एथोक्सिलेशन

एथोक्सिलेशन एक रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसमें इथिलीन ऑक्साइड एक सब्सट्रेट में जोड़ता है। यह सबसे व्यापक रूप से अभ्यास किया जाने वाला एल्कोक्सिलेशन है, जिसमें सबस्ट्रेट्स में एपॉक्साइड्स को सम्मिलित करना सम्मिलित है।

सामान्य अनुप्रयोग में, अल्कोहल (रसायन) और फिनोल को R (OC2H4)nOH में परिवर्तित कर दिया जाता है जहां n 1 से 10 तक होता है। ऐसे यौगिकों को अल्कोहल एथोक्सिलेट्स कहा जाता है। अल्कोहल एथोक्सिलेट्स को अधिकांश संबंधित प्रजातियों में परिवर्तित किया जाता है जिन्हें एथॉक्सीसल्फ़ेट्स कहा जाता है। अल्कोहल एथोक्सिलेट्स और एथॉक्सीसल्फ़ेट्स पृष्ठसक्रियकारक हैं, जो कॉस्मेटिक और अन्य वाणिज्यिक उत्पादों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। यह प्रक्रिया 1994 में संसार में उत्पादित 2,000,000 मीट्रिक टन से अधिक विभिन्न एथोक्सिलेट्स के साथ महान औद्योगिक महत्व की है।

उत्पादन
इस प्रक्रिया को 1930 के दशक के समय कॉनराड शॉलर और मैक्स विटवर् द्वारा आईजी फारबेन की लुडविगशाफेन प्रयोगशालाओं में विकसित किया गया था।

अल्कोहल एथोक्सिलेट्स
वसायुक्त शराब एथोक्सिलेट्स (एफएई) उत्पन्न करने के लिए मुख्य रूप से वसायुक्त अल्कोहल पर औद्योगिक एथोक्सिलेशन किया जाता है, जो नॉनऑनिक सर्फैक्टेंट (जैसे ऑक्टेथिलीन ग्लाइकोल मोनोडोडेसिल ईथर) का सामान्य रूप है। इस प्रकार के अल्कोहल को बीज के तेल से वसा अम्ल के हाइड्रोजनीकरण या शैल उच्च ओलेफ़िन प्रक्रिया में हाइड्रोफॉर्मिलेशन द्वारा द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (KOH) उत्प्रेरक के रूप में काम करते हुए, 180 °C पर और 1-2 बार (इकाई) दबाव में एथिलीन ऑक्साइड को अल्कोहल के माध्यम से प्रवाहित करके प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है। यह प्रक्रिया अत्यधिक एक्ज़ोथिर्मिक (एन्थैल्पी | ΔH -92 kJ/mol ऑफ़ एथिलीन ऑक्साइड रिएक्टेड) ​​है और संभावित विनाशकारी तापीय पलायन से बचने के लिए सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता है।


 * ROH + n C2H4O → R(OC2H4)nOH

प्रारंभिक पदार्थ सामान्यतः प्राथमिक शराब होती है क्योंकि वे द्वितीयक अल्कोहल की तुलना में 10–30× तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं।

सामान्यतः प्रत्येक अल्कोहल में एथिलीन ऑक्साइड की 5-10 इकाइयाँ मिलाई जाती हैं, हालांकि एथोक्सिलेटेड अल्कोहल प्रारंभिक अल्कोहल की तुलना में एथोक्सिलेशन के लिए अधिक प्रवण हो सकते हैं, जिससे प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना मुश्किल हो जाता है और अलग-अलग दोहराएँ इकाई लंबाई (उपरोक्त समीकरण में n का मान) के साथ एक उत्पाद का निर्माण होता है। अधिक परिष्कृत उत्प्रेरकों के उपयोग से बेहतर नियंत्रण प्राप्त किया जा सकता है, जिसका उपयोग संकीर्ण-श्रेणी के एथोक्सिलेट्स उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। यूएस ईपीए द्वारा एथोक्सिलेटेड अल्कोहल को उच्च उत्पादन मात्रा रसायन कार्यक्रम (एचपीवी) रसायन माना जाता है।

