Proprietà fisiche etilene:
L'etilene è un gas incolore con un debole odore, leggermente solubile in acqua, solubile in alcool e altamente solubile in etere etilico. Miscelato con l'aria forma una miscela esplosiva.
Proprietà chimiche dell'etilene:
L'etilene è caratterizzato da reazioni che procedono attraverso il meccanismo di addizione elettrofila, sostituzione radicalica, ossidazione, riduzione e polimerizzazione.
Alogenazione(addizione elettrofila) - l'interazione dell'etilene con gli alogeni, ad esempio con il bromo, in cui l'acqua di bromo si scolorisce:
CH2 = CH2 + Br2 = Br-CH2-CH2Br.
L'alogenazione dell'etilene è possibile anche quando riscaldato (300 ° C), in questo caso il doppio legame non si rompe - la reazione procede secondo il meccanismo di sostituzione radicale:
CH2 = CH2 + Cl2 → CH2 = CH-Cl + HCl.
Idroalogenazione - l'interazione dell'etilene con alogenuri di idrogeno (HCl, HBr) con la formazione di alcani alogenati:
CH2 = CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl.
L'idratazione è l'interazione dell'etilene con l'acqua presente acidi minerali(solforico, fosforico) con formazione di alcol monovalente saturo - etanolo:
CH2 = CH2 + H2O → CH3-CH2-OH.
Tra le reazioni di addizione elettrofila si distingue l'addizione acido ipocloroso(1), reazioni di idrossi- e alcossimemercurazione (2, 3) (produzione di composti organomercurici) e idroborazione (4):
CH2 = CH2 + HClO → CH2(OH)-CH2-Cl (1);
CH2 = CH2 + (CH3COO)2Hg + H2O → CH2(OH)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (2);
CH2 = CH2 + (CH3COO)2Hg + R-OH → R-CH2(OCH3)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (3);
CH2 = CH2 + BH3 → CH3-CH2-BH2 (4).
Le reazioni di addizione nucleofila sono tipiche dei derivati dell'etilene contenenti sostituenti che attraggono elettroni. Tra le reazioni di addizione nucleofila posto speciale occupato dalle reazioni di addizione di acido cianidrico, ammoniaca ed etanolo. Per esempio,
2ON-CH = CH2 + HCN →2ON-CH2-CH2-CN.
Durante le reazioni di ossidazione dell'etilene è possibile la formazione di vari prodotti e la composizione è determinata dalle condizioni di ossidazione. Pertanto, durante l'ossidazione dell'etilene in condizioni blande (l'agente ossidante è il permanganato di potassio), il legame π viene rotto e si forma un alcol diidrico, il glicole etilenico:
3CH2 = CH2 + 2KMnO4 +4H2O = 3CH2(OH)-CH2(OH) +2MnO2 + 2KOH.
Durante la grave ossidazione dell'etilene con una soluzione bollente di permanganato di potassio in un ambiente acido, si verifica la rottura completa del legame (legame σ) con la formazione di acido formico e anidride carbonica:
L'ossidazione dell'etilene con ossigeno a 200°C in presenza di CuCl2 e PdCl2 porta alla formazione di acetaldeide:
CH2 = CH2 +1/2O2 = CH3-CH = O.
Quando l'etilene viene ridotto, si forma l'etano, un membro della classe degli alcani. La reazione di riduzione (reazione di idrogenazione) dell'etilene procede mediante un meccanismo radicalico. La condizione affinché avvenga la reazione è la presenza di catalizzatori (Ni, Pd, Pt), nonché il riscaldamento della miscela di reazione:
CH2 = CH2 + H2 = CH3-CH3.
L'etilene subisce una reazione di polimerizzazione. La polimerizzazione è il processo di formazione di un composto ad alto peso molecolare - un polimero - combinandosi tra loro utilizzando le principali valenze delle molecole della sostanza originale a basso peso molecolare - il monomero. La polimerizzazione dell'etilene avviene sotto l'azione di acidi (meccanismo cationico) o radicali (meccanismo radicalico).
La struttura chimica è la sequenza delle combinazioni di atomi in una molecola e la loro disposizione nello spazio. Struttura chimica rappresentato utilizzando formule strutturali. Il trattino rappresenta un legame chimico covalente. Se la connessione è multipla: doppia, tripla, poi metti due (da non confondere con il segno “uguale”) o tre trattini. Gli angoli tra i legami sono rappresentati quando possibile.
Comporre correttamente formule di struttura materia organica, è necessario ricordare che gli atomi di carbonio formano 4 legami
(cioè la valenza del carbonio in base al numero di legami è pari a quattro. In chimica organica è la valenza in base al numero di legami ad essere utilizzata prevalentemente).
Metano(chiamato anche gas di palude) è costituito da un atomo di carbonio legato da legami covalenti a quattro atomi di idrogeno. Formula molecolare CH4. Formula strutturale:
H
l
H-C-H
l
H
L'angolo tra i legami nella molecola di metano è di circa 109°: si formano coppie di elettroni legami covalenti gli atomi di carbonio (al centro) con atomi di idrogeno si trovano nello spazio alla massima distanza l'uno dall'altro.
Nelle classi 10-11 si apprende che la molecola di metano ha la forma di una piramide triangolare - un tetraedro, come le famose piramidi egiziane.
Etilene C 2 H 4 contiene due atomi di carbonio collegati da un doppio legame:
L'angolo tra i legami è di 120° (le coppie di elettroni si respingono e si trovano alla massima distanza l'una dall'altra). Gli atomi si trovano sullo stesso piano.
Se non rappresentiamo ciascun atomo di idrogeno separatamente, otteniamo la formula strutturale abbreviata:
Acetilene C 2 H 2 contiene un triplo legame:
H – C ≡ C – H
L'angolo tra i legami è di 180°, la molecola ha una forma lineare.
