Jump to content

Этоксилирование

В органической химии этоксилирование химическая реакция , в которой оксид этилена ( C 2 H 4 O ) присоединяется к субстрату . Это наиболее широко практикуемое алкоксилирование , которое включает добавление эпоксидов к субстратам.

При обычном применении спирты и фенолы превращаются в R(OC 2 H 4 ) n OH , где n находится в диапазоне от 1 до 10. Такие соединения называются этоксилатами спиртов. Этоксилаты спиртов часто превращаются в родственные виды, называемые этоксисульфатами. Этоксилаты и этоксисульфаты спирта представляют собой поверхностно-активные вещества , широко используемые в косметических и других коммерческих продуктах. [ 1 ] Этот процесс имеет большое промышленное значение: в 1994 году во всем мире было произведено более 2 000 000 метрических тонн различных этоксилатов. [ 2 ]

Производство

[ редактировать ]

Этот процесс был разработан в в Людвигсхафене лабораториях IG Farben Конрадом Шёллером и Максом Виттвером [ де ] в 1930-х годах. [ 3 ] [ 4 ]

Этоксилаты спирта

[ редактировать ]

Промышленное этоксилирование в основном проводят на спиртах. Низшие спирты вступают в реакцию с образованием эфиров гликоля , которые обычно используются в качестве растворителей, тогда как более длинные жирные спирты превращаются в этоксилаты жирных спиртов (FAE), которые являются распространенной формой неионогенных поверхностно-активных веществ . Реакция обычно протекает путем продувания оксида этилена через спирт при температуре 180 °C и 1–2 бара давлении служит гидроксид калия (КОН) , при этом катализатором . [ 5 ] Процесс является сильно экзотермическим ( Δ H = -92 кДж/моль прореагировавшего оксида этилена) и требует тщательного контроля, чтобы избежать потенциально катастрофического термического выхода из-под контроля . [ 5 ]

Исходными материалами обычно являются первичные спирты , поскольку они имеют тенденцию реагировать в 10–30 раз быстрее, чем вторичные спирты. [ 6 ] Обычно к каждому спирту добавляют 5-10 единиц этиленоксида. [ 7 ] однако этоксилированные спирты могут быть более склонны к этоксилированию, чем исходный спирт, что затрудняет контроль реакции и приводит к образованию продукта с различной длиной повторяющейся единицы (значение n в приведенном выше уравнении). Лучший контроль можно обеспечить за счет использования более сложных катализаторов. [ 8 ] которые можно использовать для получения этоксилатов узкого диапазона . считает этоксилированные спирты химикатами, которые производятся в больших объемах (HPV). Агентство по охране окружающей среды США [ 9 ]

Этоксилирование/пропоксилирование

[ редактировать ]

Этоксилирование иногда сочетают с пропоксилированием, аналогичной реакцией с использованием оксида пропилена в качестве мономера. Обе реакции обычно проводятся в одном и том же реакторе и могут проводиться одновременно для получения статистического полимера или поочередно для получения блок-сополимеров, таких как полоксамеры . [ 5 ] Оксид пропилена более гидрофобен, чем оксид этилена, и его включение в небольших количествах может существенно повлиять на свойства ПАВ. В частности, этоксилированные жирные спирты, которые были «закрыты» ~1 единицей пропиленоксида, широко продаются как пеногасители .

Этоксисульфаты

[ редактировать ]

Этоксилированные жирные спирты часто превращаются в соответствующие органосульфаты , которые легко депротонируются с образованием анионных поверхностно-активных веществ, таких как лауретсульфат натрия . Будучи солями, этоксисульфаты обладают хорошей растворимостью в воде (высокое значение ГЛБ ). Превращение достигается обработкой этоксилированных спиртов триоксидом серы. [ 10 ] Синтез в лабораторном масштабе можно провести с использованием хлорсерной кислоты :

Полученные сложные эфиры сульфата нейтрализуют с получением соли: Небольшие объемы нейтрализуют алканоламинами, такими как триэтаноламин (ТЭА). [ 11 ] [ нужна страница ]

В 2008 году в Северной Америке было потреблено 381 000 метрических тонн этоксисульфатов спирта. [ 12 ]

Другие материалы

[ редактировать ]

Хотя спирты, безусловно, являются основным субстратом этоксилирования, многие нуклеофилы реагируют с оксидом этилена. Первичные амины вступают в реакцию с образованием двухцепочечных материалов, таких как полиэтоксилированный талловый амин . Реакция аммиака приводит к образованию важных химических веществ, таких как этаноламин , диэтаноламин и триэтаноламин.