=एथोक्सिलेशन/प्रोपोक्सिलेशन= एथोक्सिलेशन को कभी-कभी प्रोपोक्सीलेशन के साथ जोड़ा जाता है, मोनोमर के रूप में प्रोपलीन ऑक्साइड का उपयोग करते हुए समान प्रतिक्रिया। दोनों प्रतिक्रियाएं सामान्यतः एक ही रिएक्टर में की जाती हैं और यादृच्छिक बहुलक देने के लिए या पोलोक्सामर जैसे ब्लॉक कॉपोलीमर प्राप्त करने के लिए वैकल्पिक रूप से एक साथ चलायी जा सकती हैं। एथिलीन ऑक्साइड की तुलना में प्रोपलीन ऑक्साइड अधिक हाइड्रोफोबिक है और निम्न स्तर पर इसका समावेश सर्फेक्टेंट के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है। विशेष रूप से एथोक्सिलेटेड फैटी अल्कोहल जिन्हें ~ 1 प्रोपलीन ऑक्साइड इकाई के साथ 'कैप्ड' किया गया है, बड़े पैमाने पर डिफोमर्स के रूप में विपणन किया जाता है।

एथॉक्सीसल्फेट्स
एथोक्सिलेटेड फैटी अल्कोहल को अधिकांश संबंधित ऑर्गोसल्फेट्स में परिवर्तित किया जाता है, जिसे सोडियम लौरेठ सल्फेट जैसे आयनिक सर्फेक्टेंट देने के लिए आसानी से अवक्षेपित किया जा सकता है। लवण होने के कारण, एथॉक्सीसल्फेट अच्छी जल (उच्च हाइड्रोफिलिक-लिपोफिलिक संतुलन मान) विलेयता प्रदर्शित करते हैं। एथोक्सिलेटेड अल्कोहल को सल्फर ट्राइऑक्साइड के साथ इलाज करके रूपांतरण प्राप्त किया जाता है। क्लोरोसल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करके प्रयोगशाला पैमाने पर संश्लेषण किया जा सकता है:
 * R(OC2H4)nOH + SO3 → R(OC2H4)nOSO3H
 * R(OC2H4)nOH + HSO3Cl → R(OC2H4)nOSO3H + HCl

परिणामी सल्फेट एस्टर को नमक देने के लिए निष्प्रभावी किया जाता है:
 * R(OC2H4)nOSO3H + NaOH → R(OC2H4)nOSO3Na + H2O

ट्राइथेनोलामाइन (टीईए) जैसे अल्कानोलैमाइन के साथ छोटी मात्रा को प्रभावहीन कर दिया जाता है।

2008 में, उत्तरी अमेरिका में 381,000 मीट्रिक टन अल्कोहल एथॉक्सीसल्फ़ेट्स का सेवन किया गया था।

अन्य पदार्थ
यद्यपि अल्कोहल अब तक एथोक्सिलेशन के लिए प्रमुख सब्सट्रेट हैं, कई न्यूक्लियोफाइल एथिलीन ऑक्साइड के प्रति प्रतिक्रियाशील हैं। प्राथमिक अमीन डाइ-चेन पदार्थ देने के लिए प्रतिक्रिया करेंगे जैसे कि पॉलीएथोक्सिलेटेड लोंगो एमाइन अमोनिया की प्रतिक्रिया से इथेनॉलमाइन, डायथेनॉलमाइन और ट्राईथेनॉलमाइन जैसे महत्वपूर्ण थोक रसायन उत्पन्न होते हैं।

