Fyzikálne a chemické vlastnosti etylénu. Použitie etylénu. Vlastnosti etylénu Chemická látka etylénu

Charakteristika a fyzikálne vlastnosti eténu

DEFINÍCIA

Etén (etylén)- bezfarebný horľavý plyn (štruktúra molekuly je znázornená na obr. 1), ktorý má mierny zápach. Mierne rozpustný vo vode.

Etén (etylén) je bezfarebný horľavý plyn (štruktúra molekuly je znázornená na obr. 1), ktorý má mierny zápach. Mierne rozpustný vo vode. Dobre sa rozpúšťa v dietyléteri a uhľovodíkoch.

Ryža. 1. Štruktúra molekuly etylénu.

Stôl 1. Fyzikálne vlastnosti etén.

Získanie eténu

V priemyselných objemoch sa etén získava pri rafinácii ropy: krakovaním a dehydrogenáciou etánu. Prezentované sú laboratórne metódy výroby etylénu

- dehydratácia etanolu

CH3-CH2-OH → CH2 \u003d CH2 + H20 (H2S04 (konc), to = 170).

— dehydrohalogenácia monohalogénetánu

CH3-CH2-Br + NaOH alkohol →CH2 \u003d CH2 + NaBr + H20 (to).

— dehalogenácia dihalogénetánu

Cl-CH2-CH2-Cl + Zn(Mg) ->CH2=CH2+ZnCl2(MgCl2);

- neúplná hydrogenácia acetylénu

CH=CH + H2 ->CH2 \u003d CH2 (Pd, to).

Chemické vlastnosti eténu

Etén je vysoko reaktívna zlúčenina. Všetky chemické premeny etylénu prebiehajú štiepením:

1. p-väzby С-С (adícia, polymerizácia a oxidácia)

• hydrogenácia

CH2 \u003d CH2 + H2 → CH3-CH3 (kat \u003d Pt).

• halogenácia

CH2 \u003d CH2 + Br2 → BrCH-CHBr.

• hydrohalogenácia

CH2 \u003d CH2 + H-Cl -> H2C-CHCl.

• hydratácia

CH2 \u003d CH2 + H-OH -> CH3-CH2-OH (H+, to).

• polymerizácia

nCH2 \u003d CH2 ->-[-CH2-CH2-]-n (kat, to).

• oxidácia

CH2 \u003d CH2 + 2KMn04 + 2KOH → HO-CH2-CH2-OH + 2K2Mn04;

2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2C2OH4 (epoxid) (kat \u003d Ag,to);

2CH2 \u003d CH2 + O2 -> 2CH3-C (0) H (kat \u003d PdCl2, CuCl).

1. väzby s sp 3 -H (v alylovej polohe)

CH2 \u003d CH2 + Cl2 → CH2 \u003d CH-Cl + HCl (to = 400).

1. Pretrhnutie všetkých väzieb

C2H4 + 202 -> 2C02 + 2H20.

Aplikácia eténu

Hlavným smerom použitia etylénu je priemyselná organická syntéza takých zlúčenín, ako sú halogénderiváty, alkoholy (etanol, etylénglykol), acetaldehyd, kyselina octová atď. túto zlúčeninu pri výrobe polymérov.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

PRÍKLAD 2

História objavu etylénu

Etylén prvýkrát získal nemecký chemik Johann Becher v roku 1680 pôsobením vitriolového oleja (H 2 SO 4) na vínny (etyl)alkohol (C 2 H 5 OH).

CH3-CH2-OH + H2SO4 → CH2 \u003d CH2 + H20

Spočiatku bol identifikovaný ako "horľavý vzduch", t.j. s vodíkom. Neskôr v roku 1795 holandskí chemici Deiman, Potts-van-Trusvik, Bond a Lauerenburg podobne získali etylén a opísali ho pod názvom „kyslíkový plyn“, pretože objavili schopnosť etylénu viazať chlór za vzniku olejovej kvapaliny – etylénu. chlorid ("olej holandských chemikov"), (Prokhorov, 1978).

Štúdium vlastností etylénu, jeho derivátov a homológov sa začalo v polovici 19. storočia. Začiatok praktického využitia týchto zlúčenín položili klasické štúdie A.M. Butlerova a jeho študentov v oblasti nenasýtených zlúčenín a najmä tvorby Butlerovovej teórie chemická štruktúra. V roku 1860 získal etylén pôsobením medi na metylénjodid, čím sa vytvorila štruktúra etylénu.

V roku 1901 Dmitrij Nikolajevič Nelyubov pestoval hrášok v laboratóriu v Petrohrade, ale semená produkovali skrútené, skrátené sadenice, v ktorých bol vrchol ohnutý háčikom a neohýbal sa. V skleníku a pod holým nebom boli sadenice rovnomerné, vysoké a vrchol na svetle rýchlo narovnal háčik. Nelyubov navrhol, že faktor spôsobujúci fyziologický účinok je v laboratórnom vzduchu.

V tom čase boli priestory osvetlené plynom. V pouličných lampách horel ten istý plyn a už dávnejšie sa zistilo, že pri havárii plynovodu stromy stojace v blízkosti miesta úniku plynu predčasne žltnú a zhadzujú listy.

Osvetľovací plyn obsahoval rôzne organickej hmoty. Aby sa odstránila prímes plynu, Nelyubov ho prešiel cez vyhrievanú trubicu s oxidom medi. Sadenice hrachu sa vyvíjali normálne na „prečistenom“ vzduchu. Aby sa presne zistilo, ktorá látka spôsobuje reakciu sadeníc, Nelyubov postupne pridal rôzne zložky osvetľovacieho plynu a zistil, že pridanie etylénu spôsobuje:

1) pomalý rast do dĺžky a zahusťovanie sadenice,

2) „neohýbajúca sa“ apikálna slučka,

3) Zmena orientácie sadenice v priestore.

