}}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/200d83d07cf99e53654b630ae258d28935f164ae”/>

Cơ chế gốc tự do đã được yêu cầu để lý giải phản ứng này trong pha khí ; nó gồm có những tiến trình sau : [ 38 ]

( CH2CH2 ) O ↔ • CH2CH2O • → CH3CHO *

(1)

CH3CHO * → CH3 • + CHO •

(2)

CH3CHO * + M → CH3CHO + M *

(3)

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.[38]

Khi không có chất xúc tác, quy trình đồng phân hóa do nhiệt của ethylen oxide không khi nào có tính tinh lọc và ngoài acetaldehyde thì thu được một lượng đáng kể những mẫu sản phẩm phụ ( xem phần Phân hủy do nhiệt ). [ 39 ]

Phản ứng khử[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen oxide hoàn toàn có thể được hydro hóa thành ethanol với sự xuất hiện của chất xúc tác, ví dụ điển hình như niken, bạch kim, palađi, [ 39 ] boranes, lithi nhôm hydride và một số ít hydride khác. [ 40 ]

(

CH

2

CH

2

)

O

+

H

2

→

80

∘

C

Ni

,

Pt

,

Pd

,

BH

3

,

LiAlH

4

 or other hydrides

C

2

H

5

OH

ethanol

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+H2->[{} atop {ce {Ni,Pt,Pd,BH3,LiAlH4}}{text{ or other hydrides}}][{ce {80^{circ }C}}]{underset {ethanol}{C2H5OH}}}}}

[{} atop {ce {Ni,Pt,Pd,BH3,LiAlH4}}{text{ or other hydrides}}][{ce {80^{circ }C}}]{underset {ethanol}{C2H5OH}}}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a842a87705b878acc5bca8ced590191d4a4d4ba6″/>

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.[40]

(

CH

2

CH

2

)

O

+

H

2

→

Zn

+

CH

3

COOH

CH

2

=

CH

2

ethylene

+

H

2

O

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+H2->[{} atop {ce {{Zn}+CH3COOH}}]{underset {ethylene}{CH2=CH2}}+H2O}}}

[{} atop {ce {{Zn}+CH3COOH}}]{underset {ethylene}{CH2=CH2}}+H2O}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/75380f885abd2d715c695d5fa331d4c79c140286″/>

Ethylen oxide hoàn toàn có thể bị oxy hóa thêm, tùy thuộc vào điều kiện kèm theo phản ứng, thành acid glycolic hoặc carbon dioxide :

(

CH

2

CH

2

)

O

+

O

2

→

AgNO

3

HOCH

2

CO

2

H

glycolic

 

acid

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+O2->[{ce {AgNO3}}]{overset {glycolic acid}{HOCH2CO2H}}}}}

[{ce {AgNO3}}]{overset {glycolic acid}{HOCH2CO2H}}}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/03dd0ccebb53c85777b3684cd096d167877bc1a9″/>

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 những mẫu sản phẩm chứa O2, H2, CO, CO2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8 và CH3CHO. [ 41 ]
Khi xuất hiện xúc tác acid, ethylen oxide đime hóa để tạo ra dioxan :
Cơ chế phản ứng như sau : [ 39 ]
Phản ứng đime hóa là không tinh lọc. Sản phẩm phụ gồm acetaldehyde ( do quy trình đồng phân hóa ). Tính tinh lọc và vận tốc của quy trình đime hóa hoàn toàn có thể được tăng lên bằng cách thêm chất xúc tác, ví dụ điển hình như platin, platin-paladi, hoặc iot với sulfolan. 2 – methyl-1, 3 – dioxolan được tạo thành như một loại sản phẩm phụ trong trường hợp ở đầu cuối. [ 42 ]

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.[43] 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:[43]

Xem thêm: Torrent là gì? Cách sử dụng Torrent như thế nào?

n

(

CH

2

CH

2

)

O

→

SnCl

4

(

CH

2

CH

2

−

O

−

)

n

⏞

polyethyleneglycol

{displaystyle n{ce {(CH2CH2)O ->[{ce {SnCl4}}]}} overbrace {{ce {(CH2CH2-O-)}}_{n}} ^{{ce {polyethyleneglycol}}}}

[{ce {SnCl4}}]}} overbrace {{ce {(CH2CH2-O-)}}_{n}} ^{{ce {polyethyleneglycol}}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c8bba2c593a453d067fd3451b740268bbdcfade3″/>

Cơ chế phản ứng như sau. [ 44 ] Ở quy trình tiến độ đầu, chất xúc tác ( MX m ) được mở màn bởi alkyl-hoặc acylhalogen hoặc bởi những hợp chất có nguyên tử hydro hoạt động giải trí, 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 − 2HO – CH2CH2 + + n ( CH2CH2 ) O → HO – CH2CH2 – ( O – CH2CH2 ) n +Mắt xích bị bẻ gãy như sauHO – CH2CH2 – ( O – CH2CH2 ) n + + MXmRO − → HO – CH2CH2 – ( O – CH2CH2 ) n – OR + MXmH ( O – CH2CH2 ) n – O – CH2 – CH2 + + MXmRO − → H ( O – CH2CH2 ) n – O – CH = CH2 + MXm + ROHSự trùng hợp anion của ethylen oxide được tương hỗ bởi bazơ, ví dụ điển hình như alkoxide, hydroxide, carbonat hoặc những hợp chất khác của sắt kẽm kim loại kiềm hoặc kiềm thổ. [ 43 ] Cơ chế phản ứng như sau : [ 44 ]( 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 + NaOHRO – ( CH2CH2 – O ) n – CH2CH2 – O − Na + + H2O → RO – ( CH2CH2 – O ) ( n + 1 ) OH + NaOH

Phân hủy do nhiệt[sửa|sửa mã nguồn]

