stringtranslate.com

Этилен

Этилен ( название ИЮПАК : этен ) представляет собой углеводород , имеющий формулу C 2 H 4 или H 2 C=CH 2 . В чистом виде это бесцветный легковоспламеняющийся газ со слабым «сладким и мускусным » запахом. [6] Это простейший алкен (углеводород с двойными углерод-углеродными связями ).

Этилен широко используется в химической промышленности, а его мировое производство (более 150 миллионов тонн в 2016 году [7] ) превышает производство любого другого органического соединения . [8] [9] Большая часть этого производства идет на создание полиэтилена , который представляет собой широко используемый пластик , содержащий полимерные цепи этиленовых звеньев различной длины. Этилен также является важным природным гормоном растений и используется в сельском хозяйстве для ускорения созревания фруктов . [10] Гидратом этилена является этанол .

Структура и свойства

Орбитальное описание связи между этиленом и переходным металлом

Этот углеводород имеет четыре атома водорода , связанных с парой атомов углерода , соединенных двойной связью . Все шесть атомов, входящих в состав этилена, копланарны . Угол HCH составляет 117,4°, что близко к 120° для идеального гибридизованного углерода sp². Молекула также относительно слаба: вращение вокруг связи CC — это процесс с очень низкой энергией, который требует разрыва π-связи путем подачи тепла при 50 ° C. [ нужна цитата ]

π -связь в молекуле этилена отвечает за его полезную реакционную способность. Двойная связь представляет собой область высокой электронной плотности , поэтому она подвержена атаке электрофилов . Многие реакции этилена катализируются переходными металлами, которые временно связываются с этиленом, используя как π-, так и π*-орбитали. [ нужна цитата ]

Будучи простой молекулой, этилен спектроскопически прост. Его УФ-видимый спектр до сих пор используется в качестве проверки теоретических методов. [11]

Использование

Схема использования этена

Основные промышленные реакции этилена включают в порядке масштаба: 1) полимеризацию , 2) окисление , 3) галогенирование и гидрогалогенирование , 4) алкилирование , 5) гидратацию , 6) олигомеризацию и 7) гидроформилирование . В США и Европе примерно 90% этилена используется для производства оксида этилена , дихлорида этилена , этилбензола и полиэтилена . [12] Большинство реакций с этиленом являются электрофильным присоединением . [ нужна цитата ]

Основные промышленные применения этилена. По часовой стрелке сверху справа: его превращения в оксид этилена , предшественник этиленгликоля ; в этилбензол , предшественник стирола ; к различным видам полиэтилена ; в этилендихлорид , предшественник винилхлорида .

Полимеризация

Производство полиэтилена использует более половины мировых поставок этилена. Полиэтилен, также называемый полиэтиленом и полиэтиленом , является наиболее широко используемым пластиком в мире. В основном он используется для изготовления пленок для упаковки , мешков и вкладышей для мусора . Линейные альфа-олефины , получаемые путем олигомеризации (образования коротких полимеров), используются в качестве прекурсоров , моющих средств , пластификаторов , синтетических смазок , присадок, а также в качестве сомономеров при производстве полиэтиленов. [12]

Окисление

Этилен окисляется с образованием оксида этилена , ключевого сырья в производстве поверхностно-активных веществ и моющих средств путем этоксилирования . Оксид этилена также гидролизуется с получением этиленгликоля , широко используемого в качестве автомобильного антифриза, а также гликолей с более высокой молекулярной массой, простых эфиров гликолей и полиэтилентерефталата . [13] [14]

Окисление этилена в присутствии палладиевого катализатора может привести к образованию ацетальдегида . Это преобразование остается крупным промышленным процессом (10 млн кг/год). [15] Процесс протекает через начальное комплексообразование этилена с центром Pd(II). [ нужна цитата ]

Галогенирование и гидрогалогенирование

Основные промежуточные продукты галогенирования и гидрогалогенирования этилена включают этилендихлорид , этилхлорид и этилендибромид . Добавление хлора влечет за собой « оксихлорирование », т.е. сам хлор не используется. Некоторыми продуктами, производными из этой группы, являются поливинилхлорид , трихлорэтилен , перхлорэтилен , метилхлороформ , поливинилиденхлорид и их сополимеры , а также бромистый этил . [16]

