Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.
Wysłany dnia http:// www. wszystkiego najlepszego. ru/
Wstęp
1. Ciecz jonowa
1.2 Właściwości cieczy jonowych
1.3 Ciecze jonowe w nauce
2. Drobna synteza organiczna
2.1 Charakterystyka spisu treści
Wniosek
Wstęp
Pomimo istnienia szerokiej gamy znanych katalizatorów, technologia chemiczna i synteza organiczna stale potrzebują nowych, bardziej wydajnych i akceptowalnych dla środowiska katalizatorów, mediów reakcyjnych i rozpuszczalników. Przy opracowywaniu i ulepszaniu procesów przemysłowych w zakresie podstawowej i drobnej syntezy organicznej, a także w petrochemii potrzebne są nowe podejścia do rozwiązania istniejących problemów ekonomicznych i środowiskowych związanych z wysokimi kosztami energii i zanieczyszczeniem środowiska. Nowoczesne podejście do rozwiązania problemu zastąpienia lotnych związków organicznych stosowanych jako rozpuszczalniki w syntezie organicznej polega na wykorzystaniu cieczy jonowych. Zastosowanie cieczy jonowych jako nowych mediów reakcji może rozwiązać problem emisji rozpuszczalników i ponownego wykorzystania drogich katalizatorów.
Drobna synteza organiczna (TOS) to ogromna liczba związków chemicznych: leków, barwników, dodatków chemicznych, pestycydów, środków powierzchniowo czynnych, specjalnych materiałów polimerowych, enzymów syntetycznych itp. Ponadto z reguły produkcja każdego produktu drobnej syntezy organicznej – złożony, wieloetapowy proces. To subtelne przemiany w większości procesów technologicznych i duża liczba przejść w kierunku substancji docelowej charakteryzują specyfikę tej gałęzi chemii organicznej, a nie skalę produkcji.
1. Ciecz jonowa
1.1 Charakterystyka cieczy jonowych
Termin „ciecze jonowe” oznacza substancje, które są cieczami w temperaturach poniżej 100°C i składają się z kationów organicznych, na przykład 1,3-dialkiloimidazoliowych, N-alkilopirydynowych, tetraalkiloamoniowych, tetraalkilofosfoniowych, trójalkilosulfoniowych oraz różnych anionów: Cl-, [ ВF4] -, [PF6]-, [SbF6]-, CF3SO3-, [(CF3SO2)2N]-, ROSO3-, RSO3-, ArSO3-, CF3CO2-, CH3CO2-, NO3-, [A12C17]-.
Charakter anionu ma ogromny wpływ na właściwości cieczy jonowych - temperaturę topnienia, stabilność termiczną i elektrochemiczną oraz lepkość. Polarność, a także hydrofilowość lub hydrofobowość cieczy jonowych można optymalizować poprzez odpowiedni dobór pary kation/anion, a każdy nowy anion i kation daje dodatkowe możliwości zmiany właściwości cieczy jonowych.
1.2 Właściwości cieczy jonowych
Zwiększona uwaga na ciecze jonowe wynika z obecności następujących specyficznych właściwości:
1. Szeroki zakres stanu ciekłego (> 300 °C) i niskie temperatury topnienia (Tm< 100 °С).
2. Wysoka przewodność elektryczna.
3. Dobra zdolność rozpuszczania różnorodnych związków nieorganicznych, metaloorganicznych i organicznych oraz polimerów pochodzenia naturalnego i syntetycznego.
4. Aktywność katalityczna, zwiększająca selektywność reakcji organicznych i wydajność docelowego produktu.
5. Nielotny, wielokrotnego użytku.
6. Niepalność, niewybuchowość, nietoksyczność i wynikający z tego brak szkodliwego wpływu na środowisko.
7. Nieograniczone możliwości celowanej syntezy cieczy jonowych o pożądanych właściwościach.
Cechy 3 i 4 sprawiają, że rozpuszczalniki jonowe są szczególnie atrakcyjne w syntezie polimerów.
1.3 Ciecze jonowe w nauce
Ciecze jonowe są unikalnym obiektem badań chemicznych, ich zastosowania w katalizie, syntezie organicznej i innych obszarach, w tym w procesach biochemicznych. Liczba cieczy jonowych opisywanych w literaturze jest obecnie bardzo duża (około 300). Potencjalna liczba cieczy jonowych jest praktycznie nieograniczona i ograniczona jedynie dostępnością odpowiednich cząsteczek organicznych (cząstek kationowych) oraz anionów nieorganicznych, organicznych i kompleksowych metali. Według różnych szacunków liczba możliwych kombinacji kationów i anionów w takich cieczach jonowych może sięgać 1018. Na rycinie 1 przedstawiono niektóre z najczęściej badanych cieczy jonowych opisanych w literaturze.