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 chính sách gốc tự do. [ 39 ] Giai đoạn tiên phong tương quan đến quy trình đồng phân hóa, tuy nhiên nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh những quy trình gốc. Chúng tạo ra một hỗn hợp khí có chứa acetaldehyde, ethan, ethyl, methane, hydro, carbon dioxide, ketherne và formaldehyde. [ 45 ] 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 tự nhiên trơ dẫn đến thành phần phức tạp hơn của hỗn hợp khí, hỗn hợp này cũng chứa acetylen và propan. [ 46 ] Trái ngược với quy trình đồng phân hóa, sự khởi đầu của chuỗi xảy ra hầu hết như sau : [ 46 ]( CH2CH2 ) O → • CH2CH2O • → CH2O + CH2 :Khi thực thi sự phân hủy nhiệt của ethylen oxide với sự hiện hữu của những hợp chất sắt kẽm kim loại chuyển tiếp như chất xúc tác, nó hoàn toàn có thể không chỉ để giảm nhiệt độ của nó, mà còn để có ethyl như là mẫu sản phẩm chính, có nghĩa là để đảo ngược phản ứng tổng hợp ethylen oxide .

Các phản ứng khác[sửa|sửa mã nguồn]

Các ion thiocyanat hoặc thiourea biến ethylen oxide thành thiirane ( ethylen sulfide ) : [ 47 ]( CH2CH2 ) O + ( NH2 ) 2C = S → ( CH2CH2 ) S + ( NH2 ) 2C = OPhản ứng của Phosphor pentachloride với ethylen oxide tạo ra ethylen dichloride : [ 25 ]( CH2CH2 ) O + PCl5 → Cl – CH2CH2 – Cl + POCl3Các dẫn xuất dichloro khác của ethylen oxide hoàn toàn có thể thu được bằng công dụng tích hợp của sulfuryl chloride ( SOCl 2 ) và pyridin và của triphenylphosphin và carbon tetrachloride. [ 48 ]Phosphor trichloride phản ứng với ethylen oxide tạo thành những esterchlorethyl của acid phospho : [ 25 ]( CH2CH2 ) O + PCl3 → Cl – CH2CH2 – OPCl22 ( CH2CH2 ) O + PCl3 → ( Cl – CH2CH2 – O ) 2PC l3 ( CH2CH2 ) O + PCl3 → Cl – CH2CH2 – O ) 3PSản phẩm phản ứng của ethylen oxide với acyl chloride khi xuất hiện natri iotua là một esteriodethyl phức : [ 48 ]( 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:[49]

Trong công nghiệp, một phản ứng tương tự như được triển khai ở áp suất và nhiệt độ cao với sự xuất hiện của muối amoni bậc bốn hoặc muối phosphonium làm chất xúc tác. [ 50 ]Phản ứng của ethylen oxide với formaldehyde ở 80-150 °C khi xuất hiện chất xúc tác dẫn đến sự hình thành 1,3 – dioxolane : [ 51 ]

Thay thế fomaldehyde bằng những aldehyde hoặc xeton khác tạo ra 1,3 – dioxolan được thế 2 ( hiệu suất : 70 – 85 %, xúc tác : tetraethylamoni bromide ). [ 51 ]Xúc tác hydroformyl hóa ethylen oxide tạo ra hydroxypropanal hoàn toàn có thể được hydro hóa thành propan-1, 3 – diol : [ 52 ]

(

CH

2

CH

2

)

O

+

CO

+

H

2

⟶

CHO

−

CH

2

CH

2

−

OH

→

+

H

2

HO

−

CH

2

CH

2

CH

2

−

OH

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O + CO + H2 -> CHO-CH2CH2-OH ->[{ce {+H2}}] HO-CH2CH2CH2-OH}}}

CHO-CH2CH2-OH ->[{ce {+H2}}] HO-CH2CH2CH2-OH}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/05c6cde688a68ef90108f9182bc519513f78e6b5″/>

Tổng hợp trong phòng thí nghiệm[sửa|sửa mã nguồn]

Dehydro hóa ethylen và những dẫn xuất của nó[sửa|sửa mã nguồn]

Quá trình khử chlor bằng 2 – chloroethanol, được tăng trưởng bởi Wurtz vào năm 1859, vẫn là một giải pháp thông dụng trong phòng thí nghiệm để điều chế ethylen oxide :Cl – CH2CH2 – OH + NaOH → ( CH2CH2 ) O + NaCl + H2OPhản ứng được thực thi ở nhiệt độ cao, bên cạnh natri hydroxide hoặc kali hydroxide, calci hydroxide, bari hydroxide, magnesi hydroxide hoặc carbonat của sắt kẽm kim loại kiềm hoặc kiềm thổ hoàn toàn có thể được sử dụng. [ 53 ]Với sản lượng cao ( 90 % ) ethylen oxide hoàn toàn có thể được sản xuất bằng cách giải quyết và xử lý calci oxide với ethyl hypochlorit ; thay calci bằng những sắt kẽm kim loại kiềm thổ khác làm giảm hiệu suất phản ứng : [ 54 ]2 CH3CH2 – OCl + CaO → 2 ( CH2CH2 ) O + CaCl2 + H2O

Oxy hóa trực tiếp ethylen bằng acid peroxy[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen có thể được oxy hóa trực tiếp vào ethylen oxide sử dụng acid peroxy, ví dụ, acid peroxybenzoic hoặc acid meta -chloro-peroxybenzoic:[55]

Quá trình oxy hóa bằng acid peroxy có hiệu suất cao so với anken cao hơn, nhưng không hiệu suất cao so với ethylen. Phản ứng trên xảy ra chậm và hiệu suất thấp nên không được sử dụng trong công nghiệp. [ 54 ]