Táto fyziologická reakcia sadeníc sa nazýva trojitá reakcia na etylén. Hrach bol taký citlivý na etylén, že ho začali používať v biologických testoch na detekciu nízkych koncentrácií tohto plynu. Čoskoro sa zistilo, že etylén spôsobuje aj iné účinky: opad listov, dozrievanie plodov atď. Ukázalo sa, že samotné rastliny sú schopné syntetizovať etylén; etylén je fytohormón (Petushkova, 1986).

Fyzikálne vlastnosti etylénu

Etylén- organická chemická zlúčenina opísaná vzorcom C 2 H 4 . Je to najjednoduchší alkén ( olefín).

Etylén je bezfarebný plyn so slabým sladkým zápachom s hustotou 1,178 kg/m³ (ľahší ako vzduch) a jeho vdýchnutie má na človeka narkotický účinok. Etylén je rozpustný v éteri a acetóne, oveľa menej vo vode a alkohole. Po zmiešaní so vzduchom vytvára výbušnú zmes

Tuhne pri -169,5°C, topí sa za rovnakých teplotných podmienok. Etén vrie pri –103,8 °C. Zapáli sa pri zahriatí na 540 °C. Plyn dobre horí, plameň je svetelný, so slabými sadziami. Zaokrúhlená molárna hmotnosť látky je 28 g/mol. Tretí a štvrtý zástupca homologická séria etén je tiež plynná látka. Fyzikálne vlastnosti piateho a nasledujúceho alkénu sú odlišné, ide o kvapaliny a pevné látky.

Výroba etylénu

Hlavné spôsoby výroby etylénu:

Dehydrohalogenácia halogénderivátov alkánov pôsobením alkoholových roztokov alkálií

CH3-CH2-Br + KOH -> CH2 = CH2 + KBr + H20;

Dehalogenácia dihalogénovaných alkánov pôsobením aktívne kovy

Cl-CH2-CH2-Cl + Zn -» ZnCl2 + CH2 = CH2;

Dehydratácia etylénu, keď sa zahrieva s kyselinou sírovou (t>150 ° C) alebo keď jeho para prechádza cez katalyzátor

CH3-CH2-OH -» CH2 = CH2 + H20;

Dehydrogenácia etánu pri zahrievaní (500 °C) v prítomnosti katalyzátora (Ni, Pt, Pd)

CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2.

Chemické vlastnosti etylénu

Etylén je charakterizovaný reakciami prebiehajúcimi mechanizmom elektrofilných, adičných, radikálových substitučných reakcií, oxidácie, redukcie, polymerizácie.

1. Halogenácia(elektrofilná adícia) - interakcia etylénu s halogénmi, napríklad s brómom, pri ktorej sa brómová voda odfarbí:

CH2 \u003d CH2 + Br2 \u003d Br-CH2-CH2Br.

Halogenácia etylénu je možná aj pri zahriatí (300 °C), v tomto prípade sa dvojitá väzba nerozbije - reakcia prebieha podľa mechanizmu radikálovej substitúcie:

CH2 \u003d CH2 + Cl2 → CH2 \u003d CH-CI + HCl.

2. Hydrohalogenácia- interakcia etylénu s halogenovodíkmi (HCl, HBr) za vzniku halogénovaných alkánov:

CH2 \u003d CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl.

3. Hydratácia- interakcia etylénu s vodou za prítomnosti minerálnych kyselín (sírová, fosforečná) za vzniku nasýteného jednosýtneho alkoholu - etanolu:

CH2 \u003d CH2 + H20 -> CH3-CH2-OH.

Medzi reakciami elektrofilnej adície sa rozlišuje adícia kyselina chlórna(1), reakcie hydroxy- A alkoxymerkurácia(2, 3) (získanie organických zlúčenín ortuti) a hydroborácia (4):

CH2 \u003d CH2 + HC10 —> CH2(OH)-CH2-CI (1);

CH2 \u003d CH2+ (CH3COO)2Hg + H20 -> CH2(OH)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (2);

CH2 = CH2+ (CH3COO)2Hg + R-OH -» R-CH2(OCH3)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (3);

CH2 \u003d CH2 + BH3 -> CH3-CH2-BH2 (4).

Nukleofilné adičné reakcie sú charakteristické pre etylénové deriváty obsahujúce substituenty priťahujúce elektróny. Medzi nukleofilnými adičnými reakciami zaujímajú osobitné miesto adičné reakcie kyseliny kyanovodíkovej, amoniaku a etanolu. Napríklad,

2 ON-CH \u003d CH2 + HCN → 2 ON-CH2-CH2-CN.

4. oxidácia. Etylén ľahko oxiduje. Ak etylén prechádza cez roztok manganistanu draselného, ​​stane sa bezfarebný. Táto reakcia sa používa na rozlíšenie medzi nasýtenými a nenasýtenými zlúčeninami. Výsledkom je etylénglykol.

3CH2 \u003d CH2 + 2KMn04 + 4H20 \u003d 3CH2(OH)-CH2(OH) + 2Mn02 + 2KOH.