1.4 Metody otrzymywania cieczy jonowych
Metody przygotowania są dość proste i można je łatwo zwiększać. Najczęściej stosowane są trzy główne metody syntezy:
Reakcja wymiany pomiędzy solą srebra zawierającą niezbędny anion B i pochodną halogenową z niezbędnym kationem
A+: Ag+B- + A+Hal- > A+B- + AgHal (1)
Reakcja czwartorzędowania pochodnej halogenku N-alkilu z halogenkami metali:
N+ - AlkHal- + MAln > N+ - AlkМНa1- n+1 (2)
Reakcje wymiany jonowej na żywicach lub glinkach jonowymiennych.
Ryż. 1 - Ciecze jonowe
(Ri = H, alkil, aryl, hetaryl, allil itp., w tym grupy funkcyjne, x = 1-4, m = 2, 3. X- = [ВF4]-, [PF6]-, -, - , - , 2-, [AlkSO3]-, [СlO4]-, [СF3SO3]-, [СН3СОО]-, [СuСl2]-, [Сu2Сl3]-, [Сu3Сl4]-, [А1С14]-, [АlBr4]- , [АlI4]-, [АlСl3Эt]-, [Аl2С17]-, [А13Сl10]-, (СF3S02)2N-, -, -, [Мe(СО)n]- itp.)
Kolejnym praktycznie ważnym kierunkiem syntezy cieczy jonowych jest ich przygotowanie bezpośrednio w reaktorze. W tym przypadku odpowiedni halogenek N-alkilu i halogenek metalu miesza się w reaktorze i tworzy się ciecz jonowa tuż przed rozpoczęciem procesu chemicznego lub reakcji katalitycznej. Najczęściej ciecze jonowe przygotowywane są na bazie mieszaniny chlorku glinu i chlorków organicznych. Po zmieszaniu dwóch substancji stałych następuje reakcja egzotermiczna i powstają mieszaniny eutektyczne o temperaturze topnienia do -90°C. Jest to z reguły przezroczysta, bezbarwna lub żółto-brązowa ciecz (kolor wynika z obecności zanieczyszczeń i lokalnego przegrzania masy reakcyjnej podczas przygotowywania cieczy jonowej). Ciecze jonowe, ze względu na różnorodność i specyfikę swoich właściwości, okazały się bardzo atrakcyjne dla katalizy i syntezy organicznej.
Jeśli chodzi o „przyjazność dla środowiska” cieczy jonowych, wiele z nich powinno i zostanie ponownie ocenionych w kolejnych badaniach, chociaż ogólnie fakt, że nadają się one do recyklingu, są niepalne i mają niską prężność pary nasyconej, czyni z nich pełnoprawnych uczestników „ „zieloną” chemię, nawet bez uwzględnienia wzrostu produktywności i selektywności, którego przykłady podano w przeglądzie. Oczywiście, ze względu na wysoki koszt, ciecze jonowe nie znajdą szerokiego zastosowania w procesach na dużą skalę, chyba że odkryto dodatkowe zalety układów heterogenicznych. Jednocześnie żyznym obszarem dla ich zastosowania może być chemia na małą skalę, przede wszystkim kataliza metalokompleksowa, a także elektrochemia w ogóle, a elektrokataliza w szczególności.
2. Drobna synteza organiczna
2.1 Charakterystyka spisu treści
Drobna synteza organiczna (TOS) to przemysłowa produkcja na małą skalę substancji organicznych o złożonej strukturze.
Głównym źródłem surowców są produkty podstawowej syntezy organicznej. Drobna synteza organiczna charakteryzuje się wieloetapowym charakterem, trudnościami w przejściu na dużą skalę oraz stosunkowo wysokimi jednostkowymi kosztami energii i pracy, ze względu na często niską wydajność na jednostkę objętości reaktorów, znaczną ilość odpadów, złożoność rozwiązywania problemów środowiskowych itp. Wydajność procesów drobnej syntezy organicznej zwiększa się głównie poprzez zastosowanie elastycznych schematów blokowo-modułowych, automatycznych systemów sterowania, zastosowanie metod biotechnologicznych (do otrzymywania produktów pośrednich i przetwarzania odpadów), chemii laserowej itp.
Głównymi produktami drobnej syntezy organicznej są barwniki, leki, pestycydy, środki pomocnicze i zapachowe do tekstyliów, dodatki chemiczne do materiałów polimerowych, chemikalia do materiałów filmowych i fotograficznych, odczynniki chemiczne itp.
2.2 Historia postępu syntezy organicznej
Postęp w przemyśle syntezy organicznej zależy w dużej mierze od opracowania nowych reakcji. Często całkowicie nowa reakcja tworzy nową erę w chemii organicznej. Przykładowo w 1928 roku odkryto reakcję syntezy dienów (O. Diels i K. Alder), która polega na dodaniu substancji zawierających wiązanie podwójne lub potrójne (dienofile) w pozycji 1,4 do układów dienów sprzężonych z utworzeniem pierścieni sześcioczłonowych:
Rysunek 1 - Schemat reakcji syntezy dienu
Reakcja ta stała się podstawą do produkcji wielu nowych substancji syntetycznych, od szerokiej gamy związków cyklicznych po złożone układy policykliczne, takie jak steroidy i dalsze układy heterocykliczne.
