Éthylène glycol

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Éthylène glycol
Structure de l'éthylène glycol
Structure de l'éthylène glycol
Structure de l'éthylène glycol
Identification
Nom IUPAC Éthane-1,2-diol
Synonymes

1,2-Dihydroxyéthane

No CAS 107-21-1
No EINECS 203-473-3
PubChem 174
SMILES
InChI
Apparence liquide incolore, visqueux, hygroscopique, inodore[1].
Propriétés chimiques
Formule brute C2H6O2  [Isomères]
Masse molaire[2] 62,0678 ± 0,0026 g/mol
C 38,7 %, H 9,74 %, O 51,55 %,
Propriétés physiques
fusion -12,69 °C[3]
ébullition 197,3 °C[3]
Solubilité Miscible avec l'eau, le glycérol, la pyridine, l'acétone, les aldéhydes, l'acide acétique. Peu sol dans l'éther (1 pour 200). Pratiquement insol dans le benzène, les huiles.
Paramètre de solubilité δ 29,9 MPa1/2 (25 °C)[4];
32,4 J1/2·cm-3/2 (25 °C)[5]
Masse volumique 1,1274 g·cm-3 (°C)
1,1204 g·cm-3 (10 °C)
1,1135 g·cm-3 (20 °C)
1,1065 g·cm-3 (30 °C)
d'auto-inflammation 398 °C[1]
Point d’éclair 111 °C (coupelle fermée)[1].
Limites d’explosivité dans l’air 3,215,3 % vol[1]
Pression de vapeur saturante à 20 °C : 7 Pa[1]
Viscosité dynamique (16,06×10-3 Pa·s à 25 °C)[7]
Point critique 8 MPa, 446,85 °C[8]
Vitesse du son 1 658 m·s-1 à 25 °C[9]
Thermochimie
S0gaz, 1 bar 303,8 J·mol-1·K-1[10]
S0liquide, 1 bar 163,2 J·mol-1·K-1[10]
ΔfH0gaz -392,2 kJ·mol-1[10]
ΔfH0liquide -460,0 kJ·mol-1[10]
Cp
PCS 1 189,2 kJ·mol-1[12] (liquide)
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation 10,16 eV (gaz)[13]
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace P 212121[14]
Paramètres de maille a = 5,013 Å

b = 6,915 Å
c = 9,271 Å
α = 90,00 °
β = 90,00 °
γ = 90,00 °

Z = 4 (-143,0 °C) [14]
Volume 321,38 Å3 [14]
Densité théorique 1,283 [14]
Propriétés optiques
Indice de réfraction n^{ 20 }_{ D }  1,4318[3]
Précautions
Directive 67/548/EEC[15]
Nocif
Xn



NFPA 704

Symbole NFPA 704

SIMDUT[16]
D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques
D2A,
SGH[17]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H302,
Inhalation Vomissements, paralysie
Écotoxicologie
DL50 8,54 g·kg-1 (rats, oral)
6,61 (cochon d'Inde, oral)
13,79 ml·kg-1 (souris, oral)
Valeur d'exposition 10 ml/m³, 26 mg·m-3
autre S'enflamme au contact de KMnO4 après 10 à 20 secondes.
LogP -1,93[1]
Seuil de l’odorat bas : 0,08 ppm
haut : 25 ppm[18]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

L'éthylène glycol ou glycol ou encore éthane-1,2-diol est le plus simple composé chimique de la famille des glycols.

Sa formule semi-développée est HO—CH2—CH2—OH et sa formule brute C2H6O2 (c'est le plus simple des diols). L'éthylène glycol est fréquemment employé en tant qu'antigel, dans le liquide de refroidissement des automobiles. À température ambiante, c'est un liquide visqueux incolore et sans odeur, avec un goût sucré. L'éthylène glycol est toxique et son ingestion nécessite des soins médicaux urgents.

Nom[modifier | modifier le code]

« Éthane-1,2-diol » est le nom systématique défini par la nomenclature des composés organiques pour une molécule avec deux atomes de carbone (préfixe éth-) ayant une liaison simple entre eux (suffixe -ane) et attaché à deux groupements hydroxyles sur chacun des deux carbones (suffixe -1,2-diol). « Éthylène glycol » est l'appellation triviale communément utilisée pour l'éthane-1,2-diol.

Histoire[modifier | modifier le code]

L'éthylène glycol est synthétisé pour la première fois en 1859 par le chimiste français Charles Adolphe Wurtz via la saponification du diacétate d'éthylène glycol par l'hydroxyde de potassium, d'une part[19], et par l'hydratation de l'oxyde d'éthylène d'autre part[20]. Il fut produit en petite quantité durant la Première Guerre mondiale comme réfrigérant et comme constituant d'explosifs. Sa production industrielle débuta en 1937, dès lors que son précurseur, l'oxyde d'éthylène, fut lui-même produit en quantité industrielle à bas prix.