O tvrdá oxidácia etylénu s vriacim roztokom manganistanu draselného v kyslom prostredí dochádza k úplnému štiepeniu väzby (σ-väzba) za vzniku kyseliny mravčej a oxidu uhličitého:

Oxidácia etylén kyslík pri 200C v prítomnosti CuCl2 a PdCl2 vedie k tvorbe acetaldehydu:

CH 2 \u003d CH 2 + 1/2O 2 \u003d CH3-CH \u003d O.

5. hydrogenácia. O zotavenie etylén je tvorba etánu, predstaviteľa triedy alkánov. Redukčná reakcia (hydrogenačná reakcia) etylénu prebieha radikálnym mechanizmom. Podmienkou pre priebeh reakcie je prítomnosť katalyzátorov (Ni, Pd, Pt), ako aj zahrievanie reakčnej zmesi:

CH2 \u003d CH2 + H2 \u003d CH3-CH3.

6. Etylén vstupuje do polymerizačná reakcia. Polymerizácia - proces vzniku vysokomolekulárnej zlúčeniny - polyméru - vzájomným spojením s využitím hlavných mocností molekúl pôvodnej nízkomolekulovej látky - monoméru. Polymerizácia etylénu prebieha pôsobením kyselín (katiónový mechanizmus) alebo radikálov (radikálový mechanizmus):

nCH2\u003d CH2\u003d - (-CH2-CH2-)n-.

7. Spaľovanie:

C2H4 + 302 -> 2C02 + 2H20

8. Dimerizácia. Dimerizácia- proces vzniku novej látky spojením dvoch konštrukčné prvky(molekuly, vrátane proteínov alebo častíc) na komplex (dimér) stabilizovaný slabými a/alebo kovalentnými väzbami.

2CH 2 \u003d CH 2 → CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3

Aplikácia

Etylén sa používa v dvoch hlavných kategóriách: ako monomér, z ktorého sú postavené veľké uhlíkové reťazce, a ako východiskový materiál pre iné dvojuhlíkové zlúčeniny. Polymerizácie sú opakované kombinácie mnohých malých molekúl etylénu na väčšie. Tento proces prebieha pri vysokých tlakoch a teplotách. Aplikácie etylénu sú početné. Polyetylén je polymér, ktorý sa vo veľkých množstvách používa najmä pri výrobe obalových fólií, poťahov drôtov a plastových fliaš. Ďalšie použitie etylénu ako monoméru sa týka tvorby lineárnych a-olefínov. Etylén je východiskovým materiálom na prípravu mnohých dvojuhlíkových zlúčenín, ako je etanol ( priemyselný alkohol), etylénoxid ( nemrznúca zmes, polyesterové vlákna a fólie) acetaldehyd a vinylchlorid. Okrem týchto zlúčenín tvorí etylén s benzénom etylbenzén, ktorý sa používa pri výrobe plastov a syntetického kaučuku. Predmetná látka je jedným z najjednoduchších uhľovodíkov. Vlastnosti etylénu ho však robia biologicky a ekonomicky významným.

Vlastnosti etylénu poskytujú dobrý komerčný základ pre Vysoké číslo organické materiály (obsahujúce uhlík a vodík). Jednotlivé molekuly etylénu je možné spojiť, aby vytvorili polyetylén (čo znamená veľa molekúl etylénu). Polyetylén sa používa na výrobu plastov. Navyše sa dá použiť na výrobu čistiace prostriedky a syntetické mazivá, ktoré predstavujú chemických látok používa sa na zníženie trenia. Použitie etylénu na získanie styrénov je dôležité v procese výroby gumy a ochranných obalov. Okrem toho sa používa v obuvníckom priemysle, najmä športovej obuvi, ako aj pri výrobe pneumatiky auta. Použitie etylénu je komerčne dôležité a samotný plyn je jedným z najčastejšie vyrábaných uhľovodíkov v celosvetovom meradle.

Etylén sa používa pri výrobe špeciálneho skla pre automobilový priemysel.

Obsahuje dvojitú väzbu, a preto sa vzťahuje na nenasýtené alebo nenasýtené uhľovodíky. V priemysle zohráva mimoriadne dôležitú úlohu a je tiež fytohormónom. Najviac sa vyrába etylén organická zlúčenina vo svete ; celková svetová produkcia etylénu v roku 2008 predstavovala 113 miliónov ton a naďalej rastie o 2 – 3 % ročne. Etylén má narkotický účinok. Trieda nebezpečnosti – štvrtá.

Potvrdenie

Etylén sa začal vo veľkej miere používať ako monomér pred druhou svetovou vojnou kvôli potrebe získať vysokokvalitný izolačný materiál, ktorý by mohol nahradiť polyvinylchlorid. Po vyvinutí metódy polymerizácie etylénu pod vysokým tlakom a štúdiu dielektrických vlastností výsledného polyetylénu sa začala jeho výroba najskôr v Spojenom kráľovstve a neskôr v ďalších krajinách.

Hlavnou priemyselnou metódou výroby etylénu je pyrolýza kvapalných ropných destilátov alebo nižšie nasýtených uhľovodíkov. Reakcia sa uskutočňuje v rúrových peciach pri +800-950 °C a tlaku 0,3 MPa. Keď sa ako surovina použije primárny benzín, výťažok etylénu je približne 30 %. Súčasne s etylénom vzniká aj značné množstvo kvapalných uhľovodíkov vrátane aromatických. Počas pyrolýzy plynového oleja je výťažok etylénu približne 15-25%. Najvyšší výťažok etylénu – až 50 % – sa dosiahne, keď sa ako suroviny použijú nasýtené uhľovodíky: etán, propán a bután. Ich pyrolýza sa uskutočňuje v prítomnosti pary.