Reakcja Wittiga stała się podstawą nowej metody syntezy olefin, za pomocą której otrzymano dużą liczbę złożonych analogów związków naturalnych, ryc. 2.
Rysunek 2 - Schemat reakcji Wittiga
2.3 Metoda immobilizacji enzymu
Rozwój syntezy olefin ułatwił rozwój odczynników immobilizowanych na nośnikach polimerowych. W tym przypadku drugi odczynnik jest w roztworze. Reakcja przebiega w taki sposób, że produkt pozostaje na polimerze i można go łatwo oddzielić poprzez filtrację i przemycie od nadmiaru drugiego odczynnika i produktów ubocznych. Produkt końcowy następnie oddziela się od matrycy polimerowej i oczyszcza. Umożliwia to prowadzenie wieloetapowych i pracochłonnych syntez bez konieczności skomplikowanego oczyszczania na etapach pośrednich. Metodę tę szczególnie skutecznie stosuje się do syntezy peptydów i białek.
Metoda immobilizacji enzymów na nierozpuszczalnym nośniku jest bardzo skuteczna. Enzym jest izolowany z naturalnego źródła, oczyszczany i mocowany na nieorganicznym lub polimerowym nośniku poprzez wiązanie kowalencyjne lub adsorpcję. Roztwór substancji przepuszcza się przez kolumnę wypełnioną takim unieruchomionym enzymem. Na wyjściu kolumny produkt oddziela się konwencjonalnymi metodami. W ten sposób można prowadzić procesy wieloetapowe, przepuszczając roztwór sekwencyjnie przez kilka kolumn z różnymi enzymami.
2.4 Metoda katalizatora przeniesienia fazowego
Nowym etapem rozwoju drobnej syntezy organicznej było zastosowanie tzw. katalizy przeniesienia fazowego, polegającej na dodaniu do mieszaniny reakcyjnej specjalnych substancji - katalizatorów przeniesienia fazowego (sole amonowe, fosfoniowe, etery koronowe). Substancje te ułatwiają przejście np. anionów z fazy wodnej lub stałej do fazy organicznej, gdzie reagują.
Liczba reakcji, w których skuteczne są katalizatory przeniesienia fazowego, jest bardzo duża i obejmuje prawie wszystkie reakcje z udziałem karboanianów (reakcje Claisena, Michaela, Wittiga, Hornera i innych, C-alkilowanie, addycja itp.). Zastosowanie katalizy przeniesienia fazowego jest obiecujące w reakcjach utleniania, gdy substancja organiczna jest nierozpuszczalna w wodzie, a środek utleniający jest nierozpuszczalny w rozpuszczalniku organicznym. Przykładowo nierozpuszczalny w benzenie manganian potasu po dodaniu niewielkiej ilości eteru koronowego daje tzw. karmazynowy benzen, zawierający jon MnO4-, który pełni rolę silnego utleniacza. Nowoczesne metody syntezy organicznej z powodzeniem wykorzystują planowanie złożonych, wieloetapowych procesów. Z reguły przejście od produktów początkowych do docelowych o złożonym składzie i strukturze można przeprowadzić na różne sposoby, z których niektóre są mniej lub bardziej racjonalne. W miarę jak syntetyzowane związki stają się coraz bardziej złożone, kształtują się pewne zasady metodologiczne wyboru najbardziej efektywnego schematu.
Wniosek
Synteza organiczna w cieczy jonowej
W chwili obecnej badanie cieczy jonowych i ich właściwości jest bardzo obiecującą i bardzo ważną dziedziną nauki światowej. Szczególnie interesujący jest obszar oddziaływania cieczy jonowych z różnymi substancjami, z dalszą produkcją nowych substancji.
Ciecze jonowe odgrywają bardzo ważną rolę w upraszczaniu technologii drobnej syntezy organicznej. Ponieważ TOC jest procesem pracochłonnym, społeczność naukowa jest zainteresowana wynalezieniem nowych katalizatorów, takich jak ciecze jonowe.
Lista wykorzystanych źródeł
1. Yagfarova, A.F., Podręcznik metodologiczny dotyczący cieczy jonowych / A.R. Gabdrakhmanova, L.R. Minibaeva, I.N. Musin. - Biuletyn: KTU, 2012, 192-196.
2. Gabdrakhmanova, A.R., Podręcznik metodologiczny dotyczący cieczy jonowych / A.F. Yagfarova, L.R. Minibaeva, A.V. Klinow. - Biuletyn: KTU, 2012, 63-66.
3. Bykov, G. V. Historia chemii organicznej. - M., 1976. 360 s.
4. Reichsfeld, V.O., Erkova L.N., Urządzenia do produkcji zasadowej syntezy organicznej i kauczuków syntetycznych / Reichsfeld V.O., Erkova L.N. - M. - Św., 1965.