Các giải pháp điều chế khác[sửa|sửa mã nguồn]

Các giải pháp tổng hợp khác gồm có [ 54 ] phản ứng của diiodo ethan với bạc oxide :

I

−

CH

2

CH

2

−

I

+

Ag

2

O

⟶

(

CH

2

CH

2

)

O

+

2

AgI

{displaystyle {ce {I-CH2CH2-I + Ag2O -> (CH2CH2)O + 2AgI}}}

(CH2CH2)O + 2AgI}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/47ed75eddf10afeddf586e6971d4b3d00de63a08″/>

và sự phân hủy của ethylen carbonat ở 200 – 210 °C ( 392 – 410 °F ) với sự xuất hiện của hexachloroethan :

Tổng hợp trong công nghiệp[sửa|sửa mã nguồn]

Sản xuất ethylen oxide công nghiệp mở màn từ năm 1914 khi BASF kiến thiết xây dựng nhà máy sản xuất tiên phong sử dụng tiến trình chlorohydrin ( phản ứng của ethylen chlorohydrin với calcium hydroxide ). Quá trình chlorohydrin không mê hoặc vì một số ít nguyên do, gồm có hiệu suất thấp và mất chlor có giá trị thành calci chloride. [ 56 ] Quá trình oxy hóa ethylen trực tiếp hiệu suất cao hơn bằng không khí được Lefort ý tưởng vào năm 1931 và vào năm 1937 Union Carbide đã mở xí nghiệp sản xuất tiên phong sử dụng tiến trình này. Nó đã được Shell Oil Co. nâng cấp cải tiến hơn nữa vào năm 1958 bằng cách thay thế sửa chữa 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 ) ). [ 57 ] Quy trình hiệu suất cao hơn này chiếm khoảng chừng 50% sản lượng ethylen oxide trong những năm 1950 ở Mỹ, và sau năm 1975, nó sửa chữa thay thế trọn vẹn những chiêu thức trước đó. [ 57 ] Việc sản xuất ethylen oxide chiếm khoảng chừng 11 % nhu yếu ethylen trên toàn quốc tế. [ 58 ]

Quy trình sản xuất ethylen oxide bằng chlorohydrin[sửa|sửa mã nguồn]

Mặc dù quy trình chlorohydrin phần đông được thay thế sửa chữa trọn vẹn trong công nghiệp bằng quy trình oxy hóa trực tiếp ethylen, kiến thức và kỹ năng về chiêu thức này vẫn quan trọng vì nguyên do giáo dục và vì nó vẫn được sử dụng trong sản xuất propylen oxide. [ 59 ] Quá trình này gồm có ba bước chính : tổng hợp ethylen chlohydrin, khử chlohydrin ethylen chlorohydrin thành ethylen oxide và tinh chế ethylen oxide. Các bước đó được thực thi liên tục. Trong cột tiên phong, quy trình khử chlor của ethylen được thực thi như sau : [ 60 ]Cl2 + H2O → HOCl + HClCH2 = CH2 + HOCl → HO – CH2CH2 – ClCH2 = CH2 + Cl2 → Cl – CH2CH2 – ClĐể ngăn ngừa sự chuyển hóa ethylen thành ethylen dichloride ( phản ứng ở đầu cuối ), nồng độ của ethylen được duy trì ở khoảng chừng 4 – 6 %, và dung dịch được đun nóng bằng hơi nước đến điểm sôi. [ 60 ]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 ) : [ 60 ]2 OH – CH2CH2 – Cl + Ca ( OH ) 2 → 2 ( CH2CH2 ) O + CaCl2 + 2H2 OEthylen oxide tạo ra được tinh chế bằng chiêu thức chỉnh lưu. Quy trình chlorohydrin được cho phép đạt tới 95 % chuyển hóa ethylen chlorohydrin. Hiệu suất của ethylen oxide khoảng chừng 80 % giá trị kim chỉ nan ; so với 1 tấn ( 0,98 tấn Anh ; 1,1 tấn Mỹ ) ethylen oxide, khoảng chừng 200 kg ( 440 lb ) của ethylen đichloride được tạo ra. [ 60 ] Tuy nhiên, những hạn chế chính của quá trình này là tiêu thụ nhiều chlor và lượng nước thải lớn. Quy trình này hiện đã lỗi thời .

Oxy hóa trực tiếp ethylen[sửa|sửa mã nguồn]

Sử dụng trong ngành công nghiệp toàn thế giới[sửa|sửa mã nguồn]

Quá trình oxy hóa trực tiếp ethylen được Lefort cấp bằng bản quyền sáng tạo vào năm 1931. Phương pháp này đã được sửa đổi nhiều lần để sử dụng trong công nghiệp, và tối thiểu bốn biến thể chính đã được biết đến. Tất cả đều sử dụng quy trình oxy hóa bằng oxy hoặc không khí và chất xúc tác gốc bạc, nhưng khác nhau về những cụ thể công nghệ tiên tiến và cách tiến hành phần cứng. [ 61 ]Union Carbide ( hiện là một bộ phận của Dow Chemical Company ) là công ty tiên phong tăng trưởng quy trình oxy hóa trực tiếp. [ 62 ]Một giải pháp sản xuất tương tự như đã được tăng trưởng bởi Công ty phong cách thiết kế khoa học, nhưng nó được sử dụng thoáng đãng hơn do mạng lưới hệ thống cấp phép – nó chiếm 25 % sản lượng trên quốc tế và 75 % sản lượng ethylen oxide được cấp phép trên quốc tế. [ 62 ] [ 63 ] Một biến thể độc quyền của chiêu thức này được sử dụng bởi Công ty hóa chất xúc tác Nhật Bản, công ty đã kiểm soát và điều chỉnh quy trình tổng hợp cả ethylen oxide và ethylen glycol trong một khu phức tạp công nghiệp .Một sửa đổi khác đã được tăng trưởng Shell International Chemicals BV. Phương pháp của họ khá linh động so với những nhu yếu đơn cử của những ngành đơn cử ; nó được đặc trưng bởi độ tinh lọc cao so với mẫu sản phẩm ethylen oxide và tuổi thọ dài của chất xúc tác ( 3 năm ). Nó chiếm khoảng chừng 40 % sản lượng toàn thế giới. [ 62 ]Các nhà máy sản xuất cũ thường sử dụng không khí để oxy hóa trong khi những nhà máy sản xuất và tiến trình mới hơn, ví dụ điển hình như MEtherOR và Japan Catalytic, sử dụng oxy. [ 64 ]