Po uvoľnení z výroby, počas operácií účtovania komodít, pri kontrole súladu s regulačnou a technickou dokumentáciou sa vzorky etylénu odoberajú podľa postupu opísaného v GOST 24975.0-89 „Etylén a propylén. Metódy odberu vzoriek“. Odber vzoriek etylénu sa môže vykonávať v plynnej aj skvapalnenej forme v špeciálnych vzorkovačoch v súlade s GOST 14921.

Etylén vyrábaný priemyselne v Rusku musí spĺňať požiadavky stanovené v GOST 25070-2013 „Etylén. Technické údaje".

Výrobná štruktúra

V súčasnosti v štruktúre výroby etylénu 64% pripadá na veľkotonážne pyrolýzne zariadenia, ~17% - na malotonážne plynové pyrolýzne zariadenia, ~11% je benzínová pyrolýza a 8% pripadá na etánovú pyrolýzu.

Aplikácia

Etylén je hlavným produktom základnej organickej syntézy a používa sa na získanie nasledujúcich zlúčenín (uvedených v abecednom poradí):

• Dichlóretán / vinylchlorid (3. miesto, 12 % z celkového objemu);
• Etylénoxid (2. miesto, 14-15% z celkového objemu);
• Polyetylén (1. miesto, do 60% z celkového objemu);

Etylén zmiešaný s kyslíkom sa používal v medicíne na anestéziu až do polovice 80. rokov 20. storočia v ZSSR a na Blízkom východe. Etylén je fytohormón takmer vo všetkých rastlinách, okrem iného je zodpovedný za opadávanie ihličia ihličnanov.

Elektronická a priestorová štruktúra molekuly

Atómy uhlíka sú v druhom valenčnom stave (hybridizácia sp 2). V dôsledku toho sa v rovine vytvoria tri hybridné oblaky pod uhlom 120°, ktoré tvoria tri σ-väzby s uhlíkom a dvoma atómami vodíka; p-elektrón, ktorý sa nezúčastnil hybridizácie, tvorí π-väzbu s p-elektrónom susedného atómu uhlíka v kolmej rovine. To vytvára dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka. Molekula má rovinnú štruktúru.

Základné chemické vlastnosti

Etylén je chemicky aktívna látka. Keďže medzi atómami uhlíka v molekule je dvojitá väzba, jedna z nich, menej pevná, sa ľahko rozbije a v mieste prerušenia väzby sa molekuly spoja, oxidujú a polymerizujú.

• Halogenácia:

• Hydrogenácia:

• Hydrohalogenácia:

• Hydratácia:

• Oxidácia:

• Spaľovanie:

• Polymerizácia (získanie polyetylénu):

Biologická úloha

Medzi najznámejšie funkcie etylénu patrí rozvoj takzvanej trojitej odozvy u etiolovaných (pestovaných v tme) semenáčikov po liečbe týmto hormónom. Trojitá odpoveď zahŕňa tri reakcie: skrátenie a zhrubnutie hypokotylu, skrátenie koreňa a zosilnenie apikálneho háku (prudký ohyb v hornej časti hypokotylu). Reakcia sadeníc na etylén je mimoriadne dôležitá v prvých fázach ich vývoja, pretože prispieva k prenikaniu sadeníc smerom k svetlu.

Komerčný zber ovocia a ovocia využíva špeciálne miestnosti alebo komory na dozrievanie ovocia, do ktorých sa vstrekuje etylén zo špeciálnych katalytických generátorov, ktoré z tekutého etanolu vyrábajú plynný etylén. Zvyčajne na stimuláciu dozrievania ovocia je koncentrácia plynného etylénu v atmosfére komory od 500 do 2000 ppm počas 24-48 hodín. Pri vyšších teplotách alebo viac vysoká koncentrácia Etylén vo vzduchu dozrieva ovocie rýchlejšie. Je však dôležité zabezpečiť kontrolu obsahu oxidu uhličitého v atmosfére komory, pretože vysokoteplotné zrenie (pri teplotách nad 20 stupňov Celzia) alebo zrenie pri vysokej koncentrácii etylénu vo vzduchu v komore vedie k prudké zvýšenie uvoľňovania oxidu uhličitého pri rýchlo dozrievajúcich plodoch, niekedy až o 10% oxidu uhličitého vo vzduchu po 24 hodinách od začiatku dozrievania, čo môže viesť k otrave oxidom uhličitým u oboch pracovníkov, ktorí zbierajú už dozreté plody, a samotné ovocie.

Odvtedy sa na stimuláciu dozrievania ovocia používa etylén Staroveký Egypt. Starí Egypťania zámerne škrabali alebo mierne drvili datle, figy a iné ovocie, aby stimulovali ich dozrievanie (poškodenie tkaniva stimuluje tvorbu etylénu v rastlinných tkanivách). Starovekí Číňania pálili v interiéri drevené vonné tyčinky alebo vonné sviečky, aby stimulovali dozrievanie broskýň (horenie sviečok alebo dreva uvoľňuje nielen oxid uhličitý ale aj neúplne oxidované medziprodukty spaľovania vrátane etylénu). V roku 1864 sa zistilo, že zemný plyn unikajúci z pouličných lámp spôsobuje spomalenie rastu okolitých rastlín, ich krútenie, abnormálne zhrubnutie stoniek a koreňov a zrýchlenie dozrievania plodov. V roku 1901 ruský vedec Dmitrij Nelyubov ukázal, že aktívnou zložkou zemného plynu, ktorá spôsobuje tieto zmeny, nie je jeho hlavná zložka, metán, ale etylén v ňom prítomný v malých množstvách. Neskôr v roku 1917 Sarah Dubt dokázala, že etylén stimuluje predčasné opadávanie listov. Až v roku 1934 však Gein zistil, že samotné rastliny syntetizujú endogénny etylén. . V roku 1935 Crocker navrhol, že etylén je rastlinný hormón zodpovedný za fyziologickú reguláciu dozrievania ovocia, ako aj za starnutie vegetatívnych tkanív rastliny, padanie listov a inhibíciu rastu.