Opublikowano na Allbest.ru
...Podobne dokumenty
Otrzymywanie związków organicznych, materiałów i produktów na drodze syntezy organicznej. Główne kierunki i perspektywy rozwoju syntezy organicznej. Grupy substancji wyjściowych do późniejszej syntezy organicznej. Metody syntezy organicznej.
streszczenie, dodano 15.05.2011
Technologia produkcji i obszary zastosowań biogazu jako nowego źródła energii. Metody przetwarzania odpadów zwierzęcych i drobiowych na biopaliwo. Zasady bezpieczeństwa podczas pracy w laboratorium mikrobiologicznym.
praca na kursie, dodano 10.06.2012
Istota „syntezy pseudorównowagowej”. Synteza substancji rozpuszczalnych kongruentnie z uwzględnieniem diagramu fazowego układów trójskładnikowych. Metoda naparowywania. Reakcje redoks w roztworach. Fizykochemiczne metody oczyszczania substancji.
test, dodano 01.07.2014
Metody projektowania układów wykorzystania cieczy obróbkowych w operacjach szlifowania. Model matematyczny procesu oczyszczania chłodziwa z zanieczyszczeń mechanicznych w filtrach i osadnikach. Badanie ruchu cieczy i zanieczyszczeń mechanicznych.
praca magisterska, dodana 23.01.2013
Kierunki rozwoju syntezy organicznej. Gaz syntezowy jako alternatywa dla ropy naftowej. Produkcja etanolu metodą bezpośredniego katalitycznego uwodnienia etylenu. Zastąpienie dwuetapowego procesu syntezy aldehydu octowego z etylenu za pomocą etanolu jednoetapowym procesem utleniania.
praca na kursie, dodano 27.02.2015
Wymagania dotyczące płynów roboczych układów hydraulicznych. Klasyfikacja i oznaczenia olejów hydraulicznych w praktyce krajowej. Związek pomiędzy budową molekularną cieczy a ich właściwościami fizycznymi. Oczyszczanie i regeneracja płynów roboczych.
test, dodano 27.12.2016
Charakterystyka zasady działania separatora, jego przeznaczenie. Zastosowanie separatorów dyskowych w celu poprawy efektywności kontroli procesu separacji różnych cieczy i ciał stałych. Specyfika sprzętu stosowanego do separacji.
artykuł, dodano 22.02.2018
Metody otrzymywania nanomateriałów. Synteza nanocząstek w matrycach amorficznych i uporządkowanych. Produkcja nanocząstek w nanoreaktorach zerowymiarowych i jednowymiarowych. Zeolity typu strukturalnego. Mezoporowate glinokrzemiany, sita molekularne. Warstwowe podwójne wodorotlenki.
praca na kursie, dodano 12.01.2014
Analiza konstrukcyjna i synteza mechanizmu dźwigni płaskiej, obliczenia kinematyczne i siłowe. Budowa schematów i obliczanie parametrów prostych i złożonych mechanizmów przekładniowych. Ogniwa mechanizmu krzywkowego, ich analiza dynamiczna. Synteza profilu krzywki.
praca na kursie, dodano 29.12.2013
Zastosowanie glinek bentonitowych w produkcji granulatów rud żelaza, minerałów wchodzących w ich skład. Badanie wpływu dodatków organicznych na właściwości surowego pelletu. Właściwości fizyko-chemiczne dodatków wiążących, ich właściwości reologiczne.
Mieszalność cieczy jonowych z różnymi rozpuszczalnikami przedstawiono w tabeli 1.4.
Tabela 1.4. Mieszalność IL z różnymi rozpuszczalnikami. Nie. Rozpuszczalnik I
A1C13 - zasada - AICI3 - kwas 1 Woda 80,1 Niemieszalny Reaguje 2 Węglan propylenu 64,4 Mieszalny Mieszalny Reaguje 3 Metanol 33,0 Mieszalny Reaguje 4 Acetonitryl 26,6 Mieszalny Mieszalny Reaguje 5 Aceton 20,7 Mieszalny Mieszalny Reaguje 6 Chlorek metylenu 8,93 Mieszalny Mieszalny 7 THF 7,58 Mieszalny Mieszalny Reaguje 8 Trójchloroetylen 3,39 Nie mieszalny Nie
nie miesza się
mieszalny 9 Dwusiarczek węgla 2,64 Nie mieszalny Nie
nie miesza się
mieszalny 10 Toluen 2,38 Nie mieszalny Mieszalny Reaguje 11 Heksan 1,90 Nie mieszalny Nie
nie miesza się
mieszany
Ciecz jonowa (+PF Zwykle procesy w cieczach jonowych porównuje się z procesami w typowych rozpuszczalnikach organicznych. Z tego punktu widzenia, w odniesieniu do związków wykazujących słabe właściwości zasadowe, zasadowy IL będzie zachowywał się podobnie jak DMF. Z drugiej strony, ciecze kwaśne będą zachowywać się w kwasowości, zachowują się jak kwas trifluorooctowy. W temperaturze pokojowej ciecze jonowe są doskonałymi rozpuszczalnikami, a jednocześnie mogą działać jako katalizatory wielu reakcji, takich jak Friedel-Crafts, Diels-Alder, izomeryzacja i reakcje redukcji.