Hóa học và động học của quy trình oxy hóa trực tiếp[sửa|sửa mã nguồn]

Về hình thức, quy trình oxy hóa trực tiếp được màn biểu diễn bằng phương trình sau :

2

CH

2

=

CH

2

+

O

2

→

Ag

2

(

CH

2

CH

2

)

O

{displaystyle {ce {2CH_2=CH2 + O2 ->[{ce {Ag}}] 2(CH2CH2)O}}}

[{ce {Ag}}] 2(CH2CH2)O}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3fde14a6cc111cfdc46c6324e44a305aae14f8ce”/>

, ΔH = − 105 kJ / molTuy nhiên, khối lượng đáng kể của carbon dioxide và nước được quan sát thấy trong thực tiễn, điều này hoàn toàn có thể được lý giải bằng quy trình oxy hóa trọn vẹn 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 / molTheo nghiên cứu và phân tích động học của Kilty và Sachtler, những phản ứng sau đây diễn đạt con đường dẫn đến ethylen oxide. Trong bước tiên phong, một loại superoxide ( O2 – ) được hình thành : [ 65 ]O2 + Ag → Ag + O2 − -Chất này phản ứng với ethylenAg + O2 − – + H2C = CH2 → H2COCH2 ) O + AgOBạc oxide tạo thành sau đó sẽ oxy hóa ethylen hoặc ethylen oxide thành CO2 và nước. Phản ứng này bổ trợ chất xúc tác bạc. Do đó, phản ứng toàn diện và tổng thể được bộc lộ bằng7 CH2 = CH2 + 6 O2 → 6 ( CH2CH2 ) O + 2 CO2 + 2 H2Ovà mức độ chuyển hóa ethylen thành ethylen oxide tối đa là 6/7 hoặc 85,7 %. [ 65 ]Chất xúc tác cho phản ứng là bạc sắt kẽm kim loại nằm trong những chất nền khác nhau, gồm có đá bọt, silica gel, nhiều loại silicat và aluminosilicat, nhôm và carbua silic, và được hoạt hóa bởi 1 số ít chất phụ gia ( antimon, bitmut, bari peroxide, v.v. ). [ 66 ] Nhiệt độ quy 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 thôi thúc quy trình oxy hóa trọn vẹn ethylen do đó làm giảm sản lượng của ethylen oxide. Tăng áp suất 1 – 3 MPa ( 150 – 440 psi ) làm tăng hiệu suất của chất xúc tác và tạo điều kiện kèm theo hấp thụ ethylen oxide từ những khí phản ứng. [ 66 ]Trong khi quy trình oxy hóa bằng không khí vẫn đang được sử dụng, oxy ( độ tinh khiết > 95 % ) được ưu tiên hơn vì một số ít nguyên do, ví dụ điển hình như hiệu suất phân tử gam của ethylen oxide cao hơn ( 75 – 82 % so với oxy so với 63 – 75 % so với không khí ), vận tốc phản ứng cao hơn ( không pha loãng khí ) và không cần tách nitơ trong những mẫu sản phẩm phản ứng. [ 16 ] [ 67 ]
[68]Ứng dụng ethylen oxide trong công nghiệp trên toàn thế giới vào năm 2007 .Ethylen oxide là một trong những nguyên vật 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, gồm có diethylen glycol và triethylen glycol, chiếm tới 75 % lượng tiêu thụ toàn thế giới. Các mẫu sản phẩm quan trọng khác gồm có ether ethylen glycol, ethanolamin và etoxylat. Trong số những glycol, ethylen glycol được sử dụng làm chất chống đông, trong sản xuất polyester và polyethylen terephthalat ( PET – nguyên vật 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 loại 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 giải trí mặt phẳng, chất nhũ hóa và chất phân tán. [ 69 ]Trong khi tổng hợp ethylen glycol là ứng dụng chính của ethylen oxide, tỷ suất 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. [ 70 ]

Sản xuất ethylen glycol[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen glycol được sản xuất công nghiệp bằng cách hydrat hóa ethylen oxide không xúc tác ở nhiệt độ 200 °C ( 392 °F ) và áp suất 1,5 – 2 MPa ( 220 – 290 psi ) : [ 71 ]( CH2CH2 ) O + H2O → HOCH2CH2OHSản phẩm phụ của phản ứng là diethylen glycol, triethylen glycol và polyglycol với tổng số khoảng chừng 10 %, được tách ra khỏi ethylen glycol bằng cách chưng cất ở áp suất giảm. [ 72 ]Một giải pháp tổng hợp khác là phản ứng của ethylen oxide và CO 2 ( nhiệt độ 80 – 120 °C ( 176 – 248 °F ) và áp suất 5,2 MPa ( 750 psi ) ) tạo ra ethylen carbonat và quy trình thủy phân tiếp theo của nó với quy trình khử carboxyl : [ 71 ]

(

CH

2

CH

2

)

O

+

CO

2

⟶

(

O

−

CH

2

CH

2

−

O

)