Quando brucia gli idrocarburi formano ossidi di carbonio (IV) e idrogeno, cioè anidride carbonica e acqua, e viene rilasciato molto calore:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
2C 2 H 2 + 5O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O (nell'equazione con l'acetilene, mettiamo il coefficiente 2 prima della formula dell'acetilene in modo che il numero di atomi di ossigeno sul lato destro sia pari)
Grande significato pratico Esso ha reazione di polimerizzazione etilene - composto elevato numero molecole per formare macromolecole polimeriche - polietilene. I legami tra le molecole si formano rompendo uno dei legami di un doppio legame. IN vista generale si può scrivere così:
nCH 2 = CH 2 → (- CH 2 – CH 2 -) n
dove n è il numero di molecole collegate, chiamato grado di polimerizzazione. La reazione avviene a pressione e temperatura elevate, in presenza di un catalizzatore.
Le pellicole per serre, le coperture per lattine, ecc. sono realizzate in polietilene.
Anche la formazione di benzene dall'acetilene è classificata come reazione di polimerizzazione.
Applicazioni tecniche dell'etilene e scala della sua produzione
SAMARA 2013
Esame sulla disciplina
Elenco delle fonti utilizzate
1. Codice fiscale Federazione Russa(seconda parte) del 5 agosto 2000 N 117-FZ (come modificato il 3 novembre 2010).
2. Sull'approvazione delle forme unificate di documentazione contabile primaria per la registrazione del lavoro e il suo pagamento: Risoluzione del Comitato statistico statale della Federazione Russa del 5 gennaio 2004 N 1.
3. Veshchunova N.L., Fomina L.F. Manuale di autoistruzione in materia contabile e fiscale - San Pietroburgo: Prospettiva, 2010. - 560 p.
4. Radchenko M.G. 1C: Azienda 8.1. Guida pratica per sviluppatori - San Pietroburgo: Peter, 2007. - 512 p.
5. 1C: Azienda 8.1. – M.: Ditta “1C”, 2008. – 430 p.
"Teoria dei processi chimici di sintesi organica"
Opzione n. 10
Viene eseguito da uno studente
3 portate, 2 gruppi …………..
_______________________
(firma)
Supervisore
La professoressa Nesterova T.N.
_______________________
(firma)
Lavoro protetto
"___"_____________2013
Grado________________
Incarico per test
"Analisi teorica del processo di produzione dell'etilene"
1. Revisionare la letteratura sulle aree di applicazione tecnica dell'etilene e la scala della sua produzione.
2. Esaminare la letteratura sui metodi per produrre etilene, metodi per il suo isolamento dal gas di contatto e prospettive di sviluppo tecnologico.
3. Corri a pieno analisi teorica processo selezionato per la produzione di etilene:
§ Stechiometria e calcoli dei materiali.
§ Analisi termochimiche per singola trasformazione e per il processo nel suo insieme.
§ Analisi termodinamica qualitativa e quantitativa per singole trasformazioni e per il processo nel suo insieme.
§ Analisi cinetica qualitativa e quantitativa per singole trasformazioni e per il processo nel suo insieme.
1. Revisione della letteratura……………….3
1.1. Applicazione tecnica dell'etilene e scala della sua produzione..………….................................. ..... ......................3
2. Metodi per la produzione dell'etilene, metodi per isolarlo dalle masse di reazione e prospettive di sviluppo tecnologico................................................................5
3. Analisi teorica completa del processo di produzione dell'etilene mediante pirolisi del propano………………………16
3.1. Stechiometria e calcoli dei materiali..……………........16
3.2. Analisi termochimica per singola trasformazione e per il processo nel suo complesso…………………16
3.3. Analisi termodinamica completa della produzione di etilene...23
3.4. Analisi cinetica completa del processo…………..………32
Riferimenti………….....................................................................38
Etilene(secondo la IUPAC: etene) - biologico composto chimico, descritto dalla formula C 2 H 4. È l'alchene più semplice ( olefina). L'etilene praticamente non si trova in natura. In condizioni normali è un gas infiammabile incolore con un debole odore. Il suo punto di ebollizione è -103,8˚С e il suo punto di congelamento è -169,5˚С Nell'aria brucia con una fiamma leggermente luminosa. Parzialmente solubile in acqua (25,6 ml in 100 ml di acqua a 0°C), etanolo (359 ml nelle stesse condizioni). È altamente solubile in dietil etere e idrocarburi. Contiene un doppio legame e quindi appartiene agli idrocarburi insaturi o insaturi.
L'etilene svolge un ruolo estremamente importante nell'industria ed è anche un fitormone.
L'etilene è una materia prima molto importante per la produzione di numerosi prodotti sintetici, in particolare alcol etilico, ossido di etilene (ossido di etilene), glicole etilenico (antigelo), ecc. È parzialmente utilizzato nella saldatura autogena al posto dell'acetilene.
In Italia nel 1957 furono prodotte 100mila tonnellate di etilene. La produzione di etilene in Germania prima della seconda guerra mondiale si basava su materie prime alimentari e prodotti per la lavorazione del carbone. In Germania nel 1943 furono prodotte circa 90mila tonnellate di etilene. Nel 1957 in Germania venivano prodotte 100mila tonnellate di etilene. Allo stesso tempo, c'è stata la tendenza a passare alle materie prime petrolifere. La produzione di etilene in Inghilterra, che nel 1957 ammontava a circa 250mila tonnellate, si basa sulla lavorazione delle materie prime petrolifere. In Francia nel 1957 furono prodotte 32mila tonnellate di etilene; I materiali di partenza sono gas di cokeria e prodotti di rodaggio di petrolio pesante. In Giappone nel 1957 furono prodotte circa 40mila tonnellate di etilene da materie prime petrolifere.