Применение этоксилированных продуктов

[ редактировать ]

Этоксилаты спирта (AE) и этоксисульфаты спирта (AES) представляют собой поверхностно-активные вещества, содержащиеся в таких продуктах, как стиральные порошки, средства для очистки поверхностей, косметика, сельскохозяйственная продукция, текстиль и краски. [ 13 ] [ нужен неосновной источник ]

Этоксилаты спирта

[ редактировать ]

Поскольку поверхностно-активные вещества на основе этоксилата спирта неионогенны, им обычно требуются более длинные этоксилатные цепи, чем их сульфонированным аналогам, чтобы быть водорастворимыми. [ 14 ] Примеры, синтезированные в промышленном масштабе, включают этоксилат октилфенола , полисорбат 80 и полоксамеры . Этоксилирование обычно практикуется, хотя и в гораздо меньших масштабах, в биотехнологической и фармацевтической промышленности для увеличения растворимости в воде и, в случае фармацевтических препаратов, периода полураспада неполярных органических соединений в крови. В данной заявке этоксилирование известно как « ПЭГилирование » (полиэтиленоксид является синонимом полиэтиленгликоля, сокращенно ПЭГ). Длина углеродной цепи составляет 8-18, тогда как длина этоксилированной цепи в домашних продуктах обычно составляет от 3 до 12 оксидов этилена. [ 15 ] [ нужна страница ] Они имеют как липофильные хвосты, обозначенные аббревиатурой алкильной группы R, так и относительно полярные головные группы, представленные формулой R(OC 2 H 4 ) n OH .

Этоксисульфаты спиртов

[ редактировать ]

AES, обнаруженные в потребительских товарах, обычно представляют собой линейные спирты, которые могут представлять собой смеси полностью линейных алкильных цепей или как линейных, так и моноразветвленных алкильных цепей. [ 16 ] [ нужна страница ] Ярким примером этого является лауретсульфат натрия, в пенообразователь шампунях и жидком мыле , а также в промышленных моющих средствах . [ нужна ссылка ]

Экология и безопасность

[ редактировать ]

Этоксилаты спиртов (АЭ)

[ редактировать ]

Здоровье человека

[ редактировать ]

Этоксилаты спирта не являются мутагенными , канцерогенными или сенсибилизирующими кожу , а также не оказывают воздействия на репродуктивную функцию или развитие. [ 17 ] Одним из побочных продуктов этоксилирования является 1,4-диоксан , возможный канцероген для человека. [ 18 ] Неразбавленные АЕ могут вызвать раздражение кожи или глаз. В водном растворе уровень раздражения зависит от концентрации. Считается, что НЯ имеют низкую или умеренную токсичность при остром пероральном воздействии, низкую острую кожную токсичность и обладают легким потенциалом раздражения кожи и глаз в концентрациях, обнаруженных в потребительских товарах. [ 15 ] Недавние исследования показали, что высушенные остатки АЭ, аналогичные тем, которые можно обнаружить на ресторанных блюдах (эффективные концентрации от 1:10 000 до 1:40 000), убивают эпителиальные клетки кишечника при высоких концентрациях. Более низкие концентрации делали клетки более проницаемыми и склонными к воспалительной реакции [2] .

