Кіріспе
Этилен оксиді мен субстрат арасындағы химиялық реакция – өнеркәсіптік масштабтағы процесс. Органикалық химияда этилен оксиді (C2H4O) субстратқа қосылатын химиялық реакция этилендеу деп аталады. Бұл субстраттарға эпоксидтер қосуды қамтитын ең көп таралған алкоксилдеу түрі. Көбінесе спирттер мен фенолдар R(OC2H4)nOH түріне айналады, мұнда n 1-ден 10-ға дейін өзгереді. Мұндай қосылыстар спирт этиоксилаттары деп аталады. Спирт этиоксилаттары көбінесе этиоксисульфаттар деп аталатын туысқан заттарға айналады. Спирт этиоксилаттары мен этиоксисульфаттары – беттік белсенді заттар, олар косметикалық және басқа да коммерциялық өнімдерде кеңінен қолданылады. Бұл процесс өте маңызды өнеркәсіптік рөл атқарады, 1994 жылы әлем бойынша әртүрлі этиоксилаттардың 2 000 000 тоннадан астамы өндірілді.
the industrial scale process
In organic chemistry, ethoxylation is a chemical reaction in which ethylene oxide (|C2H4O) adds to a substrate. It is the most widely practiced alkoxylation, which involves the addition of epoxides to substrates. In the usual application, alcohols and phenols are converted into |R(OC2H4) {n}OH, where n ranges from 1 to 10. Such compounds are called alcohol ethoxylates. Alcohol ethoxylates are often converted to related species called ethoxysulfates. Alcohol ethoxylates and ethoxysulfates are surfactants, used widely in cosmetic and other commercial products. The process is of great industrial significance, with more than 2,000,000 metric tons of various ethoxylates produced worldwide in 1994.
Өндіріс
Процесс 1930 жылдары Конрад Шёллер және IG Farben компаниясының Людвигсхафен зертханаларында жасалды.
Алкогольдік этиоксилаттар
Өндірістік этаксилдендіру негізінен спирттерде жүзеге асырылады. Төменгі спирттер гликоль эфирлерін түзетін реакцияға түседі, олар көбінесе еріткіштер ретінде қолданылады, ал ұзын тізбекті майлы спирттер майлы спирт этиоксилаттарына (FAE) айналады, бұл иондық емес беттік белсенді заттардың кең таралған түрі. Реакция әдетте этилен оксидін спирт арқылы 180 °C температурада және 12 бар қысымда, калий гидроксидінің (KOH) катализатор ретінде қолданылуымен жүргізіледі. Бұл процесс жоғары экзотермиялық (ΔH = 92 кДж/моль реакцияға түскен этилен оксиді) және қауіпті жылулық қашудың алдын алу үшін мұқият бақылауды талап етеді. Әдетте, әр спиртке 5-10 бірлік этилен оксиді қосылады, бірақ этаксилденген спирттер бастапқы спиртке қарағанда этаксилденуге көбірек бейімді болуы мүмкін, бұл реакцияны бақылауды қиындатады және қайталама бірлік ұзындығы әртүрлі өнімнің түзілуіне әкеледі (жоғарыдағы теңдеудегі n мәні). Тар диапазонды этиоксилаттарды өндіруге арналған күрделі катализаторларды қолдану арқылы жақсырақ бақылауға қол жеткізуге болады. Этаксилденген спирттер АҚШ ҚҚБ-ның жоғары өндіріс көлеміне (HPV) жататын химиялық заттар болып есептеледі.
Басқа материалдар
Алкогольдер этилен тотығымен әрекеттесудің басты субстраты болып табылады, бірақ көптеген нуклеофилдер де этилен тотығына реакцияға қабілетті. Біріншілік аминдер реакцияға түсіп, полиэтоксилденген талмай амині сияқты екі тізбекті материалдарды құрайды. Аммиакпен реакция нәтижесінде этаноламин, диэтаноламин және триэтаноламин сияқты маңызды өнеркәсіптік химиялық заттар өндіріледі.
