14:57 2023-02-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Transformarea solventului de curățare chimică în compuși chimici utili
_ Transformarea solventului de curățare chimică în compuși chimici utili
O colaborare între grupul de cercetare al profesorului asociat Tsuda Akihiko de la Școala de Științe a Universității Kobe și AGC Incorporated a reușit să sintetizeze diferiți compuși utili din percloretilenă (cunoscută și sub numele de tetracloretilenă), un solvent utilizat în mod obișnuit pentru haine curate uscate.
Compușii pe care i-au sintetizat includ intermediari farmaceutici (tricloracetamidă, derivați de uree și derivați de uretan), precum și un nou poliuretan care conține o grupare fluoroalchil. Acești compuși chimici utili sunt elemente de bază esențiale pentru fabricarea medicamentelor, a materialelor plastice și a altor produse.
Folosind invenția anterioară a Universității Kobe: metoda de sinteză organică „foto-la cerere”, colaborarea de cercetare a dezvoltat o nouă invenție foto- metoda de oxidare (reacție și proces chimic) pentru percloretilenă. Această metodă simplă, sigură și cu costuri reduse pune o povară mai mică asupra mediului și poate sintetiza eficient compușii utili menționați mai sus.
Percloretilena este deja folosită în cantități mari pentru curățarea chimică și alte aplicații. Pe măsură ce lumea se îndreaptă către eforturi și sustenabilitate neutre în carbon, această dezvoltare a cercetării a câștigat atenția ca o modalitate nouă de utilizare a percloretilenei și ca metodă de reciclare a substanțelor chimice.
Patentele au fost depuse în legătură cu aceste rezultate ale cercetării în martie 2019. (internă) și martie 2020 (internațional). Lucrarea academică a fost publicată online în ACS Omega.
Percloretilena este folosită în principal ca solvent de curățare uscată și degresant pentru metale. Chiar dacă percloretilena este inflamabilă și foarte stabilă din punct de vedere chimic, se produc diverse substanțe dacă este foto-oxidată la lumină ultravioletă. Acestea includ clorură de tricloroacetil, fosgen, monoxid de carbon și clor. Aceste substanțe sunt foarte dăunătoare mediului datorită proprietăților lor extrem de toxice sau corozive, totuși sunt materii prime valoroase pentru sinteza organică. Având în vedere problemele actuale de poluare a mediului, dezvoltarea unei metode de reciclare a percloretilenei ar fi benefică. În ciuda acestui fapt, aproape că nu există exemple de utilizare a produselor de foto-oxidare în mod specific din percloretilenă pentru sinteza organică.
Grupul de cercetare al profesorului asociat Tsuda și colab. a fost pionieri mondiali în acest sens, sintetizând cu succes numeroase substanțe chimice utile. compuși care utilizează produși de foto-oxidare ai percloretilenei. În 2012, au solicitat un brevet pentru această inovație. Cu toate acestea, au rămas două probleme cu această metodă anterioară, una științifică și, respectiv, una legată de siguranță: 1. Eficiența reacției a fost scăzută și 2. A fost necesar să se scoată temporar produsele de foto-oxidare toxice și corozive din camera de reacție pentru a le folosi pentru a sintetiza compusul țintă. Pentru a rezolva aceste probleme, acest grup de cercetare a început să lucreze cu AGC Inc. Această colaborare de cercetare între industrie și mediul academic a condus la dezvoltarea în comun a unei metode de sinteză organică care ar putea transforma în siguranță, ieftin și ușor percloretilena în randamente mari de compuși chimici organici la costuri reduse. la mediu.
Cercetătorii au sperat că va fi posibilă dezvoltarea unei noi metode de sinteză organică care să rezolve problemele de siguranță menționate anterior. Aceasta ar implica utilizarea unui amestec de percloretilenă și o amină și ar necesita o reacție instantanee pentru a avea loc in situ între produșii de foto-oxidare ai percloretilenei și amină la iradierea directă cu lumină ultravioletă. Cu toate acestea, cercetătorii au emis ipoteza că fotooxidarea percloretilenei nu ar avea loc pe baza cunoștințelor științifice comune că aminele absorb lumina ultravioletă.