La produzione globale totale di etilene nel 2005 è stata di 107 milioni di tonnellate e continua a crescere del 4–6% all’anno. La fonte della produzione industriale di etilene è la pirolisi di varie materie prime idrocarburiche, ad esempio etano, propano, butano contenute nei gas associati dalla produzione di petrolio; da idrocarburi liquidi - frazioni a basso numero di ottano della distillazione diretta del petrolio. Così come la produzione mondiale totale di etilene nel 2008 ammontava a 113 milioni di tonnellate e continua a crescere del 2-3% annuo.
Tabella 1. Le più grandi aziende russe - produttori di etilene e propilene.
Nell'industria della sintesi organica pesante, i processi più diffusi per la lavorazione chimica dell'etilene sono i seguenti: polimerizzazione, ossidazione, ossosintesi, clorurazione, nitrazione, idratazione, telomerizzazione e alchilazione.
L'etilene fu ottenuto per la prima volta dal chimico tedesco Johann Becher nel 1680 dall'azione dell'olio di vetriolo sull'alcol del vino. Inizialmente veniva identificata con “aria infiammabile”, cioè con idrogeno. Successivamente, nel 1795, l’etilene fu ottenuto in modo simile dai chimici olandesi Deyman, Potts van Troostwyk, Bond e Lauerenburg e lo descrissero sotto il nome di “gas petrolio”, poiché scoprirono la capacità dell’etilene di aggiungere cloro per formare un gas oleoso liquido - cloruro di etilene (“petrolio olandese”).
Nell'industria vengono utilizzati vari processi per produrre etilene: pirolisi di paraffina leggera e pesante e idrocarburi naftenici, idrogenazione dell'acetilene, disidratazione dell'alcol etilico. Inoltre, l'etilene si ottiene come sottoprodotto durante il trattamento termico dei combustibili solidi, il cracking termico e catalitico del petrolio, ecc.
2.1 Pirolisi degli idrocarburi saturi
Il principale metodo industriale per la produzione di etilene è la scissione termica ad alta temperatura (pirolisi) degli idrocarburi saturi
A seconda del metodo di fornitura di calore, si distinguono i seguenti processi: a) pirolisi nei forni tubolari; b) pirolisi omogenea; c) pirolisi autotermica; d) con un liquido refrigerante solido.
C2H6 ↔C2H4 +H2 (III.1)
C3H8 ↔C2H4 +CH4 (III.2b)
C4H10 ↔2C2H4 +H2 (III.3b)
C4H10 ↔C2H4 +C2H6 (III.3g)
Diagrammi schematici e modalità vari processi pirolisi sono riportati nella tabella.
2.2 Idrogenazione catalitica dell'acetilene in etilene
È stato sviluppato un processo industriale per la produzione di etilene mediante idrogenazione dell'acetilene.
C2H2 +H2 ↔C2H4 +Qp
La temperatura di processo ottimale è 180-320°, a seconda dell'attività del catalizzatore.
Lo schema di installazione è mostrato in Fig. 1
L'acetilene ottenuto dal carburo di calcio (purezza 98-99%) viene compresso nel compressore 1 a 1,5-2 atm, raffreddato nel frigorifero 2 e pulito con un adsorbente solido (gel di alluminio) nell'adsorbitore 3 dal vapore d'olio, poiché quest'ultimo è un veleno per catalizzatore. L'idrogeno ottenuto dall'unità di separazione del gas (purezza 96-98%) viene compresso nel compressore 4, raffreddato nel frigorifero 5, essiccato e purificato dal vapore d'olio nell'adsorbitore 6. Il preriscaldamento dell'idrogeno e dell'acetilene viene effettuato utilizzando il calore delle reazioni sia in reattore 7 o in scambiatori di calore remoti. La temperatura ottimale nel reattore viene mantenuta automaticamente mediante una fornitura continua di acqua di raffreddamento allo scambiatore di calore tubolare del reattore.
Il processo di idrogenazione viene effettuato con eccessi significativi di idrogeno. L'idrogenazione dell'acetilene è quasi completa. Come catalizzatore viene utilizzato il palladio supportato su gel di silice. Il contenuto di palladio nel catalizzatore non supera
0,01% in peso La durata del funzionamento continuo del catalizzatore è di circa un anno.
2.3 Disidratazione dell'alcol etilico
Per ottenere quantità relativamente piccole di etilene (fino a 3000-5000 t/anno) si può utilizzare il metodo della disidratazione dell'alcol etilico. Nel 1955 negli Stati Uniti con questo metodo furono prodotte circa 15.000 tonnellate di etilene.
La reazione di disidratazione dell'etanolo può essere espressa dall'equazione:
Come catalizzatore vengono utilizzati ossido di alluminio attivato e composti di alluminio-silicio. Il processo viene effettuato a 300-400°.
Il diagramma di flusso del processo dell'unità di disidratazione è stato fornito in precedenza.
L'alcol etilico viene fornito dal contenitore 1 mediante la pompa 2 attraverso lo scambiatore di calore 3 al reattore 4. Il calore necessario viene fornito attraverso la parete del reattore tramite douteram o gas di combustione. I prodotti della reazione, costituiti da etilene, etere etilico, etanolo e acqua, passano attraverso lo scambiatore di calore 3 e il condensatore 5, in cui vengono condensati acqua, etanolo ed etere etilico.
Nella colonna 6 la miscela è divisa in fase gassosa e liquida; la fase gassosa, costituita principalmente da etilene, viene inviata al consumatore attraverso sistemi di essiccazione e purificazione con adsorbenti solidi. Il liquido viene alimentato nella colonna 7 con un condensatore a riflusso 8, in cui viene separato nel prodotto superiore (una miscela di etanolo ed etere etilico) e nel prodotto inferiore (acqua). Il prodotto superiore viene alimentato nel reattore 4 e il prodotto inferiore viene alimentato nell'assorbitore 6 mediante la pompa 9. In questo caso si ottiene una conversione quasi completa dell'etanolo in etilene.