Cyklus biosyntézy etylénu začína premenou aminokyseliny metionínu na S-adenosylmetionín (SAMe) enzýmom metionín adenozyltransferázou. Potom sa S-adenosyl-metionín premení na kyselinu 1-aminocyklopropán-1-karboxylovú (ACA, ACC) použitím enzýmu 1-aminocyklopropán-1-karboxylátsyntetázy (ACC syntetázy). Aktivita ACC syntetázy obmedzuje rýchlosť celého cyklu, preto je regulácia aktivity tohto enzýmu kľúčová pri regulácii biosyntézy etylénu v rastlinách. Posledný krok v biosyntéze etylénu vyžaduje kyslík a prebieha pôsobením enzýmu aminocyklopropánkarboxylátoxidáza (ACC oxidáza), predtým známeho ako enzým tvoriaci etylén. Biosyntéza etylénu v rastlinách je indukovaná exogénnym aj endogénnym etylénom (pozitívna spätná väzba). Aktivita ACC syntetázy a tým aj tvorba etylénu sa tiež zvyšuje vysoké úrovne auxíny, najmä kyselina indoloctová a cytokiníny.

Etylénový signál v rastlinách je vnímaný najmenej piatimi rôznymi rodinami transmembránových receptorov, ktoré sú proteínovými dimérmi. Známy je najmä etylénový receptor ETR 1 v Arabidopsis ( Arabidopsis). Gény kódujúce etylénové receptory boli klonované v Arabidopsis a potom v paradajke. Etylénové receptory sú kódované viacerými génmi v genómoch Arabidopsis aj paradajok. Mutácie v ktorejkoľvek z génovej rodiny, ktorá pozostáva z piatich typov etylénových receptorov v Arabidopsis a najmenej šiestich typov receptorov v paradajke, môžu viesť k necitlivosti rastlín na etylén a poruchám v procesoch dozrievania, rastu a vädnutia. DNA sekvencie charakteristické pre gény etylénového receptora boli tiež nájdené v mnohých iných rastlinných druhoch. Navyše proteín viažuci etylén bol nájdený dokonca aj v cyanobaktériách.

Nepriaznivé vonkajšie faktory, ako je nedostatočný obsah kyslíka v atmosfére, povodeň, sucho, mráz, mechanické poškodenie (poranenie) rastliny, napadnutie patogénnymi mikroorganizmami, plesňami alebo hmyzom, môžu spôsobiť zvýšenú tvorbu etylénu v rastlinných pletivách. Takže napríklad počas povodne korene rastlín trpia prebytkom vody a nedostatkom kyslíka (hypoxia), čo vedie k biosyntéze kyseliny 1-aminocyklopropán-1-karboxylovej v nich. ACC je potom transportovaný po dráhach v stonkách až do listov a oxidovaný na etylén v listoch. Výsledný etylén prispieva k epinastickým pohybom, čo vedie k mechanickému striasaniu vody z listov, ako aj k vädnutiu a vypadávaniu listov, okvetných lístkov a plodov, čo umožňuje rastline súčasne sa zbaviť prebytočnej vody v tele a znížiť potrebu pre kyslík znížením celkovej hmoty tkanív.

Malé množstvá endogénneho etylénu sa tvoria aj v živočíšnych bunkách, vrátane ľudí, počas peroxidácie lipidov. Časť endogénneho etylénu sa potom oxiduje na etylénoxid, ktorý má schopnosť alkylovať DNA a proteíny vrátane hemoglobínu (tvorí špecifický adukt s N-terminálnym valínom hemoglobínu, N-hydroxyetyl-valínom). Endogénny etylénoxid môže tiež alkylovať guanínové bázy DNA, čo vedie k vytvoreniu 7-(2-hydroxyetyl)guanínového aduktu a je jedným z dôvodov prirodzeného rizika endogénnej karcinogenézy u všetkých živých bytostí. Endogénny etylénoxid je tiež mutagén. Na druhej strane existuje hypotéza, že ak by sa v tele nevytváralo malé množstvo endogénneho etylénu, a teda etylénoxidu, potom by rýchlosť spontánnych mutácií a teda aj rýchlosť evolúcie bola vysoká. nižšie.