[EM1m]Cl-AlCl3 i inne haloglinianowe ciecze jonowe mają kwasowość Lewisa, którą można kontrolować zmieniając stosunek molowy dwóch składników AlCl3AlCl3. Wszystko to sprawia, że ciecze jonowe są interesującymi obiektami jako niewodne media reakcyjne. Kwasowość Lewisa tych układów zależy od aktywności chlorku. Równowagę cieczy chloroglinianowej w temperaturze pokojowej można opisać dwoma równaniami:
AICI4" + AICI3 AI2C17*
Pierwsza opisuje proces w stopach zasadowych, gdy stosunek molowy AlCl3AlCl jest mniejszy niż jeden, a drugi - w stopach kwaśnych, gdzie stosunek molowy jest większy niż jeden. Oznacza to, że powstaje więcej anionów C G, AICI4”, AI2CI7”, a ich względne ilości wyznacza równowaga: 2A1SC”*
ALCL" + CG Jon heptachloroglinianowy jest mocnym kwasem Lewisa dzięki jonowi chloru w koniugacie zasady Lewisa. Neutralna ciecz jonowa to taka, w której stosunek molowy AlCl3AlmCl jest równy jedności i występuje tylko jon AICI4*. Ma obecnie możliwe stało się neutralizowanie buforowanych kwaśnych ILs, stałych chlorków alkilowych metali.
Całkowita rozpuszczalność cieczy jonowych w rozpuszczalnikach sprawia, że są one wygodne do pomiarów spektrofotometrycznych, szczególnie w zakresie widzialnym i UV. Można je stosować łącznie z rozpuszczalnikami organicznymi, a w wyniku solwatacji jony IL ulegają dyspersji, a w konsekwencji zmianie ulegają niektóre właściwości fizykochemiczne: spadek lepkości i wzrost przewodności roztworu. Porównując widma IR kwaśnych i zasadowych cieczy jonowych ujawnia się niewielkie zniekształcenie pierścienia aromatycznego, który jest mniej naprężony w porównaniu do soli, która ma mniejszy kation. Oznacza to, że wiązanie wodorowe pomiędzy atomem wodoru na drugim atomie węgla w pierścieniu a jonem chlorkowym jest albo bardzo słabe, albo nie istnieje. W IL typu zasadowego napięcie wiązań wodorowych jest nadal znaczące. Jedną z zalet IL jest ich stabilność termiczna w szerokim zakresie temperatur, co pozwala z powodzeniem kontrolować reakcje zachodzące w tych cieczach. Zatem +PF6" zaczyna się rozkładać w temperaturze ~620 K, a z zauważalną szybkością w temperaturze 670 K. Rozkład IL zachodzi według jednego mechanizmu zarówno w powietrzu, jak i w środowisku azotu. Stwierdzono, że po podgrzaniu w powietrzu utlenianie IL nie zachodzi.
Ciecze jonowe są wygodne w użyciu i niedrogie w produkcji. Są dobrymi rozpuszczalnikami, a możliwość tworzenia na ich bazie układów katalitycznych sprawia, że są one preferowane do prowadzenia reakcji katalitycznych. Wybierając ciecze jonowe, można uzyskać uwolnienie produktów reakcji do innej fazy.
Praktycznie nie badano zachowania IL pod wpływem promieniowania jonizującego. Wstępna ocena stabilności radiacyjnej jednego z najbardziej znanych IL opartych na kationie 1,3dialkiloimidazolu (+PF6”) pokazuje, że jest on stosunkowo odporny na promieniowanie jonizujące (jak benzen) i bardziej stabilny niż układ oparty na mieszanina fosforanu tributylu i nafty Wykazano, że w badanych warunkach ciecze jonowe pod wpływem promieniowania jonizującego w wykrywalnych ilościach nie rozpadają się na składniki organiczne.
Więcej w temacie 1.5.2. Właściwości cieczy jonowych:
- 3.5. Badanie radiacyjno-chemicznego procesu polimeryzacji fosforu elementarnego w rozpuszczalnikach organicznych w obecności cieczy jonowych 3.5.1. Właściwości dielektryczne roztworów początkowych
A. S. Solodov, M. S. Solodov, S. G. Koshel
Opiekun naukowy - S. G. Koshel, doktor chemii. nauki, profesor
Państwowy Uniwersytet Techniczny w Jarosławiu
Ciecze jonowe należą do tzw. „zielonych rozpuszczalników”, co odpowiada zasadom zielonej chemii. Ciecze jonowe to niskotemperaturowe stopione sole, które posiadają szereg właściwości, takich jak: nielotność, stabilność chemiczna, bezpieczeństwo środowiskowe, wysoka przewodność jonowa, dobra zdolność rozpuszczania oraz szerokość „okna” elektrochemicznego.