Il processo di produzione dell'etilene mediante disidratazione dell'etanolo sotto pressione è stato studiato sperimentalmente. L'etanolo è stato fornito all'impianto pilota da una pompa ad una pressione di 33 atm attraverso un reattore riempito con ossido di alluminio attivato. L'aumento della pressione è dovuto alla necessità di aumentare la temperatura a 425°. La resa in etilene raggiunse il 95% con una purezza del prodotto risultante pari al 99%.
2.4 Produzione di etilene da gas di raffineria
I gas derivanti dal cracking termico e catalitico degli oli contengono il 2–2,5% di etilene. La quantità di etilene prodotto dal cracking termico non supera lo 0,15% del totale. per materie prime lavorate e cracking catalitico - 0,45%. Pertanto, solitamente un impianto di separazione gas per la produzione di etilene opera su materie prime che sono una miscela di gas di cracking e gas di pirolisi di alcuni componenti dello stesso gas di cracking (etano, propano, propilene e talvolta butano). Lo schema per la produzione di etilene da tali gas è mostrato di seguito nello schema a blocchi, b. I gas della raffineria di petrolio vengono sottoposti a un sistema di purificazione e inviati alla compressione e al pre-essiccamento. Prima della compressione, a questo flusso vengono aggiunti gas di pirolisi contenenti fino al 30-35% in volume. Etilene. Dopo la compressione, la separazione preliminare degli idrocarburi pesanti e l'essiccazione profonda, la miscela viene avviata alla separazione dei gas. Il prodotto target della separazione del gas è l'etilene, talvolta propilene e miscele butano-butilene, e gli idrocarburi saturi - etano e propano - vengono restituiti all'unità di pirolisi.
Una delle principali materie prime per la produzione di etilene sono i gas naturali.
Un diagramma di flusso del processo per la produzione di etilene da gas naturali è mostrato nel diagramma A:
Contiene un doppio legame e quindi appartiene agli idrocarburi insaturi o insaturi. Svolge un ruolo estremamente importante nell'industria ed è anche un fitormone. L'etilene è il più prodotto composto organico nel mondo ; La produzione globale totale di etilene nel 2008 è stata di 113 milioni di tonnellate e continua a crescere del 2-3% all'anno. L'etilene ha un effetto narcotico. Classe di pericolo - quarta.
Ricevuta
L'etilene iniziò ad essere ampiamente utilizzato come monomero prima della seconda guerra mondiale a causa della necessità di ottenere un materiale isolante di alta qualità che potesse sostituire il cloruro di polivinile. Dopo aver sviluppato un metodo per polimerizzare l'etilene ad alta pressione e aver studiato le proprietà dielettriche del polietilene risultante, è iniziata la sua produzione, prima nel Regno Unito e successivamente in altri paesi.
Il principale metodo industriale per la produzione di etilene è la pirolisi di distillati di petrolio liquidi o idrocarburi a bassa saturazione. La reazione viene condotta in forni tubolari a +800-950 °C e ad una pressione di 0,3 MPa. Quando si utilizza benzina di prima distillazione come materia prima, la resa di etilene è di circa il 30%. Contemporaneamente all'etilene si forma anche una quantità significativa di idrocarburi liquidi, compresi quelli aromatici. Quando si pirolizza il gasolio, la resa di etilene è di circa il 15-25%. La resa di etilene più elevata, fino al 50%, si ottiene utilizzando idrocarburi saturi come materie prime: etano, propano e butano. La loro pirolisi viene effettuata in presenza di vapore acqueo.
All'uscita dalla produzione, durante le operazioni di contabilità delle materie prime, durante la verifica della conformità con la documentazione normativa e tecnica, i campioni di etilene vengono prelevati secondo la procedura descritta in GOST 24975.0-89 “Etilene e propilene. Metodi di campionamento." I campioni di etilene possono essere prelevati sia in forma gassosa che liquefatta utilizzando campionatori speciali in conformità con GOST 14921.
L'etilene prodotto industrialmente in Russia deve soddisfare i requisiti stabiliti nella norma GOST 25070-2013 “Etilene. Condizioni tecniche".
Struttura produttiva
Attualmente, nella struttura della produzione di etilene, il 64% proviene da unità di pirolisi su larga scala, circa il 17% da unità di pirolisi di gas su piccola scala, circa l'11% dalla pirolisi di benzina e l'8% dalla pirolisi di etano.
Applicazione
L'etilene è il prodotto principale della sintesi organica di base e viene utilizzato per produrre i seguenti composti (elencati in ordine alfabetico):
- Dicloroetano/cloruro di vinile (3° classificato, 12% del volume totale);
- Ossido di etilene (2° posto, 14-15% del volume totale);
- Polietilene (1° posto, fino al 60% del volume totale);
L'etilene mescolato con l'ossigeno è stato utilizzato in medicina per l'anestesia fino alla metà degli anni '80 nell'URSS e nel Medio Oriente. L'etilene è un fitormone presente in quasi tutte le piante, è tra l'altro responsabile della caduta degli aghi nelle conifere;
Struttura elettronica e spaziale della molecola
Gli atomi di carbonio si trovano nel secondo stato di valenza (ibridazione sp 2). Di conseguenza, su un piano con un angolo di 120° si formano tre nubi ibride, che formano tre legami σ con atomi di carbonio e due di idrogeno; L'elettrone p, che non ha partecipato all'ibridazione, si forma perpendicolare al piano legame π con l’elettrone p di un atomo di carbonio vicino. Questo forma un doppio legame tra gli atomi di carbonio. La molecola ha una struttura planare.
