Ossido di etilene: produzione, reazioni

L’ossido di etilene, anche detto ossirano, è un etere ciclico avente formula C₂H₄O. E’ il più semplice degli epossidi essendo costituito da un anello a tre termini in cui sono presenti due atomi di carbonio e un atomo di ossigeno. Si presenta gassoso a temperatura ambiente con odore dolciastro, è infiammabile, mutageno e irritante; per la sua particolare struttura dà reazioni di addizione con conseguente apertura dell’anello. L’ossido di etilene costituisce uno dei più importanti derivati dell’etene.

Produzione:

Il processo maggiormente diffuso per la sintesi dell’ossirano è basato sull’ossidazione dell’etilene con aria e ossigeno in presenza di un catalizzatore a base di argento:

La reazione deve essere condotta con un rigoroso controllo della temperatura che deve essere compresa tra 260 e 290 °C per limitare la reazione di combustione:

CH₂=CH₂ + 3 O₂ → 2 CO₂ + 2 H₂O

Questo processo, anche se consente di ottenere rese non elevate (∼ 70%) ha preso il sopravvento sulla sintesi che veniva adottata basata sulla clorurazione dell’etilene in soluzione acquosa seguita dall’idrolisi con idrossido di calcio secondo la reazione:

CH₂=CH₂ +  Cl₂  + H₂O → ClCH₂CH₂OH + HCl

2 ClCH₂CH₂OH + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2 H₂O + 2 C₂H₄O (ossido di etilene)

Tale sintesi, pur presentando il vantaggio di rese più elevate (85%) e di non richiedere etilene a elevata purezza, appare più svantaggiosa dell’ossidazione diretta, in quanto il cloro utilizzato in tale reazione presenta costi maggiori.

La produzione di ossido di etilene in laboratorio può essere fatta a partire dal 2-cloroetanolo secondo la reazione di Wurtz:

ClCH₂-CH₂-OH + NaOH → (CH₂CH₂)O + NaCl + H₂O

L’ossido di etilene reagisce con molti composti dando luogo all’apertura dell’anello: le reazioni con i nucleofili avvengono con meccanismo SN₂ sia in soluzione acida in presenza di deboli nucleofili ( acqua, alcol) sia in ambiente alcalino in presenza di nuceofili forti ( OH^–, RO^–, NH₃ ecc) secondo lo schema generale:

Reazioni

A causa dell’alta reattività dell’ossido di etilene si possono verificare numerose reazioni; solo alcune di queste vengono qui menzionate.

1)      Le soluzioni acquose di ossido di etilene sono piuttosto stabili, ma, in presenza di piccole quantità di acido, danno luogo alla rottura dell’anello con conseguente formazione di glicole etilenico secondo la reazione

(CH₂CH₂)O + H₂O → HO-CH₂CH₂-OH

Se alla soluzione acquosa di ossido di etilene viene aggiunta una base si forma il polietilenglicole:

n (CH₂CH₂)O + H₂O → HO-(-CH₂CH₂-O)_n-H

2)      L’ossido di etilene reagisce con gli alcoli per dare eteri glicolici:

(CH₂CH₂)O + C₂H₅OH → HO-CH₂CH₂-OC₂H₅

3)      L’ossido di etilene reagisce con le anidridi per dare esteri glicolici:

(CH₂CH₂)O + (CH₃CO)₂O → CH₃COO-CH₂CH₂-OCOCH₃

particolarmente usati nei detergenti, saponi liquidi e cosmetici

4)      L’ossido di etilene reagisce con ammoniaca per dare una miscela di mono-, di- e tri- etanolammine:

(CH₂CH₂)O + NH₃ → HO-CH₂CH₂-NH₂

2 (CH₂CH₂)O + NH₃ → (HO-CH₂CH₂)₂NH

3 (CH₂CH₂)O + NH₃ → (HO-CH₂CH₂)₃N

La reazione può essere condotta anche in presenza di ammine primarie e secondarie.

5)      L’ossido di etilene reagisce con acidi alogenidrici per formare aloidrine:

(CH₂CH₂)O + HCl → HO-CH₂CH₂-Cl

6)      L’ossido di etilene può essere ridotto a etanolo in presenza di un catalizzatore come Ni, Pt o Pd secondo la reazione:

(CH₂CH₂)O + H₂ → C₂H₅OH

7)      L’ossido di etilene può essere ossidato a acido glicolico in presenza di nitrato di argento

 secondo la reazione:

(CH₂CH₂)O + O₂ → HOCH₂COOH

 Dall’ossido di etilene si ottiene principalmente il glicole etilenico prodotto antigelo largamente nei prodotti antigelo.