Алкилирование

Основным химическим промежуточным продуктом алкилирования этиленом является этилбензол , предшественник стирола . Стирол используется главным образом в полистироле для упаковки и изоляции, а также в бутадиен-стироловом каучуке для шин и обуви. В меньшем масштабе — этилтолуол , этиланилины, 1,4-гексадиен и алкилы алюминия . Продукты этих промежуточных продуктов включают полистирол , ненасыщенные полиэфиры и терполимеры этилена и пропилена . [16]

Оксо реакция

Гидроформилирование (оксо-реакция) этилена приводит к образованию пропиональдегида , предшественника пропионовой кислоты и н - пропилового спирта . [16]

Увлажнение

Этилен уже давно является основным неферментативным предшественником этанола . Оригинальный метод предусматривал его преобразование в диэтилсульфат с последующим гидролизом. Основным методом, практикуемым с середины 1990-х годов, является прямая гидратация этилена, катализируемая твердыми кислотными катализаторами : [17]

C 2 H 4 + H 2 O → CH 3 CH 2 OH

Димеризация до бутенов

Этилен димеризуют путем гидровинилирования с образованием н -бутенов с использованием процессов, лицензированных Lummus или IFP . Процесс Ламмуса производит смешанные н -бутены (в основном 2-бутены ), а процесс IFP производит 1-бутен . 1-Бутен используется в качестве сомономера при производстве некоторых видов полиэтилена . [18]

Плоды и цветение

Этилен – гормон, влияющий на созревание и цветение многих растений. Он широко используется для контроля свежести в садоводстве и фруктах . [19] Очистка от природного этилена задерживает созревание. [20]

Нишевое использование

Примером нишевого использования является применение в качестве анестетика (в соотношении 85% этилена и 15% кислорода). [21] Другое применение — в качестве сварочного газа. [12] [22] Он также используется в качестве газообразного хладагента для низкотемпературного применения под названием R-1150. [23]

Производство

Мировое производство этилена составило 107 миллионов тонн в 2005 году, [8] 109 миллионов тонн в 2006 году, [24] 138 миллионов тонн в 2010 году и 141 миллион тонн в 2011 году . [25] К 2013 году этилен производили как минимум 117 компаний в мире. 32 страны. Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на этилен, резко увеличивается количество производственных мощностей по всему миру, особенно на Ближнем Востоке и в Китае . [26] По состоянию на 2022 год производство выделяет значительные выбросы парниковых газов . [27]

Промышленный процесс

В нефтехимической промышленности этилен производят несколькими методами . Основным методом является паровой крекинг (SC), при котором углеводороды и пар нагреваются до 750–950 °C. Этот процесс превращает крупные углеводороды в более мелкие и приводит к ненасыщенности. Когда этан является сырьем, этилен является продуктом. Этилен отделяют от полученной смеси повторным сжатием и перегонкой . [16] В Европе и Азии этилен получают в основном путем крекинга нафты, газойля и конденсатов с попутным производством пропилена, олефинов С4 и ароматических углеводородов (пиролизный бензин). [28] Другие технологии, используемые для производства этилена, включают синтез Фишера-Тропша и превращение метанола в олефины (МТО). [29]

Лабораторный синтез

Хотя этилен имеет большую промышленную ценность, он редко синтезируется в лаборатории и обычно покупается. [30] Его можно получить путем дегидратации этанола серной кислотой или в газовой фазе с помощью оксида алюминия или активированного оксида алюминия . [31]

Биосинтез

Этилен в природе производится из метионина . Непосредственным предшественником является 1-аминоциклопропан-1-карбоновая кислота . [32]

Лиганд

Димер хлоробис(этилен)родия представляет собой хорошо изученный комплекс этилена. [33]

Этилен является основным лигандом в алкеновых комплексах переходных металлов . Одно из первых металлоорганических соединений, соль Цейзе, представляет собой комплекс этилена. Полезные реагенты, содержащие этилен, включают Pt(PPh 3 ) 2 (C 2 H 4 ) и Rh 2 Cl 2 (C 2 H 4 ) 4 . Гидроформилирование этилена , катализируемое резусом , проводится в промышленных масштабах с получением пропиональдегида . [34]

История

Некоторые геологи и ученые полагают, что знаменитый греческий оракул в Дельфах ( Пифия ) впал в состояние, подобное трансу, в результате воздействия этилена, поднимающегося из-за замыканий на землю. [35]

