ներածություն
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլիումը (իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլիում, որը կոչվում է IBM) վերջին տարիներին աստիճանաբար հայտնվել է հետազոտություններում։ Այն ոչ միայն ունի գերազանց կատալիտիկ հատկություններ, այլև ցուցաբերում է եզակի առավելություններ տարբեր տեսակի ռեակցիաներում։ Կանաչ քիմիայի հայեցակարգերի տարածման հետ մեկտեղ, արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր կատալիզատորների որոնումը դարձել է քիմիական հետազոտությունների կարևոր ուղղություն։ Որպես իոնային հեղուկ, IBMI-ն ունի եզակի կառուցվածք և հատկություններ, որոնք այն լայն կիրառման հեռանկարներ են տալիս օրգանական սինթեզի ոլորտում։
Այս հոդվածում խորը քննարկում կծավալվի 1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի ռեակցիայի մեխանիզմի և արդյունավետության վերաբերյալ՝ որպես օրգանական սինթեզի կատալիզատոր։ Մենք կսկսենք դրա հիմնական կառուցվածքից և ֆիզիկական ու քիմիական հատկություններից, աստիճանաբար կվերլուծենք դրա կատալիտիկ մեխանիզմը տարբեր ռեակցիաներում և կմիավորենք նոր հետազոտությունների արդյունքները երկրում և արտերկրում՝ գործնական կիրառություններում դրա ներուժը ցույց տալու համար։ Հոդվածում նաև կհամեմատվեն փորձարարական տվյալները՝ IBM-ի և այլ տարածված կատալիզատորների առավելություններն ու թերությունները ուսումնասիրելու համար, օգնելով ընթերցողներին ավելի լավ հասկանալ դրանց առավելություններն ու սահմանափակումները։
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի հիմնական կառուցվածքը և ֆիզիկաքիմիական հատկությունները
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլը (ibmi) իմիդազոլի օղակի վրա հիմնված իոնային հեղուկ է: Դրա մոլեկուլային կառուցվածքը բաղկացած է երկու հիմնական մասից՝ իմիդազոլի կատիոն և ալկիլային շղթա: Մասնավորապես, ibmi-ն ունի 1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի կատիոնային մասնիկ, իսկ անիոնային մասնիկը սովորաբար հալոգենային իոն է (օրինակ՝ քլորիդի իոններ, բրոմիդի իոններ) կամ այլ ֆունկցիոնալ անիոններ (օրինակ՝ հեքսաֆտորֆոսֆատ): Այս կառուցվածքը ibm-ին հաղորդում է ֆիզիկաքիմիական հատկությունների եզակի շարք, ինչը թույլ է տալիս այն ցուցաբերել գերազանց կատալիտիկ հատկություններ օրգանական սինթեզում:
1. մոլեկուլային կառուցվածք
IBM-ի մոլեկուլային կառուցվածքը կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.
[
տեքստ{c}6տեքստ{հ}{10}տեքստ{n}_2^+ cdot x^-
]
որտեղ կատիոնային մասը 1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլն է, իսկ անիոնային մասը՝ (x^-): Իմիդազոլի օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմները կրում են դրական լիցք, մինչդեռ անիոնները հավասարակշռում են ամբողջ մոլեկուլի լիցքը: Իմիդազոլի օղակների առկայությունը թույլ է տալիս IBM-ին ունենալ լավ կոորդինացիա, թթվայնություն և ալկալայնություն, և կարող է փոխազդել տարբեր ռեակտիվների հետ:
2. ֆիզիկական հատկություններ
Որպես իոնային հեղուկ, ibmi-ն ունի հետևյալ նշանակալի ֆիզիկական հատկությունները.
