Materia organică joacă un rol important înviața noastră. Ele sunt componenta principală a polimerilor care ne înconjoară peste tot: pungi de plastic, cauciuc și multe alte materiale. Polipropilena nu este ultimul pas din acest rând. Este, de asemenea, inclus în diverse materiale și este utilizat în mai multe industrii, cum ar fi construcțiile, are o utilizare casnică ca material pentru pahare de plastic și alte nevoi mici (dar nu la scară de producție). Înainte de a vorbi despre un astfel de proces ca hidratarea propilenei (datorită căreia, apropo, putem obține alcool izopropilic), să trecem la istoria descoperirii acestei substanțe necesare industriei.
Ca atare, propilena nu are dată de deschidere.Cu toate acestea, polimerul său - polipropilena - a fost de fapt descoperit în 1936 de celebrul chimist german Otto Bayer. Desigur, se știa teoretic cum se poate obține un material atât de important, dar în practică nu a fost posibil să se facă acest lucru. Acest lucru a fost posibil doar la mijlocul secolului al XX-lea, când chimiștii germani și italieni Ziegler și Nutt au descoperit un catalizator pentru polimerizarea hidrocarburilor nesaturate (având una sau mai multe legături multiple), care mai târziu a fost numit catalizator Ziegler-Natta. Până în acest moment, era absolut imposibil ca reacția de polimerizare a unor astfel de substanțe să înceapă. Au fost cunoscute reacțiile de policondensare, când, fără acțiunea unui catalizator, substanțele au fost combinate într-un lanț polimeric, formând astfel subproduse. Dar acest lucru nu se poate face cu hidrocarburi nesaturate.
Un alt proces important asociat cu acest lucrusubstanța a fost hidratarea ei. A existat multă propilenă în anii în care a fost folosită pentru prima dată. Și toate acestea se datorează metodelor inventate de diferite companii de prelucrare a petrolului și gazelor pentru recuperarea propenei (aceasta este numită uneori și substanța descrisă). În crăparea uleiului, acesta era un produs secundar și, atunci când s-a dovedit că derivatul său, alcoolul izopropilic, stă la baza sintezei multor substanțe utile umanității, multe companii, precum BASF, și-au brevetat metoda de producere și a început comerțul în masă cu acest compus. Hidratarea cu propilenă a fost testată și aplicată înainte de polimerizare, motiv pentru care a început să se producă acetonă, peroxid de hidrogen, izopropilamină înainte de polipropilenă.
Procesul de separare a propenei de ulei este foarte interesant. Pentru el ne vom întoarce acum.
De fapt, în sensul teoretic al principaluluiexistă o singură metodă: piroliza petrolului și a gazelor asociate. Dar implementările tehnologice sunt doar o mare. Faptul este că fiecare companie caută să obțină o metodă unică și să o protejeze cu un brevet, în timp ce alte companii similare caută, de asemenea, propriile modalități de a produce și vinde propenă ca materie primă sau de a o transforma în diverse produse.
Piroliza ("pir" - foc, "liz" - distrugere) -proces chimic de descompunere a unei molecule complexe și mari în molecule mai mici sub acțiunea temperaturii ridicate și a unui catalizator. După cum știți, petrolul este un amestec de hidrocarburi și constă din fracțiuni ușoare, medii și grele. Din prima, greutatea moleculară cea mai mică, propena și etanul se obțin prin piroliză. Acest proces se desfășoară în cuptoare speciale. Pentru cele mai avansate companii producătoare, acest proces este diferit din punct de vedere tehnologic: unii folosesc nisipul ca purtător de căldură, alții folosesc cuarț, iar alții folosesc cocs; De asemenea, puteți împărți cuptoarele în funcție de structura lor: există reactoare tubulare și convenționale, așa cum se numesc.
Dar procesul de piroliză vă permite să obținețipropenă insuficient de pură, deoarece, pe lângă aceasta, se formează acolo o imensă varietate de hidrocarburi, care apoi trebuie separate prin metode destul de consumatoare de energie. Prin urmare, pentru a obține o substanță mai pură pentru hidratarea ulterioară, se folosește și deshidrogenarea alcanilor: în cazul nostru, propanul. La fel ca polimerizarea, procesul de mai sus nu se întâmplă doar. Eliminarea hidrogenului dintr-o moleculă de hidrocarbură saturată are loc sub acțiunea catalizatorilor: oxid de crom trivalent și oxid de aluminiu.
Ei bine, înainte de a trece la povestea modului în care are loc procesul de hidratare, să trecem la structura hidrocarburii noastre nesaturate.
Propenul în sine este doar al doilea membru al serieialchene (hidrocarburi cu o dublă legătură). În ceea ce privește ușurința, este al doilea doar după etilenă (din care, după cum ați putea ghici, este fabricată polietilena - cel mai masiv polimer din lume). În starea sa normală, propena este un gaz, la fel ca „ruda” sa din familia alcanilor, propanul.
Dar diferența esențială dintre propan și propenă se află înfaptul că acesta din urmă are o dublă legătură în compoziția sa, care își schimbă radical proprietățile chimice. Vă permite să atașați alte substanțe la molecula de hidrocarburi nesaturate, rezultând compuși cu proprietăți complet diferite, care sunt adesea foarte importante pentru industrie și viața de zi cu zi.
Este timpul să vorbim despre teoria reacției,căruia, de fapt, este dedicat acest articol. În secțiunea următoare, veți afla că atunci când propilena este hidratată, se formează unul dintre cele mai importante produse industriale, precum și modul în care apare această reacție și care sunt nuanțele acesteia.
