Ethylenglykol

Rozbalit box

Obsah boxu

Ethylenglykol (systematický název ethan-1,2-diol) je organická sloučenina, která patří mezi dioly (dvojsytné alkoholy). Za normálních podmínek se jedná o bezbarvou, viskózní kapalinu bez zápachu, se sladkou chutí. Je plně mísitelný s vodou a mnoha organickými rozpouštědly. Jeho hlavní využití spočívá v výrobě polyesterových vláken a jako klíčová složka nemrznoucích směsí (např. pod obchodním názvem Fridex) a chladicích kapalin. Přestože je velmi užitečný, je také vysoce toxický při požití, což představuje značné zdravotní riziko.

📜 Historie

Ethylenglykol poprvé připravil v roce 1859 francouzský chemik Charles-Adolphe Wurtz. Získal jej reakcí 1,2-dibromethanu s octanem stříbrným a následnou hydrolýzou vzniklého ethylenglykoldiacetátu. Wurtz pojmenoval novou sloučeninu "glykol", protože sdílela vlastnosti jak s ethanolem (jeden hydroxyl), tak s glycerolem (tři hydroxyly).

Až do první světové války neměl ethylenglykol širší komerční využití. V Německu se během války začal vyrábět jako náhrada za glycerol při výrobě výbušnin. V USA byla komerční výroba zahájena v roce 1917 prostřednictvím ethylenchlorhydrinu. První velká továrna byla postavena v roce 1925 v South Charlestonu v Západní Virginii společností Carbide and Carbon Chemicals Co. (později Union Carbide). Od roku 1929 byl ethylenglykol využíván téměř všemi výrobci dynamitu. Jeho masové rozšíření jako nemrznoucí směsi pro automobily nastalo ve 30. letech 20. století, kdy nahradil do té doby používaný a korozivní methanol.

⚙️ Výroba

Průmyslově se ethylenglykol vyrábí téměř výhradně z ethenu (ethylenu) přes meziprodukt ethylenoxid. Ethen reaguje s kyslíkem na stříbrném katalyzátoru za vysoké teploty a tlaku, čímž vzniká ethylenoxid.

Následně je ethylenoxid hydrolyzován na ethylenglykol. Tato reakce probíhá za přítomnosti velkého přebytku vody, aby se minimalizovala tvorba vedlejších produktů, jako jsou diethylenglykol, triethylenglykol a další polyethylenglykoly.

C₂H₄O + H₂O → HO−CH₂CH₂−OH

Reakce může být katalyzována kyselinami nebo zásadami, případně může probíhat za neutrálního pH při zvýšených teplotách. Nejvyšší výtěžky (kolem 90 %) se dosahují při kyselé nebo neutrální hydrolýze s velkým přebytkem vody.

🧪 Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Ethylenglykol je čirá, bezbarvá, sirupovitá kapalina se sladkou chutí. Je hygroskopický, což znamená, že pohlcuje vzdušnou vlhkost. Jeho vysoká viskozita je dána silnými vodíkovými můstky mezi molekulami.

Klíčovými vlastnostmi pro jeho hlavní využití jsou:

• Nízký bod tání: Čistý ethylenglykol mrzne při −12,9 °C.
• Vysoký bod varu: Vře až při 197,3 °C, což je výrazně více než voda.
• Mísitelnost s vodou: S vodou je mísitelný v jakémkoliv poměru. Směs vody a ethylenglykolu má výrazně nižší bod tuhnutí než samotná voda. Například směs obsahující 60 % ethylenglykolu a 40 % vody mrzne až při teplotě kolem −45 °C. Tento jev se nazývá kryoskopické snížení bodu tuhnutí.

Chemické vlastnosti

Jako diol má ethylenglykol dvě hydroxylové skupiny (-OH), které mu propůjčují reaktivitu typickou pro alkoholy. Může podléhat oxidaci, esterifikaci nebo tvorbě etherů.

Při oxidaci mohou vznikat různé produkty v závislosti na podmínkách, například glykolaldehyd, kyselina glykolová, kyselina glyoxalová, glyoxal a kyselina šťavelová. Právě tyto metabolity jsou zodpovědné za jeho toxicitu v lidském těle.

