Введение

Химическая реакция между окисью этилена и субстратом в промышленном масштабе.

В органической химии этоксилирование – это химическая реакция, в которой окись этилена (C2H4O) присоединяется к субстрату. Это наиболее распространенная алкоксиляция, включающая присоединение эпоксидов к субстратам. В типичном применении спирты и фенолы превращаются в R(OC2H4)nOH, где n изменяется от 1 до 10. Такие соединения называются этоксилатами спиртов. Этоксилаты спиртов часто превращают в родственные соединения, называемые этоксисульфатами. Этоксилаты спиртов и этоксисульфаты являются поверхностно-активными веществами, широко используемыми в косметической и другой коммерческой продукции. Этот процесс имеет большое промышленное значение: в 1994 году во всем мире было произведено более 2 000 000 метрических тонн различных этоксилатов.

Производство

Процесс был разработан Конрадом Шёллером в лабораториях IG Farben в Людвигсхафене в 1930-х годах.

Этоксилаты спирта

Промышленная этоксиляция в основном проводится на спиртах. Низкомолекулярные спирты реагируют с образованием гликолевых эфиров, которые обычно используются в качестве растворителей, в то время как высокомолекулярные жирные спирты превращаются в этоксилаты жирных спиртов (FAE), являющиеся распространенной формой неионогенных поверхностно-активных веществ. Реакция обычно осуществляется путем пропускания оксида этилена через спирт при 180 °C и давлении около 1,2 бар, при этом гидроксид калия (KOH) выступает в качестве катализатора. Процесс является высокоэкзотермическим (ΔH = 92 кДж/моль прореагировавшего оксида этилена) и требует тщательного контроля для предотвращения потенциально опасного теплового разгона. Как правило, к каждой молекуле спирта присоединяют от 5 до 10 звеньев оксида этилена, однако этоксилированные спирты могут быть более подвержены этоксилированию, чем исходный спирт, что затрудняет контроль реакции и приводит к образованию продукта с различной длиной цепи повторных звеньев (значение n в приведенном выше уравнении). Более точный контроль можно обеспечить использованием более сложных катализаторов, позволяющих получать этоксилаты с узким диапазоном длин цепей. Этоксилированные спирты классифицируются Агентством по охране окружающей среды США (EPA) как химические вещества с высоким объемом производства (HPV).

Другие материалы

Хотя спирты являются основным субстратом для этиоксилирования, многие нуклеофилы реагируют с оксидом этилена. Первичные амины вступают в реакцию с образованием ди-цепочечных продуктов, таких как полиэтоксилированный талловый амин. Реакция аммиака приводит к образованию важных промышленных химикатов, таких как этаноламин, диэтаноламин и триэтаноламин.

Применение этиоксилированных продуктов

Алкогольные этоксилаты (AE) и алкогольные этоксисульфаты (AES) — это поверхностно-активные вещества, которые содержатся в таких продуктах, как стиральные порошки, чистящие средства для поверхностей, косметика, средства для сельского хозяйства, текстиль и краски.

Этоксилаты спирта

Поскольку поверхностно-активные вещества на основе этилоксилатов спирта являются неионными, для достижения растворимости в воде им обычно требуются более длинные этилоксилатные цепи, чем их сульфонированным аналогам. Примеры, синтезируемые в промышленных масштабах, включают октилфенолэтоксилат, полисорбат 80 и полоксамеры. Этоксилирование широко применяется, хотя и в меньших масштабах, в биотехнологической и фармацевтической промышленности для повышения растворимости в воде и, в случае фармацевтических препаратов, увеличения периода полувыведения из кровотока неполярных органических соединений. В этом применении этоксилирование известно как "PEGилирование" (полиэтиленоксид является синонимом полиэтиленгликоля, сокращенно PEG). Длина углеродной цепи варьируется от 8 до 18 атомов углерода, а длина этилоксилатной цепи обычно составляет от 3 до 12 звеньев этиленоксида в бытовых продуктах. Они характеризуются наличием липофильных хвостов, обозначаемых аббревиатурой алкильной группы R, и относительно полярных головных групп, представленных формулой R(OC2H4)nOH.

Этоксисульфаты спирта

АЭС, содержащиеся в потребительских продуктах, как правило, представляют собой линейные спирты, которые могут быть смесью полностью линейных алкильных цепей или линейных и моноразветвленных алкильных цепей. Ярким примером является лауретсульфат натрия – пенообразователь в шампунях и жидких мылах, а также в промышленных моющих средствах.

Здоровье человека

Этоксилаты спирта не проявляют мутагенных, канцерогенных или сенсибилизирующих свойств по отношению к коже, а также не оказывают репродуктивного или тератогенного воздействия. Одним из побочных продуктов этоксилирования является 1,4-диоксан, который потенциально может вызывать рак у человека. Неразбавленные этоксилаты спирта могут вызывать раздражение кожи или глаз. В водных растворах степень раздражения зависит от концентрации. Этоксилаты спирта считаются обладающими низкой или умеренной токсичностью при однократном пероральном воздействии, низкой токсичностью при однократном кожном воздействии и слабым раздражающим действием на кожу и глаза в концентрациях, встречающихся в потребительских продуктах. Остаточные количества этоксилатов спирта подвергаются обработке на очистных сооружениях и биоразлагаются аэробными процессами, при этом в сточных водах высвобождается менее 0,8% этоксилатов спирта. Удаление этоксилатов спирта в результате разложения анаэробными процессами оценивается в диапазоне от 75 до 87%.

В воде

Проведение лабораторных тестов в терминальном бассейне с использованием AES и моллюсков показало, что NOEC для улитки Goniobasis и азиатского моллюска Corbicula превышает 730 мкг/л. Рост Corbicula снижался при концентрации 75 мкг/л. Для поденки рода Tricorythodes нормализованное значение NOEC по плотности составляет 190 мкг/л.

Безопасность человека

AES не был установлен как генотоксичный, мутагенный или канцерогенный.