C

=

O

ethylene

 

carbonate

→

−

CO

2

+

H

2

O

HOCH

2

CH

2

OH

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O{}+CO2->{overset {ethylene carbonate}{(O-CH2CH_{2}-O)C=O}}->[{ce {+H2O}}][{ce {-CO2}}]HOCH2CH2OH}}}

{overset {ethylene carbonate}{(O-CH2CH_{2}-O)C=O}}->[{ce {+H2O}}][{ce {-CO2}}]HOCH2CH2OH}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d3a0280675f689878768f65af0ceb86f75fa2e00″/>

Công nghệ sản xuất ethylen glycol tân tiến gồm có những công nghệ tiên tiến sau. [ 73 ] Công nghệ Shell OMEGA ( Only Mono-Ethylen Glycol Advantage ) là tổng hợp hai bước của ethylen carbonat sử dụng một chất xúc tác là phosphonium halogenua. Hiệu suất tạo glycol là 99 – 99,5 %, với những glycol khác thực tiễn không có. Ưu điểm chính của quy trình tiến độ là sản xuất ethylen glycol tinh khiết mà không cần phải tinh chế thêm. Nhà máy thương mại tiên phong sử dụng giải pháp này đã được mở bán khai trương vào năm 2008 tại Nước Hàn. [ 74 ] Dow MEtherOR ( Công nghệ hiệu suất cao nhất cho những phản ứng với ethylen oxide ) là một công nghệ tiên tiến tích hợp để sản xuất ethylen oxide và quy trình thủy phân tiếp theo của nó thành ethylen glycol. Hiệu suất tạo glycol là 90 – 93 %. Ưu điểm chính của tiến trình là tương đối đơn thuần, sử dụng ít quy trình hơn và ít thiết bị hơn .Chuyển đổi thành ethylen glycol cũng là phương tiện đi lại mà chất thải ethylen oxide được tẩy rửa trước khi thải ra môi trường tự nhiên. Thông thường, EtO được cho qua chất nền có chứa acid sunfuric hoặc kali permanganat .

Sản xuất ether glycol[sửa|sửa mã nguồn]

Các estercông nghiệp chính của mono -, di – và triethylen glycol là methyl, ethyl và ether butyl thường thì, cũng như acetat và phthalat của chúng. Quá trình tổng hợp gồm có phản ứng của rượu thích hợp với ethylen oxide : [ 75 ]

(CH2CH2)O + ROH → HOCH2CH2OR

(CH2CH2)O + HOCH2CH2OR → HOCH2CH2OCH2CH2OR

(CH2CH2)O + HOCH2CH2OCH2CH2OR → HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OR

Phản ứng của monoestervới một acid hoặc anhydrit của nó dẫn đến sự hình thành những este :CH3CO2H + HOCH2CH2OR → ROCH2CH2OCOCH3 + H2O

Sản xuất những ethanolamin[sửa|sửa mã nguồn]

Trong công nghiệp, những ethanolamin ( mono -, di – và trietanolamin ) được sản xuất bằng cách cho amoniac phản ứng với ethylen oxide trong thiên nhiên và môi trường khan ở nhiệt độ 40 – 70 °C ( 100 – 160 °F ) và áp suất 1,5 – 3,5 MPa ( 220 – 510 psi ) MPa : [ 76 ]

(CH2CH2)O + NH3 → HOCH2CH2NH2

2 (CH2CH2)O + NH3 → (HOCH2CH2)2NH

3 (CH2CH2)O + NH3 → (HOCH2CH2)3N

Cả ba ethanolamin đều được sản xuất trong quy trình này, còn amoniac và một phần methylamin được tái chế. Các loại sản phẩm ở đầu cuối được tách bằng giải pháp chưng cất chân không. Các hydroxyalkylamin được sản xuất theo một tiến trình tựa như :

(CH2CH2)O + RNH2 → HOCH2CH2NHR

2 (CH2CH2)O + RNH2 → (HOCH2CH2)2NR

Các loại sản phẩm đơn phân được tạo thành bằng cách cho một lượng dư lớn amin phản ứng với ethylen oxide khi có nước và ở nhiệt độ dưới 100 °C ( 212 °F ). Sản phẩm chưng cất thu được với một lượng dư nhỏ ethylen oxide, ở nhiệt độ 120 – 140 °C ( 250 – 280 °F ) và áp suất 0,3 – 0,5 MPa ( 44 – 73 psi ). [ 77 ] [ 78 ]

Sản xuất ethoxylate[sửa|sửa mã nguồn]

Công nghiệp sản xuất etoxylat được triển khai bằng phản ứng trực tiếp của rượu, acid hoặc amin cao hơn với ethylen oxide với sự xuất hiện của chất xúc tác kiềm ở nhiệt độ 120 – 180 °C ( 250 – 360 °F ). Các nhà máy sản xuất hiện đại sản xuất ethoxylate thường dựa trên công nghệ tiên tiến lò phản ứng BUSS LOOP, [ 79 ] dựa trên tiến trình liên tục ba quá trình. Trong quá trình tiên phong, chất khơi mào hoặc chất xúc tác của phản ứng và nguyên vật liệu thô được đưa vào thùng chứa, nơi chúng được trộn, làm nóng và làm khô chân không. Sau đó, phản ứng được triển khai trong một lò phản ứng cách nhiệt đặc biệt quan trọng trong thiên nhiên và môi trường trơ ( nitơ ) để ngăn ngừa sự nổ hoàn toàn có thể xảy ra của ethylen oxide. Cuối cùng, hỗn hợp phản ứng được trung hòa, khử khí và tinh chế. [ 80 ]

Sản xuất acrylonitrile[sửa|sửa mã nguồn]