Этилен, по-видимому, был открыт Иоганном Иоахимом Бехером , который получил его путем нагревания этанола с серной кислотой; [36] он упомянул о газе в своей «Физике подземной» (1669). [37] Джозеф Пристли также упоминает о газе в своих «Опытах и ​​наблюдениях, относящихся к различным ветвям естественной философии: с продолжением наблюдений над воздухом» (1779), где он сообщает, что Ян Ингенхауз видел этилен, синтезированный таким же образом г-ном Эне в Амстердаме в 1777 году и что Ингенхауз впоследствии сам добыл газ. [38] Свойства этилена изучали в 1795 году четыре голландских химика: Иоганн Рудольф Дейманн, Адриен Паэтс ван Троствик, Антони Лауверенбург и Николас Бондт, которые обнаружили, что он отличается от газообразного водорода и содержит как углерод, так и водород. [39] Эта группа также обнаружила, что этилен можно объединить с хлором для получения масла голландских химиков , 1,2-дихлорэтана ; это открытие дало этилену название, которое использовалось для него в то время, олефиантный газ (нефтедобывающий газ). [40] Термин олефиантный газ, в свою очередь, является этимологическим происхождением современного слова «олефин», класса углеводородов, в котором этилен является первым участником. [ нужна цитата ]

В середине 19 века суффикс -ен (древнегреческий корень, добавляемый к концу женских имен, означающий «дочь») широко использовался для обозначения молекулы или ее части, которая содержала на один атом водорода меньше, чем молекула, входящая в состав молекулы. модифицированный. Таким образом, этилен ( C
2ЧАС
4) была «дочерью этила » ( С.
2ЧАС
5). Название этилен было использовано в этом смысле еще в 1852 году. [41]

В 1866 году немецкий химик Август Вильгельм фон Хофманн предложил систему номенклатуры углеводородов, в которой суффиксы -ан, -ен, -ин, -он и -ун использовались для обозначения углеводородов с номерами 0, 2, 4, 6, и на 8 атомов водорода меньше, чем у их исходного алкана . [42] В этой системе этилен стал этиленом . Система Хофмана в конечном итоге стала основой Женевской номенклатуры, одобренной Международным конгрессом химиков в 1892 году, которая остается в основе номенклатуры ИЮПАК . Однако к тому времени название этилен глубоко укоренилось и широко используется и сегодня, особенно в химической промышленности.

После экспериментов Лакхардта, Крокера и Картера в Чикагском университете [43] в качестве анестетика использовали этилен. [44] [6] Он продолжал использоваться до 1940-х годов, даже когда хлороформ постепенно прекращался. Его резкий запах и взрывоопасный характер ограничивают его использование сегодня. [45]

Номенклатура

Правила номенклатуры ИЮПАК 1979 года сделали исключение для сохранения несистематического названия этилен ; [46] однако это решение было отменено в правилах 1993 года, [47] и осталось неизменным в новейших рекомендациях 2013 года, [48] поэтому теперь название IUPAC — ethene . В системе ИЮПАК название этилен зарезервировано за двухвалентной группой -СН 2 СН 2 -. Следовательно, разрешены такие названия, как оксид этилена и дибромид этилена , но использование названия этилен для двухуглеродного алкена запрещено. Тем не менее, использование названия этилен для H 2 C=CH 2 (и пропилен для H 2 C=CHCH 3 ) все еще распространено среди химиков Северной Америки. [49]