Proprietà chimiche fondamentali
L'etilene è una sostanza chimicamente attiva. Poiché nella molecola tra gli atomi di carbonio c'è doppio legame, quindi uno di essi, meno forte, si rompe facilmente e nel punto in cui il legame si rompe si verificano l'attaccamento, l'ossidazione e la polimerizzazione delle molecole.
- Alogenazione:
- Idrogenazione:
- Idroalogenazione:
- Idratazione:
- Ossidazione:
- Combustione:
- Polimerizzazione (produzione di polietilene):
Ruolo biologico
Tra i più funzioni conosciute L'etilene si riferisce allo sviluppo della cosiddetta tripla risposta nelle piantine eziolate (coltivate al buio) quando trattate con questo ormone. La tripla risposta comprende tre reazioni: accorciamento e ispessimento dell'ipocotilo, accorciamento della radice e rafforzamento dell'uncino apicale (forte flessione della parte superiore dell'ipocotilo). La risposta delle piantine all'etilene è estremamente importante nelle prime fasi del loro sviluppo, poiché favorisce la penetrazione delle piantine verso la luce.
La raccolta commerciale di frutta e frutta utilizza stanze o camere speciali per la maturazione della frutta, nell'atmosfera della quale l'etilene viene iniettato da speciali generatori catalitici che producono gas etilene da etanolo liquido. Tipicamente, per stimolare la maturazione dei frutti, viene utilizzata una concentrazione di gas etilene nell'atmosfera della camera compresa tra 500 e 2000 ppm per 24-48 ore. A temperature dell'aria più elevate e concentrazioni più elevate di etilene nell'aria, la maturazione dei frutti avviene più velocemente. È importante, tuttavia, garantire il controllo del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera della camera, poiché la maturazione ad alta temperatura (a temperature superiori a 20 gradi Celsius) o la maturazione con un'elevata concentrazione di etilene nell'aria della camera porta a un forte aumento del rilascio di anidride carbonica da parte dei frutti a maturazione rapida, a volte fino al 10% di anidride carbonica nell'aria 24 ore dopo l'inizio della maturazione, che può portare all'avvelenamento da anidride carbonica sia dei lavoratori che raccolgono i frutti già maturi che dei frutti. loro stessi.
Da allora l'etilene è stato utilizzato per stimolare la maturazione dei frutti Antico Egitto. Gli antichi egizi deliberatamente graffiavano o schiacciavano leggermente datteri, fichi e altri frutti per stimolarne la maturazione (il danno tissutale stimola la produzione di etilene da parte dei tessuti vegetali). Gli antichi cinesi bruciavano bastoncini di incenso di legno o candele profumate in ambienti chiusi per stimolare la maturazione delle pesche (quando bruciano candele o legna, non viene rilasciata solo anidride carbonica, ma anche prodotti di combustione intermedi sottoossidati, compreso l'etilene). Nel 1864 si scoprì che vi era una fuoriuscita di gas naturale lampioni provoca l'inibizione della crescita in lunghezza delle piante vicine, la loro torsione, un ispessimento anomalo di fusti e radici e una maturazione accelerata dei frutti. Nel 1901, lo scienziato russo Dmitry Nelyubov dimostrò che il componente attivo del gas naturale che provoca questi cambiamenti non è il suo componente principale, il metano, ma l'etilene presente in piccole quantità. Più tardi, nel 1917, Sarah Dubt dimostrò che l'etilene stimola la caduta prematura delle foglie. Tuttavia, fu solo nel 1934 che Hein scoprì che le piante stesse sintetizzano l'etilene endogeno. . Nel 1935, Crocker propose che l'etilene fosse un ormone vegetale responsabile della regolazione fisiologica della maturazione dei frutti, nonché della senescenza dei tessuti vegetativi delle piante, della caduta delle foglie e dell'inibizione della crescita.
Il ciclo di biosintesi dell'etilene inizia con la conversione dell'amminoacido metionina in S-adenosil-metionina (SAMe) ad opera dell'enzima metionina adenosiltransferasi. La S-adenosil-metionina viene quindi convertita in acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico (ACC, ACC) utilizzando l'enzima 1-amminociclopropano-1-carbossilato sintetasi (ACC sintetasi). L'attività dell'ACC sintetasi limita la velocità dell'intero ciclo, pertanto la regolazione dell'attività di questo enzima è fondamentale nella regolazione della biosintesi dell'etilene nelle piante. L'ultimo stadio della biosintesi dell'etilene richiede la presenza di ossigeno e avviene attraverso l'azione dell'enzima aminociclopropano carbossilato ossidasi (ACC ossidasi), precedentemente noto come enzima che forma l'etilene. La biosintesi dell'etilene nelle piante è indotta sia dall'etilene esogeno che da quello endogeno (feedback positivo). Aumenta anche l'attività dell'ACC sintetasi e, di conseguenza, la formazione di etilene livelli alti auxine, in particolare acido indolacetico, e citochinine.
Il segnale dell'etilene nelle piante è percepito da almeno cinque diverse famiglie di recettori transmembrana, che sono dimeri proteici. In particolare, il recettore dell'etilene ETR 1 è noto in Arabidopsis ( Arabidopsis). I geni che codificano per i recettori dell'etilene sono stati clonati da Arabidopsis e poi da pomodoro. I recettori dell'etilene sono codificati da più geni sia nel genoma dell'Arabidopsis che in quello del pomodoro. Mutazioni in uno qualsiasi dei geni della famiglia, che comprende cinque tipi di recettori dell'etilene nell'Arabidopsis e almeno sei tipi di recettori nel pomodoro, possono portare all'insensibilità delle piante all'etilene e a disturbi nella maturazione, crescita e avvizzimento delle piante. Sequenze di DNA caratteristiche dei geni dei recettori dell'etilene sono state trovate anche in molte altre specie vegetali. Inoltre, la proteina legante l’etilene è stata trovata anche nei cianobatteri.