Ciecze jonowe stosowane są jako składnik elektrolitów do różnego rodzaju nowych typów urządzeń elektrochemicznych (baterie litowe, kondensatory, panele słoneczne). Jako aktywne składniki membran można stosować ciecze jonowe. Membrany to główne elementy ogniw paliwowych, które mogą pracować w trudnych warunkach.
Stwierdzono istotną przewagę stosowania cieczy jonowych w procesach elektrochemicznych w porównaniu z tradycyjnymi elektrolitami. Obiecujące jest zastosowanie cieczy jonowych jako niewodnych roztworów polimerowych do reakcji elektrochemicznych i elektrokatalitycznych: elektroutleniania, elektroredukcji. Wiele substratów organicznych jest lepiej rozpuszczalnych w cieczach jonowych niż w wodzie. Wytrącanie metalu z cieczy jonowych zawierających ten sam metal co kation następuje dość łatwo.
Główną zaletą stosowania cieczy jonowych – elektrolitów do produkcji galwanicznej jest to, że nie są one roztworami wodnymi, co oznacza, że podczas elektroosadzania powłok nie wydziela się wodór. Zatem zasadniczo możliwe jest otrzymanie powłok pozbawionych pęknięć i bardziej odpornych na korozję.
Z punktu widzenia badań interesujące są ciecze jonowe na bazie eutektyki chlorku choliny. Ciecze jonowe na bazie eutektycznego chlorku choliny można łatwo stosować w warunkach otoczenia. Uzyskaliśmy i przeprowadziliśmy badania następujących mieszanin eutektycznych chlorku choliny z glikolem etylenowym, mocznikiem, kwasem szczawiowym i chlorkiem chromu. Ustalono zależność przewodności elektrycznej tych eutektyk od temperatury.
Technologia Smart Home powstała z myślą o jednym celu – oszczędności czasu poświęcanego na rutynowe prace domowe. Nowe technologie zastosowane w systemie inteligentnego domu uderzają swoją różnorodnością. Za pomocą tzw.
Opiekun naukowy - dr A. A. Kiselev pe. Nauki, profesor Państwowy Uniwersytet Techniczny w Jarosławiu Rozwój stosunków rynkowych wymaga wdrożenia nowej polityki finansowej, zwiększenia wydajności produkcji w każdym konkretnym przedsiębiorstwie chemicznym ...
K. E. Razumova Opiekun naukowy - S. N. Bulikov, doktor nauk ekonomicznych. Nauki, profesor nadzwyczajny Państwowy Uniwersytet Techniczny w Jarosławiu Znaczenie zmian i innowacji wynika z konieczności dostosowania organizacji do wymagań zewnętrznych i wewnętrznych ...
PETROCHEMISTY, 2007, tom 47, nr 5, s. 2007. 339-348
UDC 541,48-143:542,97
© 2007 F. A. Nasirov, F. M. Novruzova, A. M. Aslanbeyli, A. G. Azizov
Instytut Procesów Petrochemicznych, Narodowa Akademia Nauk Azerbejdżanu, Baku E-mail: [e-mail chroniony] Otrzymano od redakcji 02.06.2007
Zestawiono dane dotyczące procesów katalitycznej konwersji olefin i dienów z wykorzystaniem cieczy jonowych (IL) jako rozpuszczalników. Rolę tych związków w rozwiązywaniu problemów środowiskowych omówiono z punktu widzenia zielonej chemii. Rozważane są niektóre procesy przemysłowe z udziałem cieczy jonowych.
Ogólna definicja zielonej chemii to projektowanie i rozwój produktów i procesów chemicznych, które ograniczają lub eliminują użycie i produkcję substancji niebezpiecznych. Każdą substancję i sposób jej wytwarzania poprzez przemiany chemiczne można rozpatrywać w powiązaniu z jej możliwym wpływem na środowisko. Zadanie „zielonej chemii” sprowadza się do opracowania procesów chemicznych, które z jednej strony są akceptowalne ekonomicznie, a z drugiej w minimalnym stopniu zanieczyszczają środowisko. Opracowując takie „czyste” procesy przemysłowe, należy kierować się podanymi w pracach 12 zasadami „zielonej chemii”.
Stosowanie rozpuszczalników przyjaznych dla środowiska lub procesy bez rozpuszczalników stanowią jeden z najważniejszych obszarów zielonej chemii. Typowe rozpuszczalniki organiczne to często dość lotne związki, więc oprócz tego, że są niebezpiecznymi substancjami zanieczyszczającymi powietrze, są zazwyczaj łatwopalne, toksyczne lub rakotwórcze. Zamiast tego zastosowanie IL ma duże znaczenie naukowe i praktyczne przy tworzeniu nowych procesów „zielonej chemii”.