Poznámky

1. DevanneyMichael T. Etylén(Angličtina) (nedostupný odkaz). SRI Consulting (september 2009). Archivované z originálu 18. júla 2010.
2. Etylén(Angličtina) (nedostupný odkaz). Správa WP. SRI Consulting (január 2010). Archivované z originálu 31. augusta 2010.
3. Plynovochromatografické meranie hmotnostných koncentrácií uhľovodíkov: metánu, etánu, etylénu, propánu, propylénu, butánu, alfa-butylénu, izopentánu vo vzduchu pracovného priestoru. Metodické pokyny. MUK 4.1.1306-03 (Schválené hlavným štátnym sanitárom Ruskej federácie 30. marca 2003)
4. "Rast a vývoj rastlín" V. V. Chub (neurčité) (nedostupný odkaz). Získané 21. januára 2007. Archivované z originálu 20. januára 2007.
5. „Odloženie straty ihly vianočného stromčeka“
6. Khomchenko G.P. §16.6. Etylén a jeho homológy// Chémia pre uchádzačov na vysoké školy. - 2. vyd. - M.: Vyššia škola, 1993. - S. 345. - 447 s. - ISBN 5-06-002965-4.
7. V. Sh. Feldblum. Dimerizácia a disproporcionácia olefínov. Moskva: Chémia, 1978
8. Lin, Z.; Zhong, S.; Grierson, D. (2009). „Nedávne pokroky vo výskume etylénu“. J. Exp. bot. 60 (12): 3311-36. DOI:10.1093/jxb/erp204. PMID.
9. Etylén a dozrievanie ovocia / J Plant Growth Regul (2007) 26:143-159 doi:10.1007/s00344-007-9002-y

Priemyselný spôsob získavania krakovania alkánu alkánu alkánu + alkénu s dlhším a dlhším uhlíkom uhlík uhlík uhlík uhlík uhlík reťazovým reťazcom príklad: t = C T = C 10 H 22 C 5 H 12 + C 5 H 10 C 10 H 22 C 5 H 12 + C 5 H 10 dekán pentán pentén dekán pentán pentén

LABORATÓRNY METÓDA ZÍSKANIA DEHYDROHALOGENÁCIE ODSTRÁŇTE HALOGÉN VODÍKU AKCIA ODSTRAŇTE HALOGÉN VODÍKA PRÍKLAD AKCIE: alkohol alkohol H H roztok H H roztok H-C-C-H + KOHH 2 C=CH 2 +KCl+H 2 O H Cl (chlóretán) chlóretylén H chlóretylén H chlóretylén

POLYMERIZAČNÁ REAKCIA Ide o proces spájania rovnakých molekúl do väčších. PRÍKLAD: n CH2 \u003d CH2 (-CH2-CH2-) n etylén polyetylén (monomér) (polymér) n - stupeň polymerizácie, ukazuje počet molekúl, ktoré zreagovali -CH2-CH2 - štruktúrna jednotka

Aplikácia etylénu Vlastnosť Príklad aplikácie 1. Polymerizácia Výroba polyetylénu, plastov 2. Halogenácia Výroba rozpúšťadiel 3. Hydrohalogenácia Na: lokálnu anestéziu, výrobu rozpúšťadiel, v poľnohospodárstve na dekontamináciu sýpok

Vlastnosť Príklad aplikácie 4. Hydratácia Výroba etylalkoholu používaného ako rozpúšťadlo, antiseptikum v medicíne, pri výrobe syntetického kaučuku 5. Oxidácia roztokom KMnO 4 Výroba nemrznúcej zmesi, brzdových kvapalín, pri výrobe plastov 6. Špeciálne vlastnosť etylénu: Etylén urýchľuje dozrievanie plodov

Potvrdenie

Etylén sa začal vo veľkej miere používať ako monomér pred druhou svetovou vojnou kvôli potrebe získať vysokokvalitný izolačný materiál, ktorý by mohol nahradiť polyvinylchlorid. Po vyvinutí metódy polymerizácie etylénu pod vysokým tlakom a štúdiu dielektrických vlastností výsledného polyetylénu sa začala jeho výroba najskôr v Spojenom kráľovstve a neskôr v ďalších krajinách.

Hlavnou priemyselnou metódou výroby etylénu je pyrolýza kvapalných ropných destilátov alebo nižšie nasýtených uhľovodíkov. Reakcia sa uskutočňuje v rúrových peciach pri +800-950 °C a tlaku 0,3 MPa. Keď sa ako surovina použije primárny benzín, výťažok etylénu je približne 30 %. Súčasne s etylénom vzniká aj značné množstvo kvapalných uhľovodíkov vrátane aromatických. Počas pyrolýzy plynového oleja je výťažok etylénu približne 15-25%. Najvyšší výťažok etylénu – až 50 % – sa dosiahne, keď sa ako suroviny použijú nasýtené uhľovodíky: etán, propán a bután. Ich pyrolýza sa uskutočňuje v prítomnosti pary.

Po uvoľnení z výroby, počas operácií účtovania komodít, pri kontrole súladu s regulačnou a technickou dokumentáciou sa vzorky etylénu odoberajú podľa postupu opísaného v GOST 24975.0-89 „Etylén a propylén. Metódy odberu vzoriek“. Odber vzoriek etylénu sa môže vykonávať v plynnej aj skvapalnenej forme v špeciálnych vzorkovačoch v súlade s GOST 14921.

Etylén vyrábaný priemyselne v Rusku musí spĺňať požiadavky stanovené v GOST 25070-2013 „Etylén. Technické údaje".

Výrobná štruktúra

V súčasnosti v štruktúre výroby etylénu 64% pripadá na veľkotonážne pyrolýzne zariadenia, ~17% - na malotonážne plynové pyrolýzne zariadenia, ~11% je benzínová pyrolýza a 8% pripadá na etánovú pyrolýzu.

Aplikácia

Etylén je hlavným produktom základnej organickej syntézy a používa sa na získanie nasledujúcich zlúčenín (uvedených v abecednom poradí):

• Dichlóretán / vinylchlorid (3. miesto, 12 % z celkového objemu);
• Etylénoxid (2. miesto, 14-15% z celkového objemu);
• Polyetylén (1. miesto, do 60% z celkového objemu);

Etylén zmiešaný s kyslíkom sa používal v medicíne na anestéziu až do polovice 80. rokov 20. storočia v ZSSR a na Blízkom východe. Etylén je fytohormón takmer vo všetkých rastlinách, okrem iného je zodpovedný za opadávanie ihličia ihličnanov.