Nejvýznamnější chemickou reakcí z průmyslového hlediska je jeho polykondenzace s kyselinou tereftalovou (nebo jejím dimethylesterem), při které vzniká polyethylentereftalát (PET), klíčový plast pro výrobu nápojových lahví a textilních vláken.

🛠️ Využití

Více než polovina celosvětové produkce ethylenglykolu se spotřebuje na výrobu PET. Druhým největším segmentem je jeho použití v nemrznoucích směsích.

Nemrznoucí směsi a chladicí kapaliny

Díky svým vlastnostem je ethylenglykol ideální kapalinou pro přenos tepla. Používá se jako:

• Chladicí kapalina v automobilech: Směs s vodou (obvykle v poměru 1:1) cirkuluje v chladicím systému motoru. V zimě zabraňuje zamrznutí a roztržení chladiče, v létě zvyšuje bod varu chladicí směsi a zabraňuje tak jejímu "vyvaření" při vysokých provozních teplotách.
• Kapalina v systémech HVAC: Používá se v chladicích a topných systémech budov, na kluzištích nebo v systémech využívajících tepelná čerpadla.
• Odmrazovací kapalina: Směsi na bázi ethylenglykolu se používají k odstraňování námrazy z křídel a trupů letadel a z povrchu letištních drah.

Výroba polymerů

Ethylenglykol je klíčovým monomerem pro výrobu dvou významných polymerů:

• Polyethylentereftalát (PET): Vzniká reakcí s kyselinou tereftalovou. Tento polyester se masivně využívá na výrobu nápojových lahví, obalových fólií a syntetických textilních vláken (např. Dacron, Terylen).
• Polyethylenglykol (PEG): Vzniká polykondenzací samotného ethylenglykolu. PEG má široké využití v lékařství, farmacii a kosmetice.

Ostatní využití

• Hydraulické kapaliny: Je součástí některých brzdových a hydraulických kapalin.
• Výroba kondenzátorů: Používá se jako dielektrikum v některých typech elektrolytických kondenzátorů.
• Rozpouštědlo: Díky své schopnosti rozpouštět polární i nepolární látky se používá v barvách, lacích, inkoustech a čisticích prostředcích.
• Syntetický meziprodukt: Slouží jako výchozí látka pro syntézu dalších chemikálií, například dioxanu.

☣️ Toxicita a bezpečnost

Ethylenglykol je pro člověka a zvířata vysoce toxický. Jeho nebezpečí spočívá ve sladké chuti, která může lákat k náhodnému požití, zejména děti a domácí zvířata (především psy a kočky). Smrtelná dávka pro dospělého člověka se odhaduje na přibližně 1,4 ml na kilogram tělesné hmotnosti, což odpovídá zhruba 100 ml pro 70 kg vážící osobu.

Mechanismus otravy

Samotný ethylenglykol má relativně nízkou toxicitu, srovnatelnou s ethanolem. Problémem jsou jeho metabolity, které vznikají v játrech působením enzymu alkoholdehydrogenáza (ADH) a následně aldehyddehydrogenáza (ALDH).

Metabolická dráha: Ethylenglykol → Glykolaldehyd → Kyselina glykolová → Kyselina glyoxalová → Kyselina šťavelová

Hlavními toxickými látkami jsou: 1. Kyselina glykolová: Způsobuje těžkou metabolickou acidózu s vysokou aniontovou mezerou, která je hlavním zdrojem systémové toxicity. 2. Kyselina šťavelová: Reaguje s vápenatými ionty v krvi a tkáních za vzniku nerozpustných krystalů šťavelanu vápenatého. Tyto krystaly se usazují především v ledvinných tubulech, kde způsobují mechanické poškození a vedou k akutnímu selhání ledvin.