एथोक्सिलेटेड उत्पादों के अनुप्रयोग
अल्कोहल एथोक्सिलेट्स (एई) और अल्कोहल एथॉक्सिसल्फ़ेट्स (एईएस) कपड़े धोने वाले डिटर्जेंट, सतह क्लीनर, सौंदर्य प्रसाधन, कृषि उत्पाद, कपड़ा और पेंट जैसे उत्पादों में पाए जाने वाले सर्फेकेंट्स हैं।

अल्कोहल एथोक्सिलेट्स
चूंकि अल्कोहल एथोक्सिलेट आधारित सर्फेक्टेंट गैर-आयनिक होते हैं, इसलिए पानी में घुलनशील होने के लिए उन्हें सामान्यतः अपने सल्फोनेटेड एनालॉग्स की तुलना में लंबे समय तक एथोक्सिलेट चेन की आवश्यकता होती है। औद्योगिक पैमाने पर संश्लेषित उदाहरणों में ऑक्टाइल फिनोल एथोक्सिलेट, पॉलीसॉर्बेट 80 और पोलोक्सामर्स सम्मिलित हैं।

जैव-प्रौद्योगिकी और दवा उद्योगों में पानी में घुलनशीलता बढ़ाने के लिए और फार्मास्यूटिकल्स के मामले में, गैर-ध्रुवीय कार्बनिक यौगिकों के संचलन आधा जीवन के लिए एथोक्सिलेशन का सामान्यतः अभ्यास किया जाता है। इस एप्लिकेशन में, एथोक्सिलेशन को पेगिलेशन के रूप (पॉलीइथाइलीन ऑक्साइड पॉलीइथाइलीन ग्लाइकॉल का पर्याय है, जिसे पीईजी के रूप में संक्षिप्त किया गया है) में जाना जाता है। कार्बन श्रृंखला की लंबाई 8-18 है जबकि घरेलू उत्पादों में एथोक्सिलेटेड श्रृंखला सामान्यतः 3 से 12 एथिलीन ऑक्साइड लंबी होती है। वे दोनों लिपोफिलिक पूंछों को प्रदर्शित करते हैं, जो एल्काइल समूह संक्षिप्त नाम, आर, और अपेक्षाकृत ध्रुवीय हेडग्रुप्स द्वारा निरुपित किया गया है, जो सूत्र (OC2H4)nOH द्वारा दर्शाया गया है।

अल्कोहल इथोक्सीसल्फेट्स
उपभोक्ता उत्पादों में पाए जाने वाले एईएस सामान्यतः लीनियर अल्कोहल होते हैं, जो पूरी तरह से लीनियर एल्काइल चेन या दोनों लीनियर और मोनो-ब्रांच्ड एल्काइल चेन के मिश्रण हो सकते हैं। इनमें से एक उच्च मात्रा का उदाहरण सोडियम लॉरेथ सल्फेट शैंपू और तरल साबुन के साथ-साथ औद्योगिक डिटर्जेंट में फोमिंग एजेंट है।

मानव स्वास्थ्य
अल्कोहल एथोक्सिलेट्स को म्यूटाजेनिक, कासीनजन या त्वचा संवेदक के रूप में नहीं देखा जाता है, न ही यह प्रजनन या विकासात्मक प्रभाव उत्पन्न करता है। एथोक्सिलेशन का एक प्रतिफल 1,4-डाइऑक्सेन है, जो एक संभावित मानव कार्सिनोजेन है। अनडाइल्यूटेड एई से त्वचीय या आंखों में जलन हो सकती है। जलीय घोल में, जलन का स्तर एकाग्रता पर निर्भर करता है। एई को तीव्र मौखिक जोखिम, कम तीव्र त्वचीय विषाक्तता के लिए कम से मध्यम विषाक्तता माना जाता है, और उपभोक्ता उत्पादों में पाए जाने वाले सांद्रता में त्वचा और आंखों के लिए हल्की जलन क्षमता होती है।