Этоксилденген өнімдерді қолдану
Алкогольдік этиоксилаттар (АЭ) және алкогольдік этиоксисульфаттар (АЭС) – кір жуғыш заттар, бет тазартқыштар, косметика, ауыл шаруашылығы өнімдері, тоқыма және бояу сияқты тауарларда кездесетін беттік белсенді заттар.
Алкогольдік этиоксилаттар
Алкогольдік этиоксилат негізіндегі беттік белсенді заттар иондық емес болғандықтан, суда ерігіштігі үшін олардың сульфондалған аналогтарына қарағанда ұзақ этиоксилат тізбектері қажет. Өнеркәсіптік масштабта синтезделген мысалдарға октилфенол этиоксилаты, полисорбат 80 және полоксамерлер жатады. Этоксилдеу биотехнология және фармацевтикалық өнеркәсіптерде де жиі қолданылады, бірақ көлемі әлдеқайда кішідірек – судың ерігіштігін арттыру және, фармацевтикалық препараттар үшін, полярлы емес органикалық қосылыстардың қан айналымындағы жартылай ыдырау мерзімін ұзарту мақсатында. Бұл жағдайда этоксилдеу "PEGylation" деп аталады (полиэтилен оксиді полиэтилен гликольмен бірдей, PEG деп қысқартылады). Шаруашылық тауарларында көміртегі тізбегінің ұзындығы 8-18, ал этилендік тізбегі әдетте 3-12 этилен оксидінен тұрады. Олардың құрамында R әрпімен белгіленген липофильді "құйрықтары" және |R(OC2H4) {n}OH формуласымен көрсетілген салыстырмалы полярлы "бас" топтары болады.
Алкогольдік этиоксисульфаттар
Тұтыну өнімдерінде кездесетін АЭС көбінесе сызықтық спирттер болып табылады, олар толығымен сызықты алкил тізбектерінің немесе сызықты және монобуырлы алкил тізбектерінің қоспасынан тұруы мүмкін. Бұған шампуньтер мен сұйық сабындарда, сондай-ақ өнеркәсіптік жуғыш заттарда көбік түзетін зат ретінде қолданылатын натрий лаурет сульфаты жақсы мысал.
Адам денсаулығы
Алкогольдік этиоксилаттар мутагендік, канцерогендік немесе терінің сезімталдығын арттыратын қасиеттері байқалмайды, сондай-ақ олар репродуктивті немесе дамуға әсер ететін түрі де жоқ. Этоксилдену процесінің бір қосалқы өнімі – 1,4 диоксан, ол адам үшін күдікті канцероген болуы мүмкін. Сұйытылмаған АЭ теріге немесе көзге тітіркену тудыруы мүмкін. Сулы ерітіндіде тітіркену деңгейі концентрацияға байланысты. АЭ ауызға түскенде аз немесе орташа дәрежедегі уыттылыққа ие, теріге тигенде уыттылығы төмен, ал тұтыну өнімдерінде кездесетін концентрацияларда тері мен көзді жеңіл тітіркендіруі мүмкін. Қалған АЭ ағын суларды тазарту станцияларында тазартылып, аэробтық процестер арқылы биологиялық түрде ыдырайды, нәтижесінде ағын суға 0,8%-дан кем АЭ шығарылады. Анаэробтық процестер арқылы ыдырау нәтижесінде АЭ-нің жойылу деңгейі 75-87% аралығында болады.
Суда
Зертханалық сынақтар нәтижесінде АЭС-тің моллюскалармен толыққан бассейніне ағызу кезінде шаянның (Goniobasis) және Азиялық шелінің (Corbicula) NOEC-і 730 мкг/л-ден жоғары екендігі анықталды. Корбикуланың өсуі 75 мкг/л концентрациясында әсерге ұшырады. Tricorythodes туысына жататын майшаның нормаланған тығыздық NOEC мәні 190 мкг/л құрады.
Адам қауіпсіздігі
АЭС генотоксикалық, мутагендік немесе канцерогендік емес деп анықталған.