Водные и экологические аспекты

[ редактировать ]

АЭ обычно выбрасываются в канализацию, где они могут адсорбироваться в твердые частицы и подвергаться биологическому разложению посредством анаэробных процессов, при этом ~28–58% разлагаются в канализации. [ 19 ] [ нужен неосновной источник ] Остальные АЭ очищаются на очистных сооружениях и подвергаются биоразложению посредством аэробных процессов, при этом менее 0,8% АЭ выбрасывается в сточные воды. [ 19 ] При попадании в поверхностные воды, отложения или почву АЕ будут разлагаться в результате аэробных и анаэробных процессов или поглощаться растениями и животными.

Токсичность для некоторых беспозвоночных имеет диапазон значений EC50 для линейного АЭ от 0,1 мг/л до более 100 мг/л. Для разветвленных экзоксилатов спиртов токсичность колеблется от 0,5 до 50 мг/л. [ 15 ] Токсичность EC50 для водорослей от линейных и разветвленных АЭ составляла от 0,05 до 50 мг/л. Острая токсичность для рыб колеблется в пределах значений ЛК50 для линейного АЭ от 0,4 мг/л до 100 мг/л и для разветвленного - от 0,25 мг/л до 40 мг/л. Считается, что для беспозвоночных, водорослей и рыб по существу линейные и разветвленные АЭ не обладают большей токсичностью, чем линейные АЭ. [ 15 ]

Этоксисульфаты спиртов (AES)

[ редактировать ]

Биодеградация

[ редактировать ]

Деградация АЭС протекает путем ω- или β-окисления алкильной цепи, ферментативного гидролиза сульфатного эфира и разрыва эфирной связи в АЭС с образованием спирта или этоксилата спирта и сульфата этиленгликоля. Исследования аэробных процессов также показали, что AES легко биоразлагается. [ 11 ] По оценкам, период полураспада как AE, так и AES в поверхностных водах составляет менее 12 часов. [ 20 ] [ нужен неосновной источник ] Удаление AES в результате разложения посредством анаэробных процессов оценивается в пределах от 75 до 87%.

Проточные лабораторные тесты в терминальном пуле AES с моллюсками показали, что NOEC улитки Goniobasis и азиатского моллюска Corbicula превышает 730 мкг/л. Было установлено, что на рост корбикулы влияет концентрация 75 мкг/л. [ 21 ] [ нужен неосновной источник ] У поденок рода Tricorythodes нормализованное значение плотности NOEC составляет 190 мкг/л. [ 22 ] [ нужен неосновной источник ]

Безопасность человека

[ редактировать ]

AES не оказался генотоксичным, мутагенным или канцерогенным. [ 16 ] Исследование 2022 года показало, что экспрессия генов, участвующих в выживании клеток, эпителиальном барьере, передаче сигналов цитокинов и метаболизме, изменяется при использовании ополаскивателя в концентрациях, используемых в профессиональных посудомоечных машинах. Этоксилаты спирта, присутствующие в ополаскивателе, были идентифицированы как виновный компонент, вызывающий воспаление эпителия и повреждение барьера. [ 23 ]