Hiện nay, hầu hết acrylonitril ( 90 % năm 2008 ) được sản xuất theo chiêu thức SOHIO, dựa trên xúc tác oxy hóa propylen với sự xuất hiện của amoniac và bismuth phosphomolybdat. Tuy nhiên, cho đến năm 1960, một quá trình sản xuất quan trọng là bổ trợ hydrogen cyanide vào ethylen oxide, tiếp theo là khử nước tạo thành cyanohydrin : [ 81 ] [ 82 ]

(

CH

2

CH

2

)

O

+

HCN

⟶

HOCH

2

CH

2

CN

→

−

H

2

O

CH

2

=

CH

−

CN

{displaystyle {ce {(CH2CH2)O + HCN -> HOCH2CH2CN ->[][{ce {-H2O}}] CH2=CH-CN}}}

HOCH2CH2CN ->[][{ce {-H2O}}] CH2=CH-CN}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/07a914ec5aa9e53bfad76629bda711e5f5d2b1a3″/>

Phản ứng cộng acid hydrocyanic vào ethylen oxide được triển khai với sự xuất hiện của chất xúc tác ( natri hydroxide và diethylamin ), và sự khử nước của xyanohydrin xảy ra trong pha khí khi có xúc tác của nhôm oxide. [ 83 ]

Ứng dụng phi công nghiệp[sửa|sửa mã nguồn]

Việc sử dụng trực tiếp ethylen oxide chỉ chiếm 0,05 % ( số liệu năm 2004 ) trong sản lượng toàn thế giới của nó. [ 68 ] Ethylen oxide được sử dụng làm chất khử trùng, chất khử mùi và chất xông hơi như một hỗn hợp với carbon dioxide ( 8,5 – 80 % ethylen oxide ), nitơ hoặc dichlorodifluoromethane ( 12 % ethylen oxide ). Nó được vận dụng để khử trùng pha khí so với thiết bị và dụng cụ y tế, vật tư đóng gói và quần áo, thiết bị phẫu thuật và khoa học ; [ 68 ] để chế biến những phương tiện đi lại dữ gìn và bảo vệ ( thuốc lá, gói ngũ cốc, bao tải gạo, v.v. ), quần áo, lông thú và những tài liệu có giá trị. [ 84 ]

Chất tiệt trùng trong chăm nom sức khỏe thể chất[sửa|sửa mã nguồn]

Khử trùng dùng ethylen oxide là một trong những giải pháp khử trùng được sử dụng thông dụng nhất trong ngành công nghiệp chăm nom sức khỏe thể chất vì tính năng không gây hại cho những dụng cụ và thiết bị phức tạp cần tiệt trùng cũng như năng lực thích hợp với nhiều loại vật tư. [ 85 ] Nó được sử dụng cho những dụng cụ không chịu được nhiệt, nhiệt độ hoặc hóa chất mài mòn, ví dụ điển hình như thiết bị điện tử, thiết bị quang học, giấy, cao su đặc và nhựa. [ 86 ] Nó được tăng trưởng vào những năm 1940 như một chất tiệt trùng của quân đội Hoa Kỳ, và việc sử dụng nó như một chất tiệt trùng y tế khởi đầu từ cuối những năm 1950, khi quy trình tiến độ McDonald được cấp bằng bản quyền sáng tạo cho những thiết bị y tế. [ 87 ] Hệ thống Anprolene đã được cấp bằng bản quyền sáng tạo vào những năm 1960 [ 88 ] bởi Andersen Products, [ 89 ] và nó vẫn là mạng lưới hệ thống được sử dụng thông dụng nhất ở 1 số ít thị trường ngách, đặc biệt quan trọng là thị trường thú y và một số ít thị trường quốc tế. [ 90 ] Nó dựa trên việc sử dụng một buồng tiệt trùng linh động và một hộp mực EtO để khử trùng với khối lượng nhỏ, và khi những xem xét về thiên nhiên và môi trường và / hoặc tính di động được cho phép sử dụng liều lượng thấp. Do đó, nó được gọi là chiêu thức ” khử trùng trong buồng mềm “, hoặc giải pháp ” khử trùng bằng khuếch tán khí ” .Tại Hoa Kỳ, hoạt động giải trí khử trùng bằng EtO được EPA giám sát trải qua Tiêu chuẩn khí thải vương quốc về những chất gây ô nhiễm không khí nguy khốn. [ 91 ]

Sử dụng đặc biệt quan trọng[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylen oxide được sử dụng như một chất diệt nấm và như một chất thôi thúc quy trình trưởng thành của lá thuốc lá. [ 84 ] Ethylen oxide cũng được sử dụng như một thành phần chính của vũ khí nhiệt áp ( chất nổ nhiên liệu-không khí ). [ 9 ] [ 10 ] [ 92 ]Ethylen được sử dụng trong quy trình tổng hợp 2 – butoxyethanol, là dung môi được sử dụng trong nhiều loại sản phẩm. [ 93 ]

Xác định ethylen oxide[sửa|sửa mã nguồn]

Sắc ký khí là phương pháp chính để nghiên cứu và phân tích và phát hiện ethylen oxide. [ 68 ]Một thử nghiệm rẻ tiền so với ethylen oxide khai thác sự kết tủa của nó từ những hydroxide rắn của sắt kẽm kim loại khi cho nó đi qua dung dịch nước chứa những muối của chúng :2 ( CH2CH2 ) O + MnCl2 + 2 H2O → 2 HO – CH2CH2 – Cl + Mn ( OH ) 2 ↓Tương tự, ethylen oxide được phát hiện bằng màu hồng tươi của chất thông tư khi cho không khí đi qua dung dịch nước của một số ít muối natri hoặc kali ( chloride, iotua, thiosunfat, v.v. ) với việc bổ trợ phenolphtalein : [ 94 ]( CH2CH2 ) O + NaCl + H2O → HO – CH2CH2 – Cl + NaOHCác chiêu thức phát hiện ethylen oxide khác là [ 94 ] phản ứng màu với dẫn xuất pyridin và thủy phân ethylen glicol bằng acid tuần hoàn. Acid iodic tạo ra được phát hiện bằng nitrat bạc .

