Новый экологически чистый метод синтеза использует глинозем в качестве катализатора

Прочитано: 107 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Новый экологически чистый метод синтеза использует глинозем в качестве катализатора, пригодного для повторного использования.

В рамках международного исследовательского сотрудничества между Университетом Кобе и Медицинским университетом Внутренней Монголии был разработан простой, недорогой и относительно безвредный для окружающей среды метод синтеза производных дифенилметанола с использованием глинозема из Китая. Производные дифенилметанола используются в качестве сырья, в частности, в производстве парфюмерии и фармацевтических препаратов.

Исследователи обнаружили, что глинозем можно многократно повторно использовать для этой реакции, если его промывать водой и сушить между применениями. Эта переработка снижает как потребность в большем количестве глинозема, так и количество образующихся отходов, снижая затраты на синтез и воздействие на окружающую среду. Поскольку глобальное экологическое сознание продолжает расти, исследователи надеются, что этот новый метод химического синтеза будет способствовать созданию углеродно-нейтрального общества и достижению ЦУР.

Это открытие было сделано международной исследовательской группой, в которую входили доцент Цуда Акихико из Высшей школы науки Университета Кобе (который также является приглашенным профессором Медицинского университета Внутренней Монголии) и исследователи из Медицинского университета Внутренней Монголии, в том числе профессор Чаолу Эрдун (который получили докторскую степень в Высшей школе науки Университета Кобе) и лектор Лян Фэнъин.

Заявка на патент на этот метод была подана в Китае в апреле 2021 года, а заявка на приоритет была подана в сентябре того же года. Впоследствии результаты этого исследования были опубликованы онлайн в академическом журнале ChemistryOpen 18 мая 2022 года.

Глинозем (Al 2 O 3) представляет собой оксид алюминия, который в основном используется в качестве сырья для производства алюминия (рис. 1). Однако он также используется в качестве катализатора в области органической синтетической химии. Он в основном используется для реакций, которые требуют жестких условий (таких как высокая температура или высокое давление). Однако оксид алюминия не является широко используемым катализатором по разным причинам, одна из которых заключается в том, что его можно использовать только для небольшого диапазона химических реакций. Глинозем также используется для адсорбции примесей в области органического синтеза и в качестве вещества неподвижной фазы в хроматографии. Однако такие проблемы, как его высокая стоимость в качестве сырья и большое количество несгораемых отходов, которые он образует, означают, что существует тенденция к замене его заменителями. В этих обстоятельствах

Профессор Цуда и команда Медицинского университета Внутренней Монголии открыли простой, недорогой и экологически безопасный способ синтеза производных дифенилметанола (исходных материалов для производства ароматизаторов и фармацевтических препаратов) с использованием китайского оксида алюминия в качестве катализатора и адсорбента (рис. 2). ). Используя хлорид алюминия (AlCl 3) в качестве катализатора обычные органические растворители толуол, ксилол и триметилбензол реагировали с хлороформом. Если полученное вещество дообработать водой, то в основном получится продукт хлорирования. Однако исследователи обнаружили, что если такое же полученное вещество нанести на оксид алюминия, содержащий воду, можно получить производные дифенилметанола. Они также обнаружили, что если полученное вещество нанести на оксид алюминия, содержащий метанол, получается заменитель метанола. Считается, что когда вещество адсорбируется на оксиде алюминия, оно реагирует с водой или спиртом внутри с образованием соответствующего конечного продукта.

Кроме того, исследовательская группа обнаружила, что очень чистый продукт можно получить, даже если он адсорбируется оксидом алюминия, который ранее использовался в качестве катализатора или был нечистым побочным продуктом. Используя вышеупомянутый метод, можно селективно синтезировать три различных продукта.

Однако коммерческий оксид алюминия сравнительно дорог, что затрудняет проведение подобных реакций, требующих больших количеств в промышленных масштабах. Имея это в виду, исследователи попытались повторно использовать оксид алюминия после промывки его водой и высушивания, и обнаружили, что он сохранил свои каталитические и адсорбирующие свойства (рис. 3). Этот процесс переработки может выполняться многократно, что значительно снижает стоимость материалов, а также количество отходов. Для экспериментов по синтезу в лаборатории количество используемого оксида алюминия составляло от нескольких граммов до десятков граммов. Это безопасная реакция с высоким выходом, для завершения которой требуется короткое время (несколько часов), поэтому такое применение глинозема на академическом уровне может быть расширено в различных областях химической промышленности.

При 0°C хлорид алюминия (1,1 г, 8 ммоль) добавляли к смеси хлороформа (30 мл, 0,37 моль) и ароматического субстрата, такого как п-ксилол (1 мл, 8 ммоль), и затем перемешивали в течение шести часов. После этого полученный раствор образца по каплям помещали в имеющуюся в продаже колонку с оксидом алюминия (содержание воды ~1 мас.%) и подвергали колоночной хроматографии с элюентом сухой хлороформ/этилацетат (1:1). Эта хроматография показала, что с использованием этого метода можно получить производные дифенилметанола с выходом 94%. Процессы очистки, такие как перекристаллизация, могут выполняться по мере необходимости для получения конечного продукта высокой чистоты.

Что касается механизма, лежащего в основе этого, считается, что хлороформ и ароматический субстрат подвергаются реакции Фриделя-Крафтса, опосредованной хлоридом алюминия. Полученный реагент и хлорид алюминия поглощаются оксидом алюминия и затем гидролизуются молекулами воды в оксиде алюминия, что приводит к образованию конечного продукта. После удаления конечного продукта из глинозема, глинозем может быть переработан, сначала вымыв адсорбированные соединения, соли и растворители, оставшиеся в глиноземе, а затем высушив его. Следовательно, оксид алюминия можно снова и снова использовать в качестве катализатора этой реакции.

Новые каталитические, адсорбирующие и пригодные для повторного использования свойства оксида алюминия, обнаруженные в ходе этого исследования, имеют потенциальное применение в органическом синтезе соединений, отличных от производных дифенилметанола. Цель состоит в том, чтобы значительно расширить спектр применения этой реакции для разработки более общего метода синтеза, который можно использовать для производства различных полезных химических веществ.

Есть надежда, что на фоне растущего глобального экологического сознания новая химическая реакция, разработанная в этом исследовании, станет новым методом синтеза химических продуктов, который будет способствовать усилиям по переработке, углеродной нейтральности и ЦУР. Прогнозируется, что это приведет к новым инновациям в органическом синтезе и органической химической промышленности. Есть надежда, что дальнейшее развитие этого метода в рамках международного исследовательского сотрудничества с Китаем, производителем глинозема номер один в мире, приведет к его практическому широкомасштабному внедрению.

Новый экологически чистый метод синтеза использует глинозем в качестве катализатора



Новости партнеров