Postępy w zastosowaniu IL w katalizie są szczegółowo opisane w licznych książkach i artykułach poglądowych, w tym także w pracach.
Znaczący postęp osiągnięto w zastosowaniu ILs w procesach katalitycznej konwersji olefin i dienów, takich jak dimeryzacja, oligomeryzacja, alkilowanie i metateza. Potencjał IL jako nowych nośników dla wspomnianych homogenicznych reakcji katalizy został w pełni doceniony dzięki pionierskiej pracy i dogłębnym badaniom całej grupy chemików.
WPROWADZENIE DO CIECZY JONOWYCH
Ciecze jonowe, jako nowa klasa rozpuszczalników alternatywnych, cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na ich niską prężność par, brak toksyczności oraz zdolność do interakcji ze związkami metaloorganicznymi, co otwiera szerokie perspektywy ich zastosowania w katalizie. W zasadzie ogromną różnorodność IL uzyskuje się poprzez zmianę kombinacji kationu i anionu, które z kolei można wybrać dla każdej konkretnej reakcji. Jednocześnie kwestie toksyczności i kosztów tej nowej klasy rozpuszczalników należy oceniać indywidualnie dla każdego przypadku.
IL, składające się z dużego kationu organicznego zawierającego azot i znacznie mniejszego anionu nieorganicznego, to związki z Gpl zwykle poniżej 100-150°C.
W literaturze wspomina się o różnorodnych asocjacjach kationowo-anionowych zdolnych do tworzenia IL o temperaturze pokojowej (RTIL). Ta okoliczność odróżnia je od klasycznych soli stopionych (np. NaCl przy Gpl = 801°C, Na3AlF3 przy Gpl = 1010°C, chlorek tetrabutylofosfoniowy przy Gpl = 80°C, LiCl:KCl mieszanina = 6:4 przy Gpl = 352°C) C. itp.). Izhkt - płyny rozdz. przyr. z dużymi asymetrycznymi kationami w cząsteczce, co zapobiega ścisłemu upakowaniu anionów. IL zawierają kationy amonowe, sulfoniowe, fosfoniowe, litowe, imidazoliowe, pirydyniowe, pikolinowe, pirolidynowe, tiazoliowe, triazoliowe, oksazoliowe i pirazoliowe z różnymi podstawnikami.
Szczególnie interesujące są ciekłe sole na bazie kationu dialkiloimidazoliowego
charakteryzują się szerokim zakresem właściwości fizykochemicznych, które zwykle otrzymuje się w drodze wymiany anionowej z halogenków imidazolu.
Aniony IL dzielą się na dwa typy. Pierwsza składa się z anionów wielopierścieniowych (np.
A12 C1-, A13 C1 10, Au2C17, Fe2C17 i Sb2B-!), powstałe w wyniku oddziaływania odpowiedniego kwasu Lewisa z anionem jednojądrzastym (na przykład
A1C1-) i są szczególnie wrażliwe na powietrze i wodę. Drugi typ to aniony jednojądrzaste wchodzące w skład obojętnych stechiometrycznych IL,
np. VB4, RB6, 2pS133, SiS12, 8pS1-,
N№802)-, N(№802)-, S(SBz802)3, SBzС02,
SB3803, CH380- itp.
Zmieniając grupy alkilowe związku wyjściowego (imidazol, pirydyniowy, fosfoniowy itp.), a także rodzaj związanych z nimi anionów, teoretycznie możliwa jest synteza ogromnej różnorodności IL o różnych właściwościach fizykochemicznych. Autorzy pracy sugerują istnienie aż jednego biliona (1018) możliwych kombinacji kation/anion w IL.
Najczęściej stosowane są chlorogliniany, tetrafluoroborany lub heksafluorofosforany IL na bazie N-alkilopirydyny lub 1,3-dialkiloimidazolu. Organochlorogliniany IL otrzymane z chlorków N-alkilopirydyniowych lub 1,3-dialkiloimidazoliowych i trichlorku glinu mają szeroką granicę fazy ciekłej do 88°C.
Właściwości fizyczne i chemiczne IL (gęstość, przewodność elektryczna, lepkość, kwasowość Lewisa, hydrofobowość, zdolność do tworzenia wiązań wodorowych) można kontrolować poprzez zmianę rodzaju i proporcji składników kationowych i anionowych. W tym przypadku możliwe staje się wytworzenie IL o pożądanych właściwościach nadających się do zastosowania w katalizie.