  1. ^ Смолдерс, Э.; Рыбинский В.; Сун, Э.; Рэзе, В.; Стебер, Дж.; Вибель, Ф.; Нордског, А. (2011). «Средства для стирки, 1. Введение». В Элверсе, Барбара; и др. (ред.). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a08_315.pub3 . ISBN  978-3527306732 .
  2. ^ Арно Кан (30 января 1994 г.). Материалы 3-й Всемирной конференции по моющим средствам: глобальные перспективы . Американское общество нефтехимиков. п. 141. ИСБН  978-0-935315-52-3 .
  3. ^ Елинек, Чарльз Ф.; Мэйхью, Раймонд Л. (сентябрь 1954 г.). «Неионогенные моющие средства». Промышленная и инженерная химия . 46 (9): 1930–1934. дои : 10.1021/ie50537a045 .
  4. ^ Патент США 1970578 A , Schoeller, Conrad & Wittwer, Max, «Помощники в текстильной и смежных отраслях», выдан 21 августа 1934 г., передан IG Farbenindustrie AG.  
  5. ^ Перейти обратно: а б с Ди Серио, Мартино; Тессер, Риккардо; Сантачесария, Элио (декабрь 2005 г.). «Сравнение различных типов реакторов, используемых при производстве этоксилированных и пропоксилированных продуктов». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 44 (25): 9482–9489. дои : 10.1021/ie0502234 .
  6. ^ Ди Серио, М.; Вайро, Г.; Йенго, П.; Фелиппоне, Ф.; Сантачесария, Э. (январь 1996 г.). «Кинетика этоксилирования и пропоксилирования 1- и 2-октанола, катализируемого КОН». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 35 (11): 3848–3853. дои : 10.1021/ie960200c .
  7. ^ Коссвиг, Курт (2002). «Поверхностно-активные вещества». В Элверсе, Барбара; и др. (ред.). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a25_747 . ISBN  978-3527306732 .
  8. ^ Кокс, Майкл Ф. (сентябрь 1990 г.). «Влияние «пика» распределения этиленоксида на характеристики этоксилатов спиртов и сульфатов эфиров». Журнал Американского общества нефтехимиков . 67 (9): 599–604. дои : 10.1007/BF02540775 . S2CID   85521585 .
  9. ^ Агентство по охране окружающей среды США (июль 2006 г.). «Программа поддержки высоких объемов производства (ВПЧ)» . Архивировано из оригинала 17 ноября 2011 г.
  10. ^ Робертс, Дэвид В. (май 1998 г.). «Технология сульфирования для производства анионных ПАВ». Исследования и разработки органических процессов . 2 (3): 194–202. дои : 10.1021/op9700439 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Анон. [Команда веществ HERA] (15 июня 2004 г.). Этоксисульфаты спирта (AES). Оценка экологического риска (PDF) . Брюссель, Бельгия: Проект оценки человеческих и экологических рисков (HERA). Проект HERA (Оценка рисков для человека и окружающей среды) — это европейская добровольная инициатива, запущенная в 1999 году следующими организациями: AISE , представляющая разработчиков и производителей чистящих средств для дома и ухода. Cefic представляет поставщиков и производителей сырья. [ нужна страница ] Этот 36-страничный отчет представляет собой документ HERA об этом ингредиенте европейских бытовых чистящих средств.
  12. ^ Сандерсон, Ганс; Ван Компернолл, Реми; Дайер, Скотт Д.; Прайс, Брэдфорд Б.; Нильсен, Аллен М.; Селби, Мартин; Феррер, Дарси; Стэнтон, Кэтлин (2013). «Обнаружение и проверка рисков поверхностно-активных веществ этоксилата спирта в трех отложениях рек США, связанных с очистными сооружениями» . Наука об общей окружающей среде . 463–464: 600–610. Бибкод : 2013ScTEn.463..600S . doi : 10.1016/j.scitotenv.2013.05.047 . ПМИД   23835070 .
  13. ^ Федерле, Томас В.; Нина Р. Итрич (2004). «Влияние этоксилатного числа и длины алкильной цепи на путь и кинетику линейного биоразложения этоксилата спирта в активном иле». Экологическая токсикология и химия . 23 (12): 2790–2798. дои : 10.1897/04-053.1 . ПМИД   15648751 . S2CID   37587650 .
  14. ^ Варадарадж, Рамеш; Бок, Ян; Бронс, Нил; Зушма, Стив (1994). «Влияние структуры ПАВ на модификацию смачиваемости гидрофобных зернистых поверхностей». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 167 (1): 207–210. Бибкод : 1994JCIS..167..207V . дои : 10.1006/jcis.1994.1350 . ISSN   0021-9797 .
