Органикалық карбонаттар: құрылымы, түрлері және қолданылуы
Carbonate ester
Карбонатты эстерлер: органикалық химиядағы маңызды топ. Құрамы, қасиеттері, поликарбонаттардағы ролі, оптика, дискілер, қауіпсіздік стёклосында қолданылуы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
1=Химикалық топ (R–O–C(=O)–O–R')
1=Chemical group (R–O–C(=O)–O–R')
Органикалық химияда карбонат эфирі (органикалық карбонат немесе органокарбонат) – көмір қышқылының эфирі. Бұл функционалдық топ екі алкокси тобымен қоршалған карбонил тобынан тұрады. Бұл карбонаттардың жалпы құрылымы R–O–C(=O)–O–R' және олар эфирлермен (R–O–C(=O)–R'), эфирлермен (R–O–R') және сондай-ақ минералдық карбонаттармен байланысты. Поликарбонат мономерлері (мысалы, Макролон немесе Лексан) карбонат топтары арқылы байланысады. Бұл поликарбонаттар көзілдірік линзаларында, компакт-дискілерде және оқтан қорғалған шыныларда қолданылады. Диметил карбонаты, этилен карбонаты, пропилен карбонаты сияқты кішкентай карбонат эфирлері еріткіштер ретінде қолданылады, ал диметил карбонаты – жұмсақ метилдеуші зат.
In organic chemistry, a carbonate ester (organic carbonate or organocarbonate) is an ester of carbonic acid. This functional group consists of a carbonyl group flanked by two alkoxy groups. The general structure of these carbonates is |R\sO\sC(\dO)\sO\sR' and they are related to esters (|R\sO\sC(\dO)\sR'), ethers (|R\sO\sR') and also to the inorganic carbonates. Monomers of polycarbonate (e. g. Makrolon or Lexan) are linked by carbonate groups. These polycarbonates are used in eyeglass lenses, compact discs, and bulletproof glass. Small carbonate esters like dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate are used as solvents, dimethyl carbonate is also a mild methylating agent.
Құрылыстар
[[File:DINWOM10.png|thumb|Бисфенол А) және екі фенол эквивалентінен алынған дикарбонат (PhOC(O)OC6H4)2CMe2 құрылымы. Карбонат эфирлерін үш құрылымдық классқа бөлуге болады: ациклді, циклді және полимерлі. Бірінші және жалпы жағдай – ациклді карбонат тобы. Органикалық топтар бірдей немесе әртүрлі болуы мүмкін. Алифалық немесе ароматикалық топтар белгілі, олар тиісінше диалкил немесе диарил карбонаттары деп аталады. Бұл классдардың ең қарапайым мүшелері – диметил карбонаты және дифенил карбонаты. Балама ретінде, карбонат топтары 2 немесе 3 көміртекті көпір арқылы байланысып, этилен карбонаты және триметилен карбонаты сияқты циклді қосылыстарды құрауы мүмкін. Көпірде пропилен карбонаты үшін CH3 сияқты топтар да болуы мүмкін. Терминалды алкил немесе арил топтарының орнына екі карбонат тобы алифалық немесе ароматикалық бифункционалды топ арқылы байланыстырылуы мүмкін. Карбонаттардың үшінші отбасы – полимерлер, мысалы полипропилен карбонаты және полибисфенол А карбонаты (мысалы, Макролон немесе Лексан).
[[File:DINWOM10. png|thumb|Structure of dicarbonate (PhOC(O)OC6H4)2CMe2 derived from bis(phenol A) and two equivalents of phenol. Carbonate esters can be divided into three structural classes: acyclic, cyclic, and polymeric. The first and general case is the acyclic carbonate group. Organic substituents can be identical or not. Both aliphatic or aromatic substituents are known, they are called dialkyl or diaryl carbonates, respectively. The simplest members of these classes are dimethyl carbonate and diphenyl carbonate. Alternatively, the carbonate groups can be linked by a 2 or 3 carbon bridge, forming cyclic compounds such as ethylene carbonate and trimethylene carbonate. The bridging compound can also have substituents, e. g. CH3 for propylene carbonate. Instead of terminal alkyl or aryl groups, two carbonate groups can be linked by an aliphatic or aromatic bifunctional group. A third family of carbonates are the polymers, such as poly(propylene carbonate) and poly(bisphenol A carbonate) (e. g. Makrolon or Lexan).
Дайындық
Органикалық карбонаттар органикалық емес карбонат тұздарынан дайындалмайды. Карбонат эфирлерін алудың екі негізгі жолы бар: спирттің (немесе фенолдың) фосгенмен реакциясы (фосгендеу) және спирттің көміртек монооксидімен және тотықтырғышпен реакциясы (окисденуші карбонилдеу). Басқа карбонат эфирлерін кейін трансэтерификация арқылы дайындауға болады. Принцип бойынша карбонат эфирлерін метанол мен көмірқышқыл газын тікелей конденсациялау арқылы алуға болады. Бірақ бұл реакция термодинамикалық тұрғыдан тиімсіз. Реакциялық қоспадан суды бөліп алып, өнімділікті арттыру үшін селективті мембрана қолдануға болады.
Organic carbonates are not prepared from inorganic carbonate salts. Two main routes to carbonate esters are practiced: the reaction of an alcohol (or phenol) with phosgene (phosgenation), and the reaction of an alcohol with carbon monoxide and an oxidizer (oxidative carbonylation). Other carbonate esters may subsequently be prepared by transesterification. In principle carbonate esters can be prepared by direct condensation of methanol and carbon dioxide. The reaction is however thermodynamically unfavorable. A selective membrane can be used to separate the water from the reaction mixture and increase the yield.
Көмірқышқыл газының эпоксидтермен әрекеттесуі
Көмірқышқыл газының эпоксидтермен реакциясы циклдік 5 мүшелі карбонаттарды алудың жалпы жолы болып табылады. 2010 жылы циклді карбонаттардың жылдық өндірісі 100 000 тоннаға бағаланды. Өнеркәсіптік жағдайда этилен және пропилен оксидтері көмірқышқыл газымен оңай реакцияласып, этилен және пропилен карбонаттарын береді (тиісті катализатор қолданылғанда). Олар полярлы еріткіштер ретінде жіктеледі және кең сұйық температура диапазонына ие. Мысалы, пропилен карбонатының балқу температурасы -55 °C, ал қайнау температурасы 240 °C. Басқа артықшылықтарына төмен экотoксикалық қасиеттері және жақсы биоразлаган қабілеті жатады. Карбонаттарды өнеркәсіптік өндірудің көптеген жолдары экологиялық таза емес, себебі олар фосгенге немесе пропилен оксидке негізделген. Диметил дикарбонат көбінесе сусындарды сақтауға, өңдеуге көмектесуге немесе стерильдеуге қолданылады.
The reaction of carbon dioxide with epoxides is a general route to the preparation of cyclic 5 membered carbonates. Annual production of cyclic carbonates was estimated at 100,000 tonnes per year in 2010. Industrially, ethylene and propylene oxides readily react with carbon dioxide to give ethylene and propylene carbonates (with an appropriate catalyst). Classified as polar solvents, they have a wide liquid temperature range. One example is propylene carbonate with melting point −55 °C and boiling point 240 °C. Other advantages are low ecotoxicity and good biodegradability. Many industrial production pathways for carbonates are not green because they rely on phosgene or propylene oxide. Dimethyl dicarbonate is commonly used as a beverage preservative, processing aid, or sterilant.