Ethylen oxide cực kỳ dễ cháy và hỗn hợp của nó với không khí rất dễ nổ. Khi đun nóng nó hoàn toàn có thể nhanh gọn nở ra, gây cháy nổ. [ 95 ] Một số tai nạn thương tâm công nghiệp đã được cho là do nổ ethylen oxide. [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]Nhiệt độ tự động hóa cháy của nó là 429 °C ( 804 °F ), nhiệt độ phân hủy là 571 °C ( 1.060 °F ) ở 101,3 kPa ( 14,69 psi ), hàm lượng chất cháy tối thiểu trong không khí là 2,7 %, [ 99 ] và số lượng giới hạn tối đa là 100 %. Xếp hạng NFPA 704. [ 100 ] Ethylen oxide khi gặp nước hoàn toàn có thể thủy phân thành ethylen glycol và tạo thành polyethylen oxide, sau đó sẽ bị oxy hóa bởi không khí và dẫn đến những điểm trung tâm hoàn toàn có thể kích hoạt sự phân hủy bùng nổ .Các đám cháy gây ra bởi ethylen oxide được dập tắt bằng những phương tiện đi lại thường thì gồm có bọt, carbon dioxide hoặc nước. Việc ngăn ngừa hoạt động giải trí này hoàn toàn có thể được thực thi bằng cách làm trống bằng khí trơ cho đến khi tổng áp suất đạt đến khoanh vùng phạm vi không nổ. Việc dập cháy ethylen oxide rất phức tạp do năng lực liên tục cháy trong môi trường tự nhiên trơ và trong dung dịch nước. Việc dập lửa chỉ đạt được khi pha loãng với nước trên 22 : 1. [ 101 ]

Tác động sinh lý[sửa|sửa mã nguồn]

Ảnh hưởng đến vi sinh vật[sửa|sửa mã nguồn]

Tiếp xúc với khí ethylene oxide gây ra quy trình alkyl hóa so với vi sinh vật ở Lever hạt nhân. [ 102 ] Hiệu quả khử trùng của ethylene oxide tựa như như khử trùng bằng nhiệt, nhưng vì sự xâm nhập hạn chế, nó chỉ tác động ảnh hưởng đến mặt phẳng. Quá trình khử trùng bằng ETO hoàn toàn có thể mất đến 12 giờ do ảnh hưởng tác động chậm của nó so với vi sinh vật cũng như thời hạn giải quyết và xử lý và sục khí lê dài. [ 103 ]

Ảnh hưởng đến con người và động vật hoang dã[sửa|sửa mã nguồn]

Ethylene oxide là một chất alkyl hóa ; nó có công dụng kích thích, nhạy cảm và gây mê. [ 104 ] Tiếp xúc mãn tính với ethylene oxide cũng hoàn toàn có thể gây đột biến. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế xếp ethylene oxide vào nhóm 1, có nghĩa là nó là chất gây ung thư đã được chứng tỏ. [ 105 ] [ 106 ] Ethylene oxide được ủy ban MAK của Đức phân loại là chất gây ung thư loại 2 và là ACGIH phân loại là chất gây ung thư loại A2. Một điều tra và nghiên cứu năm 2003 trên 7.576 phụ nữ tiếp xúc khi thao tác trong những cơ sở khử trùng thương mại ở Mỹ cho thấy ethylene oxide có tương quan đến tỷ suất mắc ung thư vú. [ 107 ] Một nghiên cứu và điều tra tiếp theo năm 2004 nghiên cứu và phân tích 18.235 công nhân nam và nữ tiếp xúc với ethylene oxide từ năm 1987 đến năm 1998 đã Kết luận ” Có rất ít dẫn chứng về bất kể tỷ suất tử trận do ung thư vượt quá nào so với hàng loạt nhóm, ngoại trừ ung thư xương dựa trên số lượng nhỏ. Xu hướng phản ứng tiếp xúc tích cực so với những khối u bạch huyết chỉ được tìm thấy ở phái mạnh. Lý do cho tính đặc hiệu giới tính của hiệu ứng này không được biết đến. Cũng có 1 số ít dẫn chứng về phản ứng tiếp xúc tích cực so với tỷ suất tử trận do ung thư vú. ” [ 108 ] Sự ngày càng tăng tỷ suất mắc những khối u não và bệnh bạch cầu tế bào đơn nhân được tìm thấy ở những con chuột đã hít phải ethylene oxide ở nồng độ trong khoảng chừng thời hạn hai năm. [ 109 ] Tỷ lệ ung thư trung biểu mô phúc mạc tăng lên cũng được quan sát thấy ở động vật hoang dã tiếp xúc với nồng độ 10, 33 or 100 mL / m3 trong vòng 2 năm. Kết quả điều tra và nghiên cứu dịch tễ học ở người trên những công nhân tiếp xúc với ethylene oxide khác nhau. Có vật chứng từ những điều tra và nghiên cứu trên người và động vật hoang dã cho thấy việc hít phải tiếp xúc với ethylene oxide hoàn toàn có thể dẫn đến một loạt những tác động ảnh hưởng gây ung thư .Ethylene oxide là chất độc khi hít phải, với số lượng giới hạn phơi nhiễm được cho phép của OSHA Hoa Kỳ được tính là TWA ( trung bình theo thời hạn ) 1 ppm trong 8 giờ và số lượng giới hạn tiếp xúc thời gian ngắn được tính bằng TWA 5 ppm trong 15 phút. [ 110 ] Ở nồng độ trong không khí khoảng chừng 200 phần triệu, ethylene oxide gây kích ứng màng nhầy của mũi và cổ họng ; chất chứa nhiều hơn gây tổn thương khí quản và phế quản, tiến triển thành phổi xẹp một phần. Nồng độ cao của chất này hoàn toàn có thể gây phù phổi và làm hỏng mạng lưới hệ thống tim mạch ; mối đe dọa của ethylene oxide hoàn toàn có thể xảy ra chỉ sau 72 giờ sau khi tiếp xúc. [ 23 ] Hàm lượng tối đa của ethylene oxide trong không khí theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ( ACGIH ) là 1.8 mg / m3. [ 111 ] NIOSH đã xác lập rằng mức Nguy hiểm ngay lập tức đến tính mạng con người và sức khỏe thể chất ( IDLH ) là 800 ppm. [ 112 ]Bởi vì ngưỡng mùi so với ethylene oxide biến hóa trong khoảng chừng 250 đến 700 ppm, khí đã vượt nồng độ ô nhiễm khi mũi con người hoàn toàn có thể ngửi thấy. Ngay cả khi đó, mùi của etylen oxit rất ngọt và thơm và hoàn toàn có thể dễ bị nhầm với mùi thơm của ete dietyl, một dung môi thường thì trong phòng thí nghiệm có độc tính rất thấp. Do những đặc tính gây nhầm lẫn này, việc giám sát điện hóa liên tục là tiêu chuẩn bắt buộc và không được sử dụng ethylene oxide để tẩy trùng nội thất bên trong tòa nhà ở khu vực EU và một số ít khu vực pháp lý khác. [ 113 ]