Безопасность

Как и все углеводороды, этилен является горючим удушающим веществом . Он внесен в список канцерогенов 3-го класса IARC , поскольку в настоящее время нет доказательств того, что он вызывает рак у людей. [50]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Этилен».
  2. ^ Запись об этилене в базе данных веществ GESTIS Института безопасности и гигиены труда , по состоянию на 25 октября 2007 г.
  3. ^ abc Нейланд, О.Я. (1990) Органическая химия: Учебник для хим. спец. вузов . Москва. Высшая школа. п. 128.
  4. ^ Кестин Дж., Халифа Х.Э., Уэйкхэм, Вашингтон (1977). «Вязкость пяти газообразных углеводородов». Журнал химической физики . 66 (3): 1132–1134. Бибкод : 1977JChPh..66.1132K. дои : 10.1063/1.434048.
  5. ^ ЭТИЛЕН | КАМЕО Химические вещества | НОАА. Cameochemicals.noaa.gov. Проверено 24 апреля 2016 г.
  6. ^ аб Циммерманн Х, Вальц Р (2008). «Этилен». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a10_045.pub3. ISBN 978-3527306732.
  7. ^ Исследования и рынки. «Отчет о технологии этилена за 2016 год – исследования и рынки». www.researchandmarkets.com . Проверено 19 июня 2016 г.
  8. ^ ab «Производство: рост - это норма». Новости химии и техники . 84 (28): 59–236. 10 июля 2006 г. doi :10.1021/cen-v084n034.p059.
  9. ^ Производство пропилена из метанола. Интратек. 31 мая 2012 г. ISBN 978-0-615-64811-8.
  10. ^ Ван К.Л., Ли Х, Экер-младший (2002). «Биосинтез этилена и сигнальные сети». Растительная клетка . 14 (Приложение): S131-151. дои : 10.1105/tpc.001768. ПМЦ 151252 . ПМИД  12045274. 
  11. ^ «Этилен: УФ/видимый спектр». Интернет-книга НИСТ . Проверено 27 сентября 2006 г.
  12. ^ abc «Профиль первоначальной оценки СИДС ОЭСР — этилен» (PDF) . inchem.org. Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. Проверено 21 мая 2008 г.
  13. ^ «Этиленгликоль: системный агент». Центры по контролю и профилактике заболеваний США . 20 октября 2021 г.
  14. ^ «Этиленгликоль». Наука Директ .
  15. ^ Эльшенбройх С, Зальцер А (2006). Металлоорганические соединения: краткое введение (2-е изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-28165-7.
  16. ^ abcd Книл Л., Винтер О., Аист К. (1980). Этилен – краеугольный камень нефтехимической промышленности . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN 978-0-8247-6914-7.
  17. ^ Косарик Н., Дувняк З., Фаркас А., Сам Х., Брингер-Мейер С., Гебель О., Майер Д. (2011). "Спирт этиловый". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. стр. 1–72. дои : 10.1002/14356007.a09_587.pub2. ISBN 9783527306732.
  18. ^ «1-Бутен – основные области применения». МУДРЕЕ . Архивировано из оригинала 16 ноября 2021 г. Проверено 16 ноября 2021 г.
  19. ^ Аршад, Мухаммед; Франкенбергер, Уильям (2002). Этилен. Бостон, Массачусетс: Спрингер. п. 289. ИСБН 978-0-306-46666-3.
  20. ^ Мелтон, Лоуренс; Шахиди, Ферейдун; Варелис, Питер (2019). Энциклопедия пищевой химии. Нидерланды: Эльзевир. п. 114. ИСБН 978-0-12-814045-1.
  21. ^ Траут HH (август 1927 г.). «Изменения крови под этиленовой анестезией». Анналы хирургии . 86 (2): 260–7. дои : 10.1097/00000658-192708000-00013. ПМЦ 1399426 . ПМИД  17865725. 
  22. ^ "Информационный бюллетень". 12 . Консультативный совет по рынку свежих продуктов Калифорнии. 1 июня 1976 года. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  23. ^ «Паспорт безопасности этилена R-1150» (PDF) . Австралийская ассоциация механиков холодильного оборудования . Апрель 2015 года . Проверено 1 июля 2023 г.
  24. ^ Наттрасс, Л. и Хигсон, А. (22 июля 2010 г.) Информационный бюллетень NNFCC по возобновляемым химическим веществам: Этанол. Национальный центр непродовольственных культур
  25. ^ Истинный WR (2012). «Глобальные мощности по производству этилена готовы к значительному расширению». Нефтегазовый журнал . 110 (7): 90–95.
  26. ^ «Исследование рынка: этилен (2-е издание), Ceresana, ноябрь 2014 г.». ceresana.com . Проверено 3 февраля 2015 г.
