Pentaerytryt (pentaerytrytol, tetra(hydroksymetylo)metan, 2,2-bis(hydroksymetylo)propan-1,3-diol), rozgałęziony alkohol czterowodorotlenowy (tetraol) o wzorze sumarycznym C(CH₂OH)₄. Są to bezbarwne kryształy o temperaturze topnienia 253*C i gęstości 1,395 g/cm3. Jest rozpuszczalny w wodzie, w temp. 18*C 5,3%, 25*C 6,5%, a w 96*C 42%. Ogrzewania pentaerytrytu w stanie stopionym prowadzi do powstania dwu- i trójpentaerytrytu. Dwupentaerytryt jest głównym zanieczyszczeniem pentaerytrytu (do 2%).

Związek ten został odkryty przez Tollensa i Wieganda w 1891 roku. Jest praktycznie nietoksyczny, jednakże u osób stale narażonych na związek odnotowano nieznaczne obniżenie ciśnienia krwi.

Pentaerytryt służy do otrzymywania żywic gliptalowych, modyfikacji olejów schnących, wytwarzania materiałów wybuchowych oraz jest komponentem do sieciowania poliestrów i poliuretanów. W pierwszych dziesięcioleciach XX wieku substraty do produkcji pentaerytrytolu (formaldehyd i acetaldehyd) nie były produkowane na masową skalę, co ograniczyło jego wykorzystanie w tym okresie jako substratu do otrzymywania obecnie bardzo popularnego materiału wybuchowego PETN.

 

Otrzymywanie:

 

Jak już wspomniałem na wstępie, pentaerytryt otrzymuje się z aldehydu mrówkowego i octowego. Proces prowadzi się w zasadowym środowisku, a ze względu na wygodne do oddzielenia siarczany, do zalkalizowania środowiska wykorzystuje się mleko wapienne lub wodorotlenek baru.

Kłopoty może sprawić przechowywanie aldehydu octowego (wrze w temp. pokojowej), dlatego korzystne może się okazać wykorzystanie para- lub meta-aldehydu octowego, które depolimeryzują ogrzewane w r-rze H₂SO₄. Zamiast formaliny można wykorzystać paraformaldehyd.

Należy pamiętać, że czystość użytych odczynników, a także wody wykorzystanej do syntezy mają bezpośrednio wpływ na czystość produktu. Wszelkie rozpuszczalne w wodzie zanieczyszczenia będą bardzo trudne do oddzielenia.

Odczynniki (czyste lub cz.d.a.):

• formalina 30% (d=1.09), alternatywnie paraformaldehyd
• aldehyd octowy (d=0.79)
• tlenek wapnia lub wodorotlenek baru
• woda demineralizowana lub destylowana
• kwas siarkowy(VI) o stężeniu około 4-5%
• węgiel aktywny

Sprzęt:

• kolba kulista 500ml lub podobne naczynie
• bagietka
• cylinder miarowy lub waga
• rękawiczki, okulary ochronne, odzież ochronna
• łaźnia wodna z lodem
• papierek wskaźnikowy Syntezę prowadzimy pod wyciągiem

W kolbie kulistej o pojemności 500ml umieszczamy dodać 50g (46 ml) 30% formaliny lub 15g paraformaldehydu, następnie ochładzamy zawartość kolby, do ok. 20*C (lub mniej) i przy takiej temperaturze dodajemy 5g (6-7ml) aldehydu octowego. Trzeba uważać, gdyż powstający acetaldehyd wrze w temperaturze około 21*C. Do kolby dolewamy 100ml wody o temperaturze pokojowej maksymalnie 25*C, a następnie małymi porcjami, intensywnie mieszając 8g CaO (lub 20-25g Ba(OH)₂), przy czym temperatura podczas dodawania nie może przekroczyć 25*C (konieczne chłodzenie).

Alternatywnie możemy sporządzić roztwór CaO (lub Ba(OH)₂) w 100ml wody, a następnie otrzymane, wystudzone mleko wapienne (lub barytowe) wprowadzić, małymi porcjami, do kolby z aldehydami (temp. poniżej 25*C).

Kolbę mieszamy około 45 minut w temperaturze pokojowej, a następnie 2-2,5h w temperaturze 55*C (nie należy jej przekraczać). Mieszanina reakcyjna może przybrać lekko żółtawy kolor. Po tym czasie zobojętniamy mieszaninę reakcyjną za pomocą H₂SO₄ wobec papierka wskaźnikowego.

Odsączamy wydzielony siarczan wapnia lub baru i zatężamy odsącz do krystalizacji np. na łaźni parowej lub pozostawiamy do odparowania w suchym i ciepłym pomieszczeniu.

Surowe kryształy rozpuszczamy ponownie w wodzie (im mniej jej użyjemy, tym krócej będziemy krystalizować, dlatego wskazane jest wykorzystanie cieplej wody) dodajemy 1-2g węgla aktywnego i całość gotujemy przez kilkanaście minut. Po ostudzeniu, sączymy roztwór, a przesącz ponownie poddajemy krystalizacji.

Ubocznymi produktami są ciała woskowe i dwupentaerytryt, a wydajność reakcji sięga 50-60%. Dwupentaerytrytu praktycznie nie da się oddzielić od głównego produktu

.

Opis reakcji:

Reakcja biegnie dwoma etapami:
I. Pierwszy etap polega na metylolowaniu aldehydu octowego (każdy atom wodoru grupy CH₃-CHO zostaje zastąpiony grupą -CH₂OH:

CH₃CHO + 3 HCHO -> (HOCH₂)₃C-CHO

II. Drugi etap biegnie w myśl reakcji Cannizzaro:

(HOCH₂)₃C-CHO + HCHO + H₂O -> C(CH₂OH) ₄ + HCOOH

Bezpieczeństwo:

Formaldehyd i acetaldehyd są toksyczne i ze względu na lotność obydwu, należy z nimi pracować pod wyciągiem. Szczególnie ważne jest, by mieszanina reakcyjna nie przekroczyła podanych w przepisie wartości temperatur, po pierwsze dlatego, że substraty są lotne, toksyczne i łatwopalne, a po drugie dlatego, że ucieczka substratów ze środowiska reakcji zmniejsza wydajność. Rozpuszczalne związki baru są groźne dla zdrowia. Rozcieńczony (4-5%) kwas siarkowy nie jest bardzo niebezpieczny, jednakże należy unikać jego kontaktu ze skórą i oczami. Do syntezy polecane jest ubranie rękawiczek i okularów.

 

 

Bibliografia:
- Ludomir Tokarzewski, Chemia, technologia i preparatyka podstawowych organicznych związków tlenu, tom I, Katowice 1970, wydawca: Uniwersytet Śląski w Katowicach
- http://www.orgsyn.org/orgsyn/prep.asp?prep=cv1p0425