Sfavorevole fattori esterni, come carenza di ossigeno nell'atmosfera, inondazioni, siccità, gelo, danni meccanici (ferite) alla pianta, attacco di microrganismi patogeni, funghi o insetti, possono causare un aumento della formazione di etilene nei tessuti vegetali. Ad esempio, durante l'inondazione, le radici delle piante soffrono di eccesso di acqua e mancanza di ossigeno (ipossia), che porta alla biosintesi dell'acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico in esse. L'ACC viene quindi trasportato lungo i percorsi degli steli fino alle foglie e nelle foglie viene ossidato in etilene. L'etilene risultante favorisce i movimenti epinastici, che portano allo scuotimento meccanico dell'acqua dalle foglie, nonché all'appassimento e alla caduta di foglie, petali di fiori e frutti, che consente alla pianta di eliminare contemporaneamente l'acqua in eccesso nel corpo e ridurre la necessità di ossigeno riducendo la massa totale dei tessuti.
Piccole quantità di etilene endogeno vengono prodotte anche nelle cellule animali, compreso l'uomo, durante la perossidazione lipidica. Una parte dell'etilene endogeno viene quindi ossidato in ossido di etilene, che ha la capacità di alchilare il DNA e le proteine, inclusa l'emoglobina (formando un addotto specifico con la valina N-terminale dell'emoglobina - N-idrossietil-valina). L'ossido di etilene endogeno può anche alchilare le basi guanina del DNA, il che porta alla formazione di un addotto 7-(2-idrossietil)-guanina ed è uno dei motivi del rischio intrinseco di carcinogenesi endogena in tutti gli esseri viventi. Anche l'ossido di etilene endogeno è un mutageno. D'altra parte, esiste l'ipotesi che se non fosse per la formazione di piccole quantità di etilene endogeno e, di conseguenza, di ossido di etilene nel corpo, il tasso di mutazioni spontanee e, di conseguenza, il tasso di evoluzione sarebbe molto più basso .
Appunti
- DevannyMichael T. Etilene(Inglese) . Consulenza SRI (settembre 2009). Archiviata dall'originale il 21 agosto 2011.
- Etilene(Inglese) . Rapporto WP. Consulenza SRI (gennaio 2010). Archiviata dall'originale il 21 agosto 2011.
- Misura gascromatografica delle concentrazioni in massa di idrocarburi: metano, etano, etilene, propano, propilene, butano, alfa-butilene, isopentano nell'aria dell'area di lavoro. Istruzioni metodiche. MUK 4.1.1306-03 (Approvato dal Capo Sanitario dello Stato della Federazione Russa il 30 marzo 2003)
- "Crescita e sviluppo delle piante" V. V. Chub (non definito) (collegamento non disponibile). Estratto il 21 gennaio 2007. Archiviato il 20 gennaio 2007.
- "Ritardare la perdita degli aghi dell'albero di Natale"
- Khomchenko G.P. §16.6. Etilene e suoi omologhi// Chimica per coloro che entrano nelle università. - 2a ed. - M.: Scuola Superiore, 1993. - P. 345. - 447 p. - ISBN 5-06-002965-4.
- V. Sh. Dimerizzazione e sproporzione delle olefine. M.: Chimica, 1978
- Lin, Z.; Zhong, S.; Grierson, D. (2009). "Recenti progressi nella ricerca sull'etilene." J.Esp. Bot. 60 (12): 3311-36. DOI:10.1093/jxb/erp204. PMID.
- Etilene e maturazione dei frutti / J Plant Growth Regul (2007) 26:143–159 doi:10.1007/s00344-007-9002-y (inglese)
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L'etilene iniziò ad essere ampiamente utilizzato come monomero prima della seconda guerra mondiale a causa della necessità di ottenere un materiale isolante di alta qualità che potesse sostituire il cloruro di polivinile. Dopo aver sviluppato un metodo per polimerizzare l'etilene ad alta pressione e aver studiato le proprietà dielettriche del polietilene risultante, è iniziata la sua produzione, prima nel Regno Unito e successivamente in altri paesi.
Il principale metodo industriale per la produzione di etilene è la pirolisi di distillati di petrolio liquidi o idrocarburi a bassa saturazione. La reazione viene condotta in forni tubolari a +800-950 °C e ad una pressione di 0,3 MPa. Quando si utilizza benzina di prima distillazione come materia prima, la resa di etilene è di circa il 30%. Contemporaneamente all'etilene si forma anche una quantità significativa di idrocarburi liquidi, compresi quelli aromatici. Quando si pirolizza il gasolio, la resa di etilene è di circa il 15-25%. La resa di etilene più elevata, fino al 50%, si ottiene utilizzando idrocarburi saturi come materie prime: etano, propano e butano. La loro pirolisi viene effettuata in presenza di vapore acqueo.
All'uscita dalla produzione, durante le operazioni di contabilità delle materie prime, durante la verifica della conformità con la documentazione normativa e tecnica, i campioni di etilene vengono prelevati secondo la procedura descritta in GOST 24975.0-89 “Etilene e propilene. Metodi di campionamento." I campioni di etilene possono essere prelevati sia in forma gassosa che liquefatta utilizzando campionatori speciali in conformità con GOST 14921.
L'etilene prodotto industrialmente in Russia deve soddisfare i requisiti stabiliti nella norma GOST 25070-2013 “Etilene. Condizioni tecniche".