Il provoqua une petite révolution dans le monde de l'aéronautique en remplaçant l'eau du système de refroidissement. Sa température d'ébullition élevée permit ainsi de diminuer la taille du radiateur, et donc son poids et sa traînée aérodynamique. Avant que l'éthylène glycol ne soit disponible, les systèmes de refroidissement utilisaient en effet de l'eau à haute pression ; ces systèmes étaient encombrants et peu fiables, et en cas de combat aérien, facilement touchés par les balles ennemies.

Propriétés physico-chimiques[modifier | modifier le code]

L'éthylène glycol est le plus simple des diols, et possède des propriétés physico-chimiques particulières du fait de sa structure comprenant deux groupements hydroxyles adjacents le long de la chaîne hydrocarbonée.

C'est un liquide incolore, inodore, peu volatil et hygroscopique avec une faible viscosité (16,06×10-3 Pa·s à 25 °C)[7]. Il est complètement miscible avec de nombreux solvants polaires, comme l'eau, les alcools et l'acétone, et très peu soluble dans les solvants apolaires, comme le benzène, le toluène, le dichloroéthane ou le chloroforme[21].

L'éthylène glycol a une constante molaire cryoscopique de 3,11 K·kg·mol-1[22] et une constante molaire ébullioscopique de 2,26 K·kg·mol-1[23].

Production[modifier | modifier le code]

Il est synthétisé à partir d'éthylène, via un intermédiaire d'oxyde d'éthylène qui réagit avec l'eau, selon l'équation :

C2H4O + H2O → C2H6O2

Cette réaction peut être catalysée en milieu acide ou basique, ou bien encore à haute température. En milieu acide et avec un excès d'eau, le rendement de la réaction peut atteindre 90 %. Les oligomères d'éthylène glycol (diéthylène glycol, triéthylène glycol, tétraéthylène glycol) peuvent être obtenus de la même manière.

Réactivité et réactions[modifier | modifier le code]

Il est utilisé pour la protection des fonctions carbonyles, dans la réaction d'acétalisation.

Utilisation[modifier | modifier le code]

L'éthylène glycol fut surtout connu et employé en tant qu'antigel et fluide réfrigérant. Son point de fusion étant bas, il a aussi été utilisé comme dégivrant pour les pare-brise et les moteurs à réaction. L'éthylène glycol est principalement une base chimique dans le domaine des industries pétrochimiques, où il permet la production de fibres textiles et de résines de polyesters, dont le polyéthylène téréphtalate, principal matériau des bouteilles plastiques. Ses propriétés antigel en font aussi un constituant important des solutions destinées à la conservation de tissus organiques à basse température.

La température d'ébullition élevée de l'éthylène glycol et sa grande affinité pour l'eau en font un déshydratant idéal pour la production de gaz naturel. Dans les tours de séparation, on fait ainsi se rencontrer l'éthylène glycol liquide coulant du haut de la tour avec le mélange d'eau et d'hydrocarbures gazeux s'échappant du bas. Le glycol capte l'eau et s'écoule au fond, tandis que les vapeurs d'hydrocarbures sont récupérées au sommet. On réinjecte ensuite l'éthylène glycol pour renouveler l'opération.

Intoxication au produit[modifier | modifier le code]

Le principal danger de l'éthylène glycol provient de sa toxicité en cas d'ingestion. À cause de son goût sucré, les enfants et les animaux peuvent ingérer une grande quantité d'éthylène glycol si on le laisse à leur portée et les cas sont loin d'être rares (plus de 7000 intoxications suspectées aux États-Unis en 2011[24]). La toxicité est essentiellement due à ses métabolites et non pas à l'éthylène glycol lui-même. La progression des symptômes d'une intoxication se fait en plusieurs étapes. La première est l'apparition de symptômes neurologiques. La victime peut paraître légèrement intoxiquée, se plaindre d'étourdissements et avoir l'air confus. Ensuite, le corps convertit l'éthylène glycol en une autre toxine, l'acide oxalique qui va précipiter dans les reins, causant une insuffisance rénale aigüe[25].

En cas d'intoxication il peut y avoir une élévation importante du taux de lactates sanguins, qui est, en fait, une fausse élévation secondaire à la proximité chimique entre les lactates, le glycolate et le glyoxylate donnant des réactions croisées avec certains systèmes de mesure de la concentration en lactate[26]. Il existe également un « trou osmolaire » avec une osmolalité mesurée bien supérieure à celle évaluée par la mesure de la natrémie, de la glycémie et de l'urémie[26].

L'éthylène glycol peut être mortel pour les adultes. Dans tous les cas, des soins médicaux urgents sont nécessaires. Si la victime est encore consciente, il faut si possible lui faire boire 100 ml (un verre) d'un alcool fort à 45°[27]. L'éthanol remplace en effet l'éthylène glycol auprès des enzymes qui dégradent ce dernier en composés plus toxiques, ce qui limite la production de toxines (on parle d'inhibiteur compétitif) . Il convient également d'amener la personne dans un hôpital où l'on pourra lui administrer, plutôt que de l'éthanol, d'autres inhibiteurs de l'alcool déshydrogénase, enzyme responsable chez l'homme de la transformation de l'éthanol en éthanal, et l'éthylène glycol en aldéhyde oxalique, qui se transformera (grâce à d'autres déshydrogénases) finalement en oxalate, qui lui est toxique. L'un de ces inhibiteurs est le fomépizole[28].