Příznaky otravy

Otrava ethylenglykolem probíhá typicky ve třech fázích: 1. Neurologická fáze (30 minut až 12 hodin po požití): Příznaky připomínají opilost ethanolem – euforie, nezřetelná řeč, ataxie (porucha koordinace pohybů). Na rozdíl od otravy alkoholem chybí typický zápach z dechu. Časté jsou nevolnost, zvracení a bolest břicha. 2. Kardiopulmonální fáze (12 až 24 hodin po požití): Rozvíjí se těžká metabolická acidóza. Pacient dýchá zrychleně a prohloubeně (Kussmaulovo dýchání), objevuje se tachykardie (zrychlený srdeční tep), hypertenze a může dojít k srdečnímu selhání a edému plic. 3. Renální fáze (24 až 72 hodin po požití): Dochází k akutnímu selhání ledvin v důsledku ucpání ledvinných kanálků krystaly šťavelanu vápenatého. Produkce moči klesá až se zcela zastaví (anurie). Bez léčby je tato fáze obvykle smrtelná.

Léčba

Léčba otravy ethylenglykolem je urgentní a musí být zahájena co nejdříve. Cílem je zabránit jeho metabolismu na toxické produkty.

• Podání antidota:

   * Fomepizol: Je specifickým a preferovaným antidotem. Jedná se o silný inhibitor enzymu alkoholdehydrogenázy, který blokuje první krok metabolismu ethylenglykolu.
   * Ethanol: Lze jej použít jako alternativu, pokud není fomepizol dostupný. Ethanol má vyšší afinitu k alkoholdehydrogenáze než ethylenglykol, takže enzym "zaměstná" a zabrání tak přeměně jedu. Podávání ethanolu je však náročnější, vyžaduje udržování přesné hladiny v krvi a má více vedlejších účinků.

• Hemodialýza: Je klíčovou součástí léčby. Účinně odstraňuje z krve jak samotný ethylenglykol, tak jeho toxické metabolity (zejména kyselinu glykolovou). Je indikována při těžké acidóze, selhání ledvin nebo vysoké koncentraci ethylenglykolu v krvi.
• Podpůrná péče: Zahrnuje korekci metabolické acidózy podáváním hydrogenuhličitanu sodného, úpravu elektrolytové rovnováhy a podávání thiaminu a pyridoxinu, které mohou pomoci odklonit metabolismus k méně toxickým produktům.

Prevence

V mnoha zemích je povinné přidávat do nemrznoucích směsí pro maloobchodní prodej silně hořkou látku, nejčastěji denatonium-benzoát (Bitrex). Tato látka má odradit od náhodného požití díky své extrémně nepříjemné chuti.

🌍 Dopad na životní prostředí

Ethylenglykol je ve vodě a půdě relativně rychle biologicky odbouratelný. Bakterie jej dokáží rozložit během několika dnů až týdnů. Při masivním úniku, například z průmyslového zařízení, však může dočasně spotřebovat velké množství rozpuštěného kyslíku ve vodě, což vede k úhynu ryb a dalších vodních organismů. Pro vodní život je toxický ve vyšších koncentracích. Je proto důležité s ním nakládat jako s nebezpečným odpadem a zabránit jeho úniku do kanalizace nebo životního prostředí.

🧑‍🔬 Pro laiky

• Co to je? Ethylenglykol je hustá, sirupovitá kapalina, která je na chuť sladká, ale je prudce jedovatá. Možná ji znáte pod obchodním názvem Fridex.
• K čemu je dobrá? Její hlavní úlohou je zabránit zamrzání vody. Proto se dává do chladicích systémů aut, aby v zimě motor nepopraskal mrazem a v létě se nepřehřál. Je také základní surovinou pro výrobu plastových PET lahví, ze kterých pijeme limonády.
• Proč je tak nebezpečná? Problém je v její sladké chuti, která může přilákat děti nebo zvířata. Po vypití se v těle začne měnit na jedovaté kyseliny a ostré krystalky. Tyto látky způsobí selhání ledvin a dalších orgánů. Otrava je velmi vážná a bez okamžité lékařské pomoci často končí smrtí. Proto se do nemrznoucích směsí přidává extrémně hořká látka, aby se předešlo náhodnému požití.

Šablona:Aktualizováno