Struttura produttiva
Attualmente, nella struttura della produzione di etilene, il 64% proviene da unità di pirolisi su larga scala, circa il 17% da unità di pirolisi di gas su piccola scala, circa l'11% dalla pirolisi di benzina e l'8% dalla pirolisi di etano.
Applicazione
L'etilene è il prodotto principale della sintesi organica di base e viene utilizzato per ottenere i seguenti composti (elencati in ordine alfabetico):
- Dicloroetano/cloruro di vinile (3° classificato, 12% del volume totale);
- Ossido di etilene (2° posto, 14-15% del volume totale);
- Polietilene (1° posto, fino al 60% del volume totale);
L'etilene mescolato con l'ossigeno è stato utilizzato in medicina per l'anestesia fino alla metà degli anni '80 nell'URSS e nel Medio Oriente. L'etilene è un fitormone presente in quasi tutte le piante, è tra l'altro responsabile della caduta degli aghi nelle conifere;
Struttura elettronica e spaziale della molecola
Gli atomi di carbonio si trovano nel secondo stato di valenza (ibridazione sp 2). Di conseguenza, su un piano con un angolo di 120° si formano tre nubi ibride, che formano tre legami σ con atomi di carbonio e due di idrogeno; L'elettrone p, che non ha partecipato all'ibridazione, forma un legame π sul piano perpendicolare con l'elettrone p dell'atomo di carbonio vicino. Questo crea un doppio legame tra gli atomi di carbonio. La molecola ha una struttura planare.
Canale 2 = Canale 2
Proprietà chimiche fondamentali
L'etilene è una sostanza chimicamente attiva. Poiché esiste un doppio legame tra gli atomi di carbonio nella molecola, uno di essi, che è meno forte, si rompe facilmente e nel punto della rottura del legame avviene l'attaccamento, l'ossidazione e la polimerizzazione delle molecole.
- Alogenazione:
- Idrogenazione:
- Idroalogenazione:
- Idratazione:
- Ossidazione:
- Combustione:
- Polimerizzazione (produzione di polietilene):
- Dimerizzazione (V. Sh. Feldblyum. Dimerizzazione e sproporzione delle olefine. M.: Khimiya, 1978)
Ruolo biologico
L'etilene è il primo ormone vegetale gassoso scoperto e ha una gamma molto ampia di effetti biologici. L'etilene svolge una serie di funzioni nel ciclo di vita delle piante, compreso il controllo dello sviluppo delle piantine, la maturazione dei frutti (in particolare i frutti), l'apertura dei boccioli (processo di fioritura), l'invecchiamento e la caduta di foglie e fiori. L'etilene è anche chiamato ormone dello stress, poiché è coinvolto nella risposta delle piante agli stress biotici e abiotici e la sua sintesi negli organi vegetali aumenta in risposta a vari tipi di danni. Inoltre, essendo una sostanza gassosa volatile, l'etilene effettua una rapida comunicazione tra i diversi organi vegetali e tra le piante di una popolazione, il che è importante. in particolare, con lo sviluppo della resistenza allo stress.
Tra le funzioni più note dell'etilene c'è lo sviluppo della cosiddetta tripla risposta nelle piantine eziolate (cresciute al buio) quando trattate con questo ormone. La tripla risposta comprende tre reazioni: accorciamento e ispessimento dell'ipocotilo, accorciamento della radice e rafforzamento dell'uncino apicale (forte flessione della parte superiore dell'ipocotilo). La risposta delle piantine all'etilene è estremamente importante nelle prime fasi del loro sviluppo, poiché favorisce la penetrazione delle piantine verso la luce.
Nella raccolta commerciale di frutta e verdura, vengono utilizzate stanze o camere speciali per la maturazione dei frutti, nell'atmosfera della quale l'etilene viene iniettato da speciali generatori catalitici che producono gas etilene da etanolo liquido. Tipicamente, per stimolare la maturazione dei frutti, viene utilizzata una concentrazione di gas etilene nell'atmosfera della camera compresa tra 500 e 2000 ppm per 24-48 ore. A temperature dell'aria più elevate e concentrazioni più elevate di etilene nell'aria, la maturazione dei frutti avviene più velocemente. È importante, tuttavia, garantire il controllo del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera della camera, poiché la maturazione ad alta temperatura (a temperature superiori a 20 gradi Celsius) o la maturazione con un'elevata concentrazione di etilene nell'aria della camera porta a un forte aumento del rilascio di anidride carbonica da parte dei frutti a maturazione rapida, a volte fino al 10% di anidride carbonica nell'aria 24 ore dopo l'inizio della maturazione, che può portare all'avvelenamento da anidride carbonica sia dei lavoratori che raccolgono i frutti già maturi che dei frutti. loro stessi.
L'etilene è stato utilizzato per stimolare la maturazione dei frutti fin dall'antico Egitto. Gli antichi egizi deliberatamente graffiavano o schiacciavano leggermente datteri, fichi e altri frutti per stimolarne la maturazione (il danno tissutale stimola la produzione di etilene da parte dei tessuti vegetali). Gli antichi cinesi bruciavano bastoncini di incenso di legno o candele profumate in ambienti chiusi per stimolare la maturazione delle pesche (quando bruciano candele o legna, non viene rilasciata solo anidride carbonica, ma anche prodotti di combustione intermedi sottoossidati, compreso l'etilene). Nel 1864, si scoprì che la fuoriuscita di gas naturale dai lampioni causava una rachitica lunghezza delle piante vicine, steli e radici contorti e ispessiti in modo anomalo e un'accelerazione della maturazione dei frutti. Nel 1901, lo scienziato russo Dmitry Nelyubov dimostrò che il componente attivo del gas naturale che provoca questi cambiamenti non è il suo componente principale, il metano, ma l'etilene presente in piccole quantità. Più tardi, nel 1917, Sarah Dubt dimostrò che l'etilene stimola la perdita prematura delle foglie. Tuttavia, fu solo nel 1934 che Hein scoprì che le piante stesse sintetizzano l'etilene endogeno. Nel 1935 Crocker propose che l'etilene fosse un ormone vegetale responsabile della regolazione fisiologica della maturazione dei frutti, nonché dell'invecchiamento dei tessuti vegetativi delle piante, della caduta delle foglie e dell'inibizione della crescita.