Chiar dacă foto-oxidarea a avut loc, ei au prezis că reacția ulterioară nu va progresa așa cum s-a sperat. Acest lucru se datorează faptului că acidul clorhidric (HCl) produs în reacția dintre produșii de fotooxidare și amină ar transforma amina în sare clorhidrat. În experimente în condiții normale de reacție (sub temperatura camerei), cercetătorii au descoperit că fotooxidarea percloretilenei a avut loc lent, iar amina s-a format în sare clorhidrat în același timp.
O perioadă lungă de expunere a cauzat o parte din amina se fotodescompune, rezultând o colorare puternică. Aceste experimente au arătat că fotooxidarea percloretilenei are ca rezultat o serie extrem de complexă de reacții chimice.
De aceea, grupul de cercetare a încălzit o soluție mixtă de percloretilenă și amină la peste 70°C în speranța că (1) gazul -viteza de reacție de fază ar fi crescută prin vaporizarea parțială a percloretilenei și (2) reacția ar avea loc chiar dacă amina s-ar forma în sare clorhidrat. Cercetătorii au descoperit că reacția așteptată a avut loc într-o perioadă scurtă de timp și s-a obținut un singur produs.
Pe baza acestei descoperiri, cercetătorii au sintetizat randamente de ~97% din diferite tricloroacetamide N-substituite (NTCA, care protejează chimic izocianații care servesc ca precursori ai uretanului). Prin urmare, se crede că mecanismul din spatele fotooxidării percloretilenei nu este doar o reacție de fotooxidare.
În schimb, aceasta are loc probabil ca rezultat al unei reacții radicalice în lanț cauzate de radicalii de clor care sunt generați atunci când lumina se scindează. legăturile C-Cl. Clorura de tricloroacetil produsă reacționează instantaneu in situ cu amina și clorura de amină, iar această reacție este considerată a fi cea care determină formarea NTCA.
Grupul de cercetare a reușit să sintetizeze până la 10 grame dintr-un total de 21 de compuși. inclusiv cele fluorurate, prin urmare această nouă metodă de sinteză organică poate fi aplicată la producerea unei game largi de compuși chimici utili. În plus, este posibilă extinderea metodei doar prin utilizarea unei camere de reacție mai mare.
NTCA-urile obținute pot fi transformate în derivați de uree și derivați de uretan prin reacții de substituție catalizate de baze cu amine sau alcooli. Aceste reacții produc și cloroform ca produs secundar (care ar putea fi folosit ca solvent reciclat sau ca precursor chimic).
Se crede că NTCA se descompune în izocianați și apoi adăugarea ulterioară de amine sau alcooli. progresează reacția. Într-o aplicare a acestei reacții chimice, cercetătorii au sintetizat cu succes un nou poliuretan fluoroalchil dintr-un NTCA care conține fluor. Compușii fluoroalchilici tind să aibă proprietăți hidrofuge, uleioase, ignifuge și rezistente la intemperii.
Folosind metoda de sinteză foto-la cerere, grupul de cercetare a reușit să sintetizeze diverși compuși chimici organici (inclusiv derivați de uree). , derivați de uretan și poliuretan) dintr-o soluție de percloretilenă și amină într-un mod sigur, ieftin și relativ prietenos cu mediul.
Pentru a dezvolta această metodă de fotoreacție și mai departe, profesorul Tsuda și colab. folosesc în prezent un sistem de reacție în flux în eforturile lor de a dezvolta o metodă de sinteză organică continuă. Având potențialul său de a contribui la realizarea unei societăți durabile, se așteaptă ca această realizare a cercetării să fie utilizată în viitor ca o modalitate nouă de utilizare a percloretilenei chimice abundente și ca metodă de reciclare a substanțelor chimice.
Comentarii:
Adauga Comentariu