  27. ^ Мынько, Алексей; Амгизар, Исмаэль; Браун, Дэвид Дж.; Чен, Линь; Марин, Гай Б.; де Альваренга, Родриго Фрейтас; Услу, Дидем Чиванчик; Девульф, Джо; Ван Гим, Кевин М. (15 августа 2022 г.). «Сокращение выбросов CO2 на существующих заводах по производству этилена: оценка различных стратегий модернизации с целью сокращения глобальных выбросов CO2 на 100 миллионов тонн». Журнал чистого производства . 362 : 132127. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.132127. hdl : 1854/LU-8760240 . ISSN  0959-6526. S2CID  248838079.
  28. ^ «Производство и производственный процесс этилена». Айсис . Проверено 29 июля 2019 г.
  29. ^ Амгизар I, Вандевалле Л.А., Ван Гим К.М., Марин ГБ (2017). «Новые тенденции в производстве олефинов». Инженерное дело . 3 (2): 171–178. дои : 10.1016/J.ENG.2017.02.006 .
  30. ^ Кримминс М.Т., Ким-Мид А.С. (2001). «Этилен». В Пакетте, Л. (ред.). Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Нью-Йорк: Уайли. дои : 10.1002/047084289X.re066. ISBN 0471936235.
  31. ^ Коэн Дж. Б. (1930). Практическая органическая химия (подготовка 4) . Макмиллан.
  32. ^ Ян С.Ф., Хоффман Н.Е. (1984). «Биосинтез этилена и его регуляция у высших растений». Анну. Преподобный Плант Физиол . 35 : 155–89. doi :10.1146/annurev.pp.35.060184.001103.
  33. ^ Нили, Джейми М. (2014). «димер хлорбис(этилен)родия(I)». Энциклопедия реагентов для органического синтеза E-EROS : 1–6. дои : 10.1002/047084289X.rn01715. ISBN 9780470842898.
  34. ^ Wiley-VCH, изд. (11 марта 2003 г.). Энциклопедия промышленной химии Ульмана (1-е изд.). Уайли. дои : 10.1002/14356007.a22_157.pub3. ISBN 978-3-527-30385-4.
  35. ^ Роуч Дж (14 августа 2001 г.). «Губы Дельфийского оракула, возможно, были ослаблены парами газа». Национальная география . Архивировано из оригинала 24 сентября 2001 года . Проверено 8 марта 2007 г.
  36. ^ Роско HE, Шорлеммер C (1878). Трактат по химии. Том. 1. Д. Эпплтон. п. 611.
  37. ^ Браун JC (июль 2006 г.). История химии: с древнейших времен до наших дней. Кессинджер. п. 225. ИСБН 978-1-4286-3831-0.
  38. ^ Приложение, §VIII, стр. 474 и далее, Эксперименты и наблюдения, относящиеся к различным ветвям натуральной философии: с продолжением наблюдений в воздухе, Джозеф Пристли, Лондон: напечатано для Дж. Джонсона, 1779, том. 1.
  39. ^ Роско и Шорлеммер 1878, с. 612
  40. ^ Роско и Шорлеммер 1878, с. 613 Грегори В. (1857). Справочник по органической химии (4-е американское изд.). AS Barnes & Co. с. 157.
  41. ^ «Элен | Этимология, происхождение и значение этилена» . этимонлин . Проверено 19 июля 2022 г.
  42. ^ Хофманн А.В. «Предложение Хофмана по систематической номенклатуре углеводородов». www.chem.yale.edu. Архивировано из оригинала 3 сентября 2006 г. Проверено 6 января 2007 г.
  43. ^ Лакхардт А, Картер Дж. Б. (1 декабря 1923 г.). «Этилен как газовый анестетик». Текущие исследования в области анестезии и анальгезии . 2 (6): 221–229. дои : 10.1213/00000539-192312000-00004. S2CID  71058633.
  44. ^ Джонстон Джорджия (август 1927 г.). «Преимущества этилен-кислорода как общего анестетика». Калифорния и западная медицина . 27 (2): 216–8. ПМЦ 1655579 . ПМИД  18740435. 
  45. ^ Whalen FX, Bacon DR, Smith HM (сентябрь 2005 г.). «Ингаляционные анестетики: исторический обзор». Лучшие практики и исследования. Клиническая анестезиология . 19 (3): 323–30. дои : 10.1016/j.bpa.2005.02.001. ПМИД  16013684.
  46. ^ Правило номенклатуры IUPAC A-3.1 (1979). Acdlabs.com. Проверено 24 апреля 2016 г.
  47. ^ Сноска к правилу номенклатуры ИЮПАК R-9.1, таблица 19 (b). Acdlabs.com. Проверено 24 апреля 2016 г.
  48. ^ Фавр, Анри А.; Пауэлл, Уоррен Х., ред. (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 . Кембридж: Королевское химическое общество . ISBN 9781849733069. ОСЛК  865143943.
  49. ^ Воллхардт, К. Питер С. (2018). Органическая химия: строение и функции. Нил Эрик Шор (8-е изд.). Нью-Йорк. п. 470. ИСБН 978-1-319-07945-1. ОСЛК  1007924903.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  50. ^ «Этилен (Сводка и оценка IARC, том 60, 1994 г.)» . www.inchem.org . Проверено 13 января 2019 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме этилена .