Elektronická a priestorová štruktúra molekuly

Atómy uhlíka sú v druhom valenčnom stave (hybridizácia sp 2). V dôsledku toho sa v rovine vytvoria tri hybridné oblaky pod uhlom 120°, ktoré tvoria tri σ-väzby s uhlíkom a dvoma atómami vodíka; p-elektrón, ktorý sa nezúčastnil hybridizácie, tvorí π-väzbu s p-elektrónom susedného atómu uhlíka v kolmej rovine. To vytvára dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka. Molekula má rovinnú štruktúru.

Základné chemické vlastnosti

Etylén je chemicky aktívna látka. Keďže medzi atómami uhlíka v molekule je dvojitá väzba, jedna z nich, menej pevná, sa ľahko rozbije a v mieste prerušenia väzby sa molekuly spoja, oxidujú a polymerizujú.

• Halogenácia:

• Hydrogenácia:

• Hydrohalogenácia:

• Hydratácia:

• Oxidácia:

• Spaľovanie:

• Polymerizácia (získanie polyetylénu):

Biologická úloha

Medzi najznámejšie funkcie etylénu patrí rozvoj takzvanej trojitej odozvy u etiolovaných (pestovaných v tme) semenáčikov po liečbe týmto hormónom. Trojitá odpoveď zahŕňa tri reakcie: skrátenie a zhrubnutie hypokotylu, skrátenie koreňa a zosilnenie apikálneho háku (prudký ohyb v hornej časti hypokotylu). Reakcia sadeníc na etylén je mimoriadne dôležitá v prvých fázach ich vývoja, pretože prispieva k prenikaniu sadeníc smerom k svetlu.

Komerčný zber ovocia a ovocia využíva špeciálne miestnosti alebo komory na dozrievanie ovocia, do ktorých sa vstrekuje etylén zo špeciálnych katalytických generátorov, ktoré z tekutého etanolu vyrábajú plynný etylén. Zvyčajne na stimuláciu dozrievania ovocia je koncentrácia plynného etylénu v atmosfére komory od 500 do 2000 ppm počas 24-48 hodín. Pri vyššej teplote vzduchu a vyššej koncentrácii etylénu vo vzduchu je dozrievanie plodov rýchlejšie. Je však dôležité zabezpečiť kontrolu obsahu oxidu uhličitého v atmosfére komory, pretože vysokoteplotné zrenie (pri teplotách nad 20 stupňov Celzia) alebo zrenie pri vysokej koncentrácii etylénu vo vzduchu v komore vedie k prudké zvýšenie uvoľňovania oxidu uhličitého pri rýchlo dozrievajúcich plodoch, niekedy až o 10% oxidu uhličitého vo vzduchu po 24 hodinách od začiatku dozrievania, čo môže viesť k otrave oxidom uhličitým u oboch pracovníkov, ktorí zbierajú už dozreté plody, a samotné ovocie.

Etylén sa používa na stimuláciu dozrievania ovocia už od starovekého Egypta. Starí Egypťania zámerne škrabali alebo mierne drvili datle, figy a iné ovocie, aby stimulovali ich dozrievanie (poškodenie tkaniva stimuluje tvorbu etylénu v rastlinných tkanivách). Starí Číňania pálili v interiéri drevené vonné tyčinky alebo vonné sviečky na stimuláciu dozrievania broskýň (pri spaľovaní sviečok alebo dreva sa uvoľňuje nielen oxid uhličitý, ale aj neúplne oxidované medziprodukty spaľovania vrátane etylénu). V roku 1864 sa zistilo, že zemný plyn unikajúci z pouličných lámp spôsobuje spomalenie rastu okolitých rastlín, ich krútenie, abnormálne zhrubnutie stoniek a koreňov a zrýchlenie dozrievania plodov. V roku 1901 ruský vedec Dmitrij Nelyubov ukázal, že aktívnou zložkou zemného plynu, ktorá spôsobuje tieto zmeny, nie je jeho hlavná zložka, metán, ale etylén v ňom prítomný v malých množstvách. Neskôr v roku 1917 Sarah Dubt dokázala, že etylén stimuluje predčasné opadávanie listov. Až v roku 1934 však Gein zistil, že samotné rastliny syntetizujú endogénny etylén. . V roku 1935 Crocker navrhol, že etylén je rastlinný hormón zodpovedný za fyziologickú reguláciu dozrievania ovocia, ako aj za starnutie vegetatívnych tkanív rastliny, padanie listov a inhibíciu rastu.

Mladý cyklus

Cyklus biosyntézy etylénu začína premenou aminokyseliny metionínu na S-adenosylmetionín (SAMe) enzýmom metionín adenozyltransferázou. Potom sa S-adenosyl-metionín premení na kyselinu 1-aminocyklopropán-1-karboxylovú (ACA, ACC) použitím enzýmu 1-aminocyklopropán-1-karboxylátsyntetázy (ACC syntetázy). Aktivita ACC syntetázy obmedzuje rýchlosť celého cyklu, preto je regulácia aktivity tohto enzýmu kľúčová pri regulácii biosyntézy etylénu v rastlinách. Posledný krok v biosyntéze etylénu vyžaduje kyslík a prebieha pôsobením enzýmu aminocyklopropánkarboxylátoxidáza (ACC oxidáza), predtým známeho ako enzým tvoriaci etylén. Biosyntéza etylénu v rastlinách je indukovaná exogénnym aj endogénnym etylénom (pozitívna spätná väzba). Aktivita ACC syntetázy a tým aj tvorba etylénu sa zvyšuje aj pri vysokých hladinách auxínov, najmä kyseliny indoloctovej, a cytokinínov.