  15. ^ Перейти обратно: а б с д Анон. [Команда HERA Substance] (1 сентября 2009 г.). Этоксилаты спиртов, версия 2.0 (PDF) . Брюссель, Бельгия: Проект оценки человеческих и экологических рисков (HERA). [ нужна страница ] См. предыдущую ссылку на HERA для объяснения издательской организации. Эта 244-страничная книга представляет собой новейший документ HERA по ингредиентам европейских бытовых чистящих средств.
  16. ^ Перейти обратно: а б Анон. [Команда веществ HERA] (2 декабря 2003 г.). Оценка риска для здоровья человека этоксисульфатов спирта, проект (PDF) . Брюссель, Бельгия: Проект оценки человеческих и экологических рисков (HERA) . Проверено 14 марта 2016 г. [ нужна страница ] См. предыдущую ссылку на HERA для объяснения издательской организации. Этот 57-страничный отчет представляет собой последний документ HERA об этом ингредиенте европейских бытовых чистящих средств. Обратите внимание, что веб-сайт HERA, [1] , дата доступа, указанная выше, указана в декабре; на документе стоит дата январь 2003 года.
  17. ^ Фруйтье-Пёллот, Клаудия (2005). «Оценка безопасности полиэтиленгликолей (ПЭГ) и их производных, используемых в косметической продукции». Токсикология . 214 (1–2): 1–38. дои : 10.1016/j.tox.2005.06.001 . ISSN   0300-483X . ПМИД   16011869 .
  18. ^ Стикни, Джули А; Сагер, Шон Л; Кларксон, Жаклин Р.; Смит, Ли Энн; Лоси, Бетти Дж; Бок, Майкл Дж; Хартунг, Рольф; Олп, Стивен Ф (2003). «Обновленная оценка канцерогенного потенциала 1,4-диоксана». Нормативная токсикология и фармакология . 38 (2): 183–195. дои : 10.1016/S0273-2300(03)00090-4 . ISSN   0273-2300 . ПМИД   14550759 .
  19. ^ Перейти обратно: а б Пратс, Дэниел; Кармен Лопес; Диана Вальехо; Педро Варо; Виктор М. Леон (2006). «Влияние температуры на биоразложение линейного алкилбензолсульфоната и этоксилата спирта». Журнал поверхностно-активных веществ и моющих средств . 9 (1): 69–75. дои : 10.1007/s11743-006-0377-8 . S2CID   94398901 .
  20. ^ Гукерт, Дж.Б.; Уокер, Д.Д.; Беланджер, SE (1996). «Химия окружающей среды для исследования экзотоксикологии поверхностно-активных веществ подтверждает быструю деградацию алкилсульфата C12 в мезокосме с непрерывным потоком». Окружающая среда. хим. Токсикол . 15 (3): 262–269. дои : 10.1002/etc.5620150306 .
  21. ^ Беланжер, SE; КЛ Рупе; Р.Г. Бауш (1995). «Реакция беспозвоночных и рыб на анионные поверхностно-активные вещества алкилсульфат и алкил этоксилатсульфат при хроническом воздействии». Загрязнение окружающей среды и токсикология . 55 (5): 751–758. дои : 10.1007/BF00203763 . ПМИД   8563210 . S2CID   27669051 .
  22. ^ ван де Пласше, Эрик Дж.; де Брёйн, Джек Х.М.; Стивенсон, Ричард Р.; Маршалл, Стюарт Дж.; Фейтель, Том CJ; Белэнджер, Скотт Э. (1999). «Прогнозируемые концентрации, не оказывающие воздействия, и характеристика риска четырех поверхностно-активных веществ: линейного алкилбензолсульфоната, этоксилатов спирта, этоксилированных сульфатов спирта и мыла». Экологическая токсикология и химия . 18 (11): 2653–2663. дои : 10.1002/etc.5620181135 . ISSN   0730-7268 . S2CID   34750467 .
  23. ^ Огулур, Исмаил; Пэт, Ягыз; Айдын, Укротитель; Язычи, Дуйгу; Рюкерт, Беате; Пэн, Яки; Ким, Юнона; Радзиковска, Уршула; Вестерманн, Патрик (01 декабря 2022 г.). «Повреждение эпителиального барьера кишечника, вызванное моющими средствами и ополаскивателями для посудомоечных машин» . Журнал аллергии и клинической иммунологии . 151 (2): 469–484. дои : 10.1016/j.jaci.2022.10.020 . ПМИД   36464527 . S2CID   254244862 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 71a7bf17d49364919ade21a228cb7142__1714922700
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/71/42/71a7bf17d49364919ade21a228cb7142.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ethoxylation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)