Ethylene oxide gây ngộ độc cấp tính,kèm theo một loạt các triệu chứng.[104] Ảnh hưởng của nó đến hệ thần kinh trung ương thường liên quan đến việc con người tiếp xúc với ethylene oxide trong môi trường nghề nghiệp. Nhức đầu, buồn nôn và nôn mửa đã được báo cáo. Bệnh thần kinh ngoại biên, suy giảm khả năng phối hợp tay mắt và mất trí nhớ đã được báo cáo trong các nghiên cứu trường hợp gần đây về những công nhân bị phơi nhiễm mãn tính ở mức độ phơi nhiễm trung bình ước tính thấp nhất là 3 ppm (với mức đỉnh ngắn hạn có thể cao tới 700ppm).[109] Sự chuyển hóa của etylen oxit chưa được biết hoàn toàn. Dữ liệu từ các nghiên cứu trên động vật chỉ ra hai con đường có thể có để chuyển hóa ethylene oxide: thủy phân thành ethylene glycol và liên hợp với glutathione để tạo thành axit mercapturic và các chất chuyển hóa meththio.

Ethylene oxide thuận tiện xâm nhập qua quần áo và giày dép thường thì, gây kích ứng da và viêm da với sự hình thành mụn nước, sốt và tăng bạch cầu. [ 104 ]Dữ liệu về độc tính so với ethylene oxide như sau : [ 110 ]

• Tiếp xúc mắt: 18 mg (0,28 gr)/6 giờ (thỏ)
• Miệng: 72 mg/kg (0,00115 oz/lb) (chuột, LD 50), 1.186 mg/kg (0,01898 oz/lb) (chuột, TD Lo), 5.112 mg/kg (0,08179 oz/lb) (chuột, TD)
• Hít phải: 12.500 ppm (người, TC Lo), 960 ppm/4 giờ (chó, LC 50) 33–50 ppm (chuột hoặc chuột, TC), 800 ppm/4 giờ (chuột hoặc chuột, LC50)
• Tiêm dưới da: 100 mg/kg (0,0016 oz/lb) (mèo, LDLo), 292 mg/kg (0,00467 oz/lb) (chuột, TD Lo) 900–2.600 mg/kg (0,014–0,042 oz/lb) (chuột, TD), 187 mg/kg (0,00299 oz/lb) (chuột, LD50).
• Tiêm trong phúc mạc: 750 mg/kg (0,0120 oz/lb) (chuột, TD Lo), 175 mg/kg (0,00280 oz/lb) (chuột, LD50)
• Tiêm tĩnh mạch: 175 mg/kg (0,00280 oz/lb) (thỏ, LD 50), 290 mg/kg (0,0046 oz/lb) (chuột, LD50)
• Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) đã ước tính vào năm 2016[114] rằng với liều lượng thấp, việc hít phải ethylene oxide trong suốt cuộc đời có thể làm tăng nguy cơ ung thư suốt đời của một cá nhân lên tới 3,0×10 −3 mỗi μg/m3 (không tính đến việc phơi nhiễm trong thời kỳ đầu đời có khả năng cao hơn). USEPA đã ước tính độ dốc của sự suy giảm phản ứng với liều lượng ở liều cao hơn và ước tính nguy cơ ung thư bổ sung cho một số tình huống phơi nhiễm nghề nghiệp được tính toán.

Nhu cầu trên toàn thế giới[sửa|sửa mã nguồn]

Nhu cầu về ethylene oxide trên toàn thế giới đã tăng từ 16,6 triệu tấn trong năm 2004 đến 20 triệu tấn vào năm 2009, trong khi nhu yếu so với ethylene oxide tinh chế tăng từ 4,64 triệu tấn vào năm 2004 lên 5,6 triệu tấn vào năm 2008. Trong năm 2009, nhu yếu ước tính đã giảm xuống khoảng chừng 5,2 triệu tấn. Tổng nhu yếu ethylene oxide ghi nhận vận tốc tăng trưởng 5,6 % mỗi năm trong tiến trình 2005 – 2009 và dự kiến sẽ tăng 5,7 % mỗi năm trong quy trình tiến độ 2009 – 2013. [ 115 ]