À cause de sa toxicité, l'éthylène glycol a déjà fait parler de lui dans les médias :

  • En 1996, soixante enfants à Haïti sont morts d'une intoxication à l'éthylène glycol qui se trouvait dans du sirop contre la toux.[réf. nécessaire]
  • En 2007, on a découvert du glycol dans des dentifrices en provenance de Chine. Les fabricants qui ont accepté de répondre à des journalistes ont expliqué que le glycol permet à la pâte d'avoir la bonne consistance. En principe, on n'avale pas de dentifrice en se lavant les dents, mais en pratique cela peut très bien arriver, surtout en ce qui concerne les enfants.[réf. nécessaire]

Sécurité[modifier | modifier le code]

Inflammabilité[modifier | modifier le code]

Peu inflammable à l'état liquide, l'éthylène glycol peut se montrer explosif à l'état gazeux. Il est donc indispensable de le manipuler dans des locaux bien aérés (concentration inférieure à 100 mg·m-3).

L'électrolyse de l'éthylène glycol avec une anode en argent produit une réaction exothermique.[réf. nécessaire]

Précautions[modifier | modifier le code]

Les vapeurs d'éthylène glycol sont irritantes avant d'être dangereuses. L'exposition chronique est toutefois la source de pathologies reconnues, en France, comme maladies professionnelles par le code de la Sécurité sociale[29].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d, e et f ETHYLENE - GLYCOL, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. a, b et c D. R. Lide, 2007, chap. 3 (« Physical Constants of Organic Compounds »), p. 232.
  4. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer,‎ 2007, 2e éd., 1076 p. (ISBN 0387690026, lire en ligne), p. 294
  5. (en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, England, John Wiley & Sons Ltd,‎ 1999, 239 p. (ISBN 0-471-98369-1)
  6. a, b et c (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill,‎ 1997, 7e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
  7. a et b D. R. Lide, 2007, chap. 15 (« Practical Laboratory Data »), p. 17.
  8. D. R. Lide, 2007, chap. 6 (« Fluid Properties »), p. 49.
  9. D. R. Lide, 2007, chap. 14 (« Geophysics, Astronomy, and Acoustics »), p. 40.
  10. a, b, c et d D. R. Lide, 2007, chap. 5 (« Thermochemistry, Electrochemistry, and Kinetics »), p. 22.
  11. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co.,‎ 1996 (ISBN 0-88415-857-8)
  12. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press,‎ 18 juin 2002, 83e éd., 2664 p. (ISBN 0849304830, résumé), p. 5-89
  13. D. R. Lide, 2007, chap. 10 (« Atomic, Molecular, and Optical Physics »), p. 213.
  14. a, b, c et d « Ethylene glycol », sur www.reciprocalnet.org (consulté le 14 juin 2012)
  15. « Éthane-1,2-diol » sur ESIS, consulté le 20 février 2009
  16. « Éthylène glycol » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
  17. Numéro index 603-027-00-1 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  18. « Ethylene glycol », sur hazmap.nlm.nih.gov (consulté le 14 novembre 2009)
  19. C. A. Wurtz, « Mémoire sur les glycols ou alcools diatomiques », Annal. Chim. Phys., vol. 55,‎ 1859, p. 400-478 (lire en ligne).
  20. C. A. Wurtz, « Synthèse du glycol avec l'oxyde d'éthylène et l'eau », C.R. Hebd. Séances Acad. Sci., vol. XLIX, no 21,‎ 1859, p. 813-815 (lire en ligne).
  21. H. Yue, 2012.
  22. D. R. Lide, 2007, chap. 15 (« Practical Laboratory Data »), p. 28.
  23. D. R. Lide, 2007, chap. 15 (« Practical Laboratory Data »), p. 27.
  24. Bronstein AC, Spyker DA, Cantilena LR, Rumack BH, Dart RC, 2011 annual report of the American Association of Poison Control Centers’ National Poison Data System (NPDS): 29th annual report, Clin Toxicol (Phila), 2012;50:911-1164
  25. Guo C, Cenac TA, Li Y, McMartin KE, Calcium oxalate, and not other metabolites, is responsible for the renal toxicity of ethylene glycol, Toxicol Lett, 2007;173:8-16
  26. a et b Oostvogels R, Kemperman H, Hubeek I, ter Braak EW, The importance of the osmolality gap in ethylene glycol intoxication, BMJ, 2013;347:f6904
  27. Cf. fiche toxicologique FT 25 de l'INRS
  28. Brent J, McMartin K, Phillips S et als. Fomepizole for the treatment of ethylene glycol poisoning, N Engl J Med, 1999;340:832-838
  29. Consulter la fiche toxicologique de l'éthylène-glycol (FT 25) par l'INRS.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]