Il ciclo di biosintesi dell'etilene inizia con la conversione dell'amminoacido metionina in S-adenosil-metionina (SAMe) ad opera dell'enzima metionina adenosiltransferasi. La S-adenosil-metionina viene quindi convertita in acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico (ACC, ACC) utilizzando l'enzima 1-amminociclopropano-1-carbossilato sintetasi (ACC sintetasi). L'attività dell'ACC sintetasi limita la velocità dell'intero ciclo, pertanto la regolazione dell'attività di questo enzima è fondamentale nella regolazione della biosintesi dell'etilene nelle piante. L'ultimo stadio della biosintesi dell'etilene richiede la presenza di ossigeno e avviene attraverso l'azione dell'enzima aminociclopropano carbossilato ossidasi (ACC ossidasi), precedentemente noto come enzima che forma l'etilene. La biosintesi dell'etilene nelle piante è indotta sia dall'etilene esogeno che da quello endogeno (feedback positivo). L'attività dell'ACC sintetasi e, di conseguenza, la formazione di etilene aumenta anche ad alti livelli di auxine, in particolare acido indolacetico, e citochinine.
Il segnale dell'etilene nelle piante è percepito da almeno cinque diverse famiglie di recettori transmembrana, che sono dimeri proteici. In particolare, il recettore dell'etilene ETR 1 è noto in Arabidopsis ( Arabidopsis). I geni che codificano per i recettori dell'etilene sono stati clonati da Arabidopsis e poi da pomodoro. I recettori dell'etilene sono codificati da più geni sia nel genoma dell'Arabidopsis che in quello del pomodoro. Mutazioni in uno qualsiasi dei geni della famiglia, che comprende cinque tipi di recettori dell'etilene nell'Arabidopsis e almeno sei tipi di recettori nel pomodoro, possono portare all'insensibilità delle piante all'etilene e a disturbi nei processi di maturazione, crescita e avvizzimento. Sequenze di DNA caratteristiche dei geni dei recettori dell'etilene sono state trovate anche in molte altre specie vegetali. Inoltre, la proteina legante l’etilene è stata trovata anche nei cianobatteri.
Fattori esterni sfavorevoli, come carenza di ossigeno nell'atmosfera, inondazioni, siccità, gelo, danni meccanici (ferite) alla pianta, attacchi di microrganismi patogeni, funghi o insetti, possono causare una maggiore formazione di etilene nei tessuti vegetali. Ad esempio, durante l'inondazione, le radici delle piante soffrono di eccesso di acqua e mancanza di ossigeno (ipossia), che porta alla biosintesi dell'acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico in esse. L'ACC viene quindi trasportato lungo i percorsi degli steli fino alle foglie e nelle foglie viene ossidato in etilene. L'etilene risultante favorisce i movimenti epinastici, che portano allo scuotimento meccanico dell'acqua dalle foglie, nonché all'appassimento e alla caduta di foglie, petali di fiori e frutti, che consente alla pianta di eliminare contemporaneamente l'acqua in eccesso nel corpo e ridurre la necessità di ossigeno riducendo la massa totale dei tessuti.
Piccole quantità di etilene endogeno vengono prodotte anche nelle cellule animali, compreso l'uomo, durante la perossidazione lipidica. Una parte dell'etilene endogeno viene quindi ossidato in ossido di etilene, che ha la capacità di alchilare il DNA e le proteine, inclusa l'emoglobina (formando un addotto specifico con la valina N-terminale dell'emoglobina - N-idrossietil-valina). L'ossido di etilene endogeno può anche alchilare le basi guanina del DNA, il che porta alla formazione di un addotto 7-(2-idrossietil)-guanina, ed è uno dei motivi del rischio intrinseco di carcinogenesi endogena in tutti gli esseri viventi. Anche l'ossido di etilene endogeno è un mutageno. D'altra parte, esiste l'ipotesi che se non fosse per la formazione di piccole quantità di etilene endogeno e, di conseguenza, di ossido di etilene nel corpo, il tasso di mutazioni spontanee e, di conseguenza, il tasso di evoluzione sarebbe molto più basso .
Appunti
- DevannyMichael T. Etilene (inglese). Consulenza SRI (settembre 2009). Archiviata dall'originale il 21 agosto 2011.
- Etilene (inglese). Rapporto WP. Consulenza SRI (gennaio 2010). Archiviata dall'originale il 21 agosto 2011.
- Misura gascromatografica delle concentrazioni in massa di idrocarburi: metano, etano, etilene, propano, propilene, butano, alfa-butilene, isopentano nell'aria dell'area di lavoro. Istruzioni metodiche. MUK 4.1.1306-03 (Approvato dal Capo Medico Sanitario della RF 30/03/2003)
- “Crescita e sviluppo delle piante” V.V
- "Ritardare la perdita dell'ago dell'albero di Natale"
- Khomchenko G.P. §16.6. Etilene e suoi omologhi// Chimica per coloro che entrano nelle università. - 2a ed. - M.: Scuola Superiore, 1993. - P. 345. - 447 p. - ISBN 5-06-002965-4.
- Lin, Z.; Zhong, S.; Grierson, D. (2009). "Recenti progressi nella ricerca sull'etilene". J.Esp. Bot. 60 (12): 3311-36. DOI:10.1093/jxb/erp204. PMID.
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