Etylénový signál v rastlinách je vnímaný najmenej piatimi rôznymi rodinami transmembránových receptorov, ktoré sú proteínovými dimérmi. Známy je najmä etylénový receptor ETR 1 v Arabidopsis ( Arabidopsis). Gény kódujúce etylénové receptory boli klonované v Arabidopsis a potom v paradajke. Etylénové receptory sú kódované viacerými génmi v genómoch Arabidopsis aj paradajok. Mutácie v ktorejkoľvek z génovej rodiny, ktorá pozostáva z piatich typov etylénových receptorov v Arabidopsis a najmenej šiestich typov receptorov v paradajke, môžu viesť k necitlivosti rastlín na etylén a poruchám v procesoch dozrievania, rastu a vädnutia. DNA sekvencie charakteristické pre gény etylénového receptora boli tiež nájdené v mnohých iných rastlinných druhoch. Navyše proteín viažuci etylén bol nájdený dokonca aj v cyanobaktériách.

Nepriaznivé vonkajšie faktory, ako je nedostatočný obsah kyslíka v atmosfére, povodeň, sucho, mráz, mechanické poškodenie (poranenie) rastliny, napadnutie patogénnymi mikroorganizmami, plesňami alebo hmyzom, môžu spôsobiť zvýšenú tvorbu etylénu v rastlinných pletivách. Takže napríklad počas povodne korene rastlín trpia prebytkom vody a nedostatkom kyslíka (hypoxia), čo vedie k biosyntéze kyseliny 1-aminocyklopropán-1-karboxylovej v nich. ACC je potom transportovaný po dráhach v stonkách až do listov a oxidovaný na etylén v listoch. Výsledný etylén prispieva k epinastickým pohybom, čo vedie k mechanickému striasaniu vody z listov, ako aj k vädnutiu a vypadávaniu listov, okvetných lístkov a plodov, čo umožňuje rastline súčasne sa zbaviť prebytočnej vody v tele a znížiť potrebu pre kyslík znížením celkovej hmoty tkanív.

Malé množstvá endogénneho etylénu sa tvoria aj v živočíšnych bunkách, vrátane ľudí, počas peroxidácie lipidov. Časť endogénneho etylénu sa potom oxiduje na etylénoxid, ktorý má schopnosť alkylovať DNA a proteíny vrátane hemoglobínu (tvorí špecifický adukt s N-terminálnym valínom hemoglobínu, N-hydroxyetyl-valínom). Endogénny etylénoxid môže tiež alkylovať guanínové bázy DNA, čo vedie k vytvoreniu 7-(2-hydroxyetyl)guanínového aduktu a je jedným z dôvodov prirodzeného rizika endogénnej karcinogenézy u všetkých živých bytostí. Endogénny etylénoxid je tiež mutagén. Na druhej strane existuje hypotéza, že ak by sa v tele nevytváralo malé množstvo endogénneho etylénu, a teda etylénoxidu, potom by rýchlosť spontánnych mutácií a teda aj rýchlosť evolúcie bola vysoká. nižšie.

Poznámky

1. DevanneyMichael T. Etylén(Angličtina) (nedostupný odkaz). SRI Consulting (september 2009). Archivované z originálu 18. júla 2010.
2. Etylén(Angličtina) (nedostupný odkaz). Správa WP. SRI Consulting (január 2010). Archivované z originálu 31. augusta 2010.
3. Plynovochromatografické meranie hmotnostných koncentrácií uhľovodíkov: metánu, etánu, etylénu, propánu, propylénu, butánu, alfa-butylénu, izopentánu vo vzduchu pracovného priestoru. Metodické pokyny. MUK 4.1.1306-03 (Schválené hlavným štátnym sanitárom Ruskej federácie 30. marca 2003)
4. "Rast a vývoj rastlín" V. V. Chub (neurčité) (nedostupný odkaz). Získané 21. januára 2007. Archivované z originálu 20. januára 2007.
5. „Odloženie straty ihly vianočného stromčeka“
6. Khomchenko G.P. §16.6. Etylén a jeho homológy// Chémia pre uchádzačov na vysoké školy. - 2. vyd. - M.: Vyššia škola, 1993. - S. 345. - 447 s. - ISBN 5-06-002965-4.
7. V. Sh. Feldblum. Dimerizácia a disproporcionácia olefínov. Moskva: Chémia, 1978
8. Lin, Z.; Zhong, S.; Grierson, D. (2009). „Nedávne pokroky vo výskume etylénu“. J. Exp. bot. 60 (12): 3311-36. DOI:10.1093/jxb/erp204. PMID.
9. Etylén a dozrievanie ovocia / J Plant Growth Regul (2007) 26:143-159 doi:10.1007/s00344-007-9002-y
10. Lutová L.A. Genetika vývoja rastlín / vyd. S.G. Inge-Vechtomov. - 2. vydanie - Petrohrad: N-L, 2010. - S. 432.
11. . ne-postharvest.com Archivované 14. septembra 2010 na Wayback Machine
12. Nelyubov D. N. (1901). „O horizontálnej nutácii v Pisum sativum a niektorých ďalších rastlinách“. Zborník Prírodovednej spoločnosti v Petrohrade. 31 (1). , tiež Beihefte zum „Bot. Centralblatt, zväzok X, 1901