जलीय और पर्यावरणीय पहलू
एई सामान्यतः नाली में छोड़े जाते हैं, जहां उन्हें ठोस पदार्थों में अवशोषित किया जा सकता है और अवायवीय प्रक्रियाओं के माध्यम से बायोडिग्रेड किया जा सकता है, जिसमें सीवर में ~28-58% गिरावट होती है। शेष एई को अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में उपचारित किया जाता है और एई के प्रवाह में 0.8% से कम एई के साथ एरोबिक प्रक्रियाओं के माध्यम से बायोडिग्रेड किया जाता है। यदि सतह के पानी, तलछट या मिट्टी में छोड़ा जाता है, तो एई एरोबिक और एनारोबिक प्रक्रियाओं के माध्यम से कम हो जाएगा या पौधों और जानवरों द्वारा ग्रहण किया जाएगा।

कुछ अकशेरुकी जीवों के लिए विषाक्तता में रैखिक एई के लिए 0.1 mg/L से लेकर 100 mg/L से अधिक के लिए ईसी50 मानों की सीमा होती है। शाखित अल्कोहल एक्सथोक्सिलेट्स के लिए, विषाक्तता 0.5 mg/L से 50 mg/L तक होती है। रैखिक और शाखित एई से शैवाल के लिए ईसी50 विषाक्तता 0.05 mg/L से 50 mg/L थी। मछली के लिए तीव्र विषाक्तता 0.4 mg/L के रैखिक एई के लिए एलसी50 मान से लेकर 100 mg/L तक है, और शाखित 0.25 mg/L से 40 mg/L है। अकशेरूकीय, शैवाल और मछली के लिए अनिवार्य रूप से रैखिक और शाखित एई को रैखिक एई की तुलना में अधिक विषाक्तता नहीं माना जाता है।

बायोडिग्रेडेशन
एईएस का अवक्रमण अल्काइल श्रृंखला के ω- या β-ऑक्सीकरण, सल्फेट एस्टर के एंजाइमैटिक हाइड्रोलिसिस, और एईएस में अल्कोहल या अल्कोहल एथोक्सिलेट और एथिलीन ग्लाइकॉल सल्फेट का उत्पादन करने वाले ईथर बॉन्ड के विदलन द्वारा होता है। एरोबिक प्रक्रियाओं के अध्ययन में एईएस को आसानी से बायोडिग्रेडेबल पाया गया। सतही जल में एई और एईएस दोनों का आधा जीवन 12 घंटे से कम होने का अनुमान है। अवायवीय प्रक्रियाओं के माध्यम से क्षरण के कारण एईएस को हटाने का अनुमान 75 और 87% के बीच है।

पानी में
मोलस्क के साथ एईएस के टर्मिनल पूल में फ्लो-थ्रू प्रयोगशाला परीक्षणों में घोंघा, गोनीओबैसिस और एशियाई क्लैम, कॉर्बिकुला का एनओईसी 730 ug/L से अधिक पाया गया। कॉर्बिकुला वृद्धि को 75 ug/L की सांद्रता पर प्रभावित होने के लिए मापा गया था। मेफ्लाई, जीनस ट्राईकोरिथोड्स का सामान्यीकृत घनत्व एनओईसी मान 190 ug/L है।

मानव सुरक्षा
एईएस को जीनोटॉक्सिक, म्यूटाजेनिक या कार्सिनोजेनिक नहीं पाया गया है। 2022 के एक अध्ययन से पता चला कि कुशल डिशवॉशर में उपयोग किए जाने वाले सांद्रण में कुल्ला सहायता द्वारा कोशिका अस्तित्व, एपिथेलियल बैरियर, साइटोकिन सिग्नलिंग और चयापचय में सम्मिलित जीनों की अभिव्यक्ति को बदल दिया गया था। कुल्ला सहायता में मौजूद अल्कोहल एथोक्सिलेट्स को अपराधी घटक के रूप में पहचाना गया, जिससे उपकला सूजन और बाधा क्षति हुई।