Pentru început, să trecem la un proces mai general -solvatare - care include și reacția descrisă mai sus. Aceasta este o transformare chimică, care constă în atașarea moleculelor de solvent la moleculele unui dizolvat. În același timp, pot forma molecule noi, sau așa-numiții solvați, - particule formate din molecule dintr-o substanță dizolvată și un solvent, conectate prin interacțiune electrostatică. Ne interesează doar primul tip de substanțe, deoarece în timpul hidratării propilenei, tocmai un astfel de produs se formează predominant.
Când sunt solvatate în modul descris mai sus, moleculelesolventul este atașat la dizolvat, se obține un nou compus. În chimia organică, în timpul hidratării, se formează predominant alcooli, cetone și aldehide, dar există și alte câteva cazuri, de exemplu, formarea glicolilor, dar nu vom atinge ele. De fapt, acest proces este foarte simplu, dar în același timp destul de complicat.
Se știe că dubla legătură constă din douătipuri de conexiuni ale atomilor: legături p- și sigma. Legătura pi din reacția de hidratare se rupe întotdeauna mai întâi, deoarece este mai puțin puternică (are o energie de legare mai mică). Când se sparge, doi orbitali liberi se formează la doi atomi de carbon adiacenți, care pot forma noi legături. O moleculă de apă care există în soluție sub formă de două particule: un ion hidroxid și un proton, este capabilă să se atașeze printr-o dublă legătură ruptă. În acest caz, ionul hidroxid este atașat la atomul central de carbon, iar protonul la cel de-al doilea extrem. Astfel, când propilena este hidratată, se formează predominant propanol 1 sau alcool izopropilic. Aceasta este o substanță foarte importantă, deoarece oxidarea sa poate produce acetonă, care este utilizată pe scară largă în lumea noastră. Am spus că se formează predominant, dar acest lucru nu este în întregime adevărat. Trebuie să spun acest lucru: singurul produs format în timpul hidratării propilenei și acesta este alcoolul izopropilic.
Aceasta este, desigur, toate subtilitățile. De fapt, totul poate fi descris mult mai ușor. Și acum vom afla cum în cursul școlii înregistrează un astfel de proces ca hidratarea propilenei.
În chimie, este obișnuit să denotați totul simplu:folosind ecuațiile de reacție. Deci transformarea chimică a substanței în discuție poate fi descrisă în acest fel. Hidratarea propilenei, a cărei ecuație de reacție este foarte simplă, are loc în două etape. În primul rând, legătura pi, care face parte din dublu, este ruptă. Apoi, o moleculă de apă sub forma a două particule, un anion hidroxid și un cation hidrogen, se apropie de molecula de propilenă, care are în prezent două situri vacante pentru formarea legăturilor. Ionul hidroxid formează o legătură cu atomul de carbon mai puțin hidrogenat (adică cu cel la care sunt atașați mai puțini atomi de hidrogen), respectiv protonul, cu cel rămas extrem. Astfel, se obține un singur produs: alcoolul monohidric saturat izopropanol.
Acum vom învăța cum să scriem într-un limbaj chimic o reacție care să reflecte un proces precum hidratarea propilenei. Formula care ne va fi utilă: CH2 = CH - CH3... Aceasta este formula substanței originale - propena.După cum puteți vedea, are o legătură dublă, indicată prin semnul „=”, iar în acest moment se va atașa apa când propilena este hidratată. Ecuația reacției poate fi scrisă astfel: CH2 = CH - CH3 + H2O = CH3 - CH (OH) - CH3... Gruparea hidroxil dintre paranteze înseamnă căaceastă parte nu se află în planul formulei, ci mai jos sau mai sus. Aici nu putem arăta unghiurile dintre cele trei grupuri care se extind de la atomul mediu de carbon, dar să spunem că acestea sunt aproximativ egale între ele și se ridică la 120 de grade.
Am spus deja că ceea ce se obține în cursul reacțieisubstanța este utilizată activ pentru sinteza altor substanțe vitale pentru noi. Are o structură foarte asemănătoare cu acetona, de la care diferă doar prin faptul că în loc de o grupare hidroxil există o grupare ceto (adică un atom de oxigen conectat printr-o legătură dublă la un atom de azot). După cum știți, acetonă în sine este utilizată în solvenți și lacuri, dar, în plus, este utilizată ca reactiv pentru sinteza ulterioară a unor substanțe mai complexe, cum ar fi poliuretani, rășini epoxidice, anhidridă acetică etc.
Credem că ar fi util să descriem transformareaalcool izopropilic la acetonă, mai ales că această reacție nu este atât de complicată. Pentru început, propanolul este evaporat și oxidat cu oxigen la 400-600 grade Celsius pe un catalizator special. Un produs foarte pur se obține atunci când reacția este efectuată pe o rețea de argint.
Nu vom intra în detaliile mecanismului de reacție pentru oxidarea propanolului la acetonă, deoarece este foarte complex. Ne restrângem la ecuația obișnuită de transformare chimică: CH3 - CH (OH) - CH3 + O2 = CH3 - C (O) - CH3 + H2A. După cum puteți vedea, totul este destul de simplu în diagramă, dar merită să ne adâncim în proces și ne vom confrunta cu o serie de dificultăți.
Așadar, am analizat procesul de hidratare a propilenei șia studiat ecuația reacției și mecanismul cursului acesteia. Principiile tehnologice considerate stau la baza proceselor reale care au loc în producție. După cum sa dovedit, acestea nu sunt foarte dificile, dar au beneficii reale pentru viața noastră de zi cu zi.