IL nazywane są „zielonymi rozpuszczalnikami” – ze względu na niską prężność par są nielotne i dlatego nie zapalają się; Dodatkowo nie mieszają się z wieloma powszechnie stosowanymi rozpuszczalnikami organicznymi, co stanowi realną alternatywę przy tworzeniu układów dwufazowych. Właściwość ta ułatwia wydzielenie produktów z mieszaniny reakcyjnej, a także regenerację katalizatora i zawrócenie go do układu wraz z IL. Dwufazowa kataliza ciecz-ciecz sprzyja „heterogenizacji” jednorodnego katalizatora w jednej fazie (zwykle polarnej, w tym przypadku IL) i produktów organicznych w drugiej. Produkt oddziela się od roztworu katalizatora poprzez prostą dekantację, a katalizator stosuje się wielokrotnie bez zmniejszania wydajności
efektywność, selektywność i aktywność procesu. Katalizator typu jonowego można łatwo zatrzymać w fazie IL bez konieczności syntezy specjalnych ligandów. W przypadku, gdy katalizator nie jest naładowany, przejście (ługowanie) drogiego metalu przejściowego do fazy organicznej można ograniczyć poprzez zastosowanie ligandów funkcyjnych specyficznie wprowadzonych do struktury IL. Charakterystyka termodynamiczna i kinetyczna reakcji chemicznych prowadzonych w IL różni się od tych w tradycyjnych lotnych rozpuszczalnikach organicznych, co również jest bardzo interesujące.
W literaturze opisano wiele reakcji chemicznych, w których stosuje się IL jako medium. Do takich reakcji zalicza się kraking, uwodornienie, izomeryzację, dimeryzację, oligomeryzację itp. Wiadomo, że IL stosowane w wielu układach katalitycznych wykazują większą aktywność, selektywność i stabilność niż w przypadku tradycyjnych rozpuszczalników. Często zapewniają lepszą wydajność, wysoce selektywny rozkład produktów reakcji, a w niektórych przypadkach szybszą kinetykę procesu. Reakcje w IL zachodzą również przy niższych ciśnieniach i temperaturach niż reakcje konwencjonalne, co prowadzi do znacznego obniżenia kosztów energii i kapitału.
CIECZE JONOWE W PROCESACH KATALITYCZNYCH KONWERSJI OLEFIN I DIENÓW
Katalityczne procesy dimeryzacji, oligomeryzacji, alkilowania i metatezy olefin i dienów w IL otwierają nowe możliwości ich konwersji w bardziej wartościowe olefiny i inne produkty. Rolą rozpuszczalnika w tych jednorodnych procesach katalitycznych jest rozpuszczenie i stabilizacja cząsteczek monomerów, ligandów i katalizatorów bez interakcji z nimi i bez konkurowania z monomerami o wolne centrum koordynacyjne.
Jako rozpuszczalniki IL charakteryzują się słabą zdolnością koordynacyjną, która w odniesieniu do kompleksu katalitycznego zależy od charakteru anionu. IL, charakteryzujące się niską nukleofilowością, nie konkurują z cząsteczką organiczną o koordynację w elektrofilowym centrum metalu. W niektórych przypadkach ich rola polega po prostu na zapewnieniu polarnego, słabo koordynującego środowiska dla kompleksowego katalizatora metaloorganicznego (jako „nieszkodliwego” rozpuszczalnika) lub jako kokatalizatora (na przykład w przypadku IL chloroglinianów lub chlorocynianów), dzięki czemu mogą około.
działają jako bezpośredni rozpuszczalnik, współrozpuszczalnik i katalizator.
Wiadomo, że większość IL tworzy mieszaniny dwufazowe z wieloma olefinami, a systemy te oferują wszystkie zalety katalizy jednorodnej i heterogenicznej (np. łagodne warunki procesu, wysoki stosunek wydajności do selektywności charakterystyczny dla katalizatorów homogenicznych, łatwe oddzielanie produktów reakcji, optymalne zużycie katalizatorów heterogenicznych).
Obecnie najczęściej badaną reakcją w IL jest dimeryzacja niższych olefin katalizowana związkami niklu przy użyciu rozpuszczalnika typu chloroglinianu.
Francuski Instytut Naftowy (FIN) opracował proces katalityczny dimeryzacji propylenu w chloroglinianie IL na bazie 1-bu-
chlorek til-3-metyloimidazoliowy (bmimCl) – tzw. proces niklowy. Katalizator składa się z L2NiCl2 (L = Ph3P lub pirydyna) w połączeniu z EtAlCl2 (bmimCI/AlQ3/EtAlQ2 = 1/1,2/0,25) i aktywnego katalizatora
kompleks nikiel(II)+AlCl- utworzony in situ podczas alkilowania L2NiCl2 za pomocą EtAlCl2 w kwaśnych alkilochloroglinianach IL. Ponieważ te ostatnie sprzyjają dysocjacji jonowych kompleksów metali, przyjęto, że mają korzystny wpływ na tę reakcję. W temperaturze 5°C i pod ciśnieniem atmosferycznym wydajność procesu sięga ~250 kg dimeru/g Ni, czyli znacznie więcej
Aby przeczytać dalej artykuł, należy zakupić pełny tekst ELISEEV O.L., LAPIDUS A.L. - 2010
AZIZOV A.G., ALIEVA R.V., VELIEVA F.M., GULIEV B.V., IBRAGIMOVA M.D., KHANMETOV A.A. - 2008