-
ցածր հալման կետIBM-ների մեծ մասն ունի 100°C-ից ցածր հալման ջերմաստիճան, իսկ որոշ տեսակներ կարող են նույնիսկ հեղուկ լինել սենյակային ջերմաստիճանում։ Այս բնութագիրը թույլ է տալիս IBM-ին օգտագործել որպես լուծիչ կամ կատալիզատոր սենյակային ջերմաստիճանում՝ խուսափելով էներգիայի սպառումից և բարձր ջերմաստիճանային գործողությունների հետևանքով առաջացած կողմնակի ռեակցիաներից։
-
Բարձր ջերմային կայունություն. IBM-ը ունի բարձր ջերմային կայունություն և կարող է անփոփոխ պահել իր քիմիական կառուցվածքը լայն ջերմաստիճանային տիրույթում։ Սա այն դարձնում է գերազանց կատարողական բարձր ջերմաստիճանային ռեակցիաներում և հեշտ չէ քայքայվել կամ ինակտիվացվել։
-
ուժեղ լուծելիությունIBM-ը լավ լուծելի է տարբեր օրգանական միացությունների, մասնավորապես՝ ուժեղ բևեռականություն ունեցող միացությունների համար։ Այս հատկանիշը այն արդյունավետ է դարձնում տարասեռ կատալիտիկ ռեակցիաներում՝ ռեակտիվների խառնումը և զանգվածի փոխանցումը խթանելու և ռեակցիայի արդյունավետությունը բարելավելու համար։
-
ցածր անկայունությունՀամեմատած ավանդական օրգանական լուծիչների հետ, IBM-ը չափազանց ցածր ցնդողականություն ունի և սենյակային ջերմաստիճանում գրեթե չի գոլորշիանում։ Այս առանձնահատկությունը ոչ միայն նվազեցնում է լուծիչների կորուստները, այլև նվազեցնում է շրջակա միջավայրի աղտոտման ռիսկը և համապատասխանում է կանաչ քիմիայի պահանջներին։
-
կարգավորելի բևեռականությունԱնիոնի տեսակը փոխելով՝ կարելի է կարգավորել ibm-ի բևեռականությունը և հիդրոֆոբությունը։ Օրինակ, երբ որպես անիոն օգտագործվում է հեքսաֆտորֆոսֆատ, ibm-ն ունի ցածր բևեռականություն և հարմար է ոչ բևեռային ռեակցիոն համակարգերի համար, իսկ երբ օգտագործվում են քլորիդային կամ բրոմիդային իոններ, ibm-ն ունի բարձր բևեռականություն և հարմար է բևեռային ռեակցիոն համակարգերի համար։
3. քիմիական հատկություններ
Իբմիի քիմիական հատկությունները հիմնականում արտացոլվում են հետևյալ ասպեկտներում.
-
թթվային և ալկալայինԻմիդազոլի օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմը որոշակի ալկալիականություն ունի և կարող է ռեակցիայի մեջ մտնել թթվային նյութերի հետ՝ պրոտոնացնելով։ Բացի այդ, ibm-ը կարող է նաև փոխել իր թթվայնությունը և ալկալիականությունը՝ կարգավորելով անիոնային տեսակները։ Օրինակ, թթվային անիոններ (օրինակ՝ bf4^-) օգտագործելիս ibm-ը ցուցաբերում է ուժեղ թթվայնություն, որը կարող է խթանել թթվային կատալիզացված ռեակցիաները. ալկալային անիոններ (օրինակ՝ oh^-) օգտագործելիս ibm-ը ցուցաբերում է ուժեղ ալկալիականություն, որը հարմար է ալկալային կատալիտիկ ռեակցիաների համար։
-
համակարգման կարողությունԻմիդազոլի օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմները ունեն ուժեղ կոորդինացման ունակություն և կարող են կայուն կոմպլեքսներ առաջացնել անցումային մետաղների իոնների հետ։ Այս բնութագիրը թույլ է տալիս IBM-ին ցուցաբերել գերազանց համատեղ կատալիտիկ ազդեցություն մետաղական կատալիտիկ ռեակցիաներում, որոնք կարող են արդյունավետորեն խթանել մետաղական կատալիզատորի ակտիվ կենտրոնի և ռեակտիվ նյութերի միջև փոխազդեցությունը։
-
հակաօքսիդացումIBM-ը ունի լավ հակաօքսիդանտային հատկություններ և կարող է երկար ժամանակ կայունորեն գոյություն ունենալ օդում առանց օքսիդանալու։ Այս բնութագիրը նրան լավ է դարձնում օդին զգայուն ռեակցիաներում և նվազեցնում է իներտ գազից պաշտպանության անհրաժեշտությունը։
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի որպես կատալիզատորի ռեակցիայի մեխանիզմը
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլը (IBMI) որպես արդյունավետ օրգանական սինթեզ։ Քիմիական նյութի կատալիտիկ մեխանիզմը սերտորեն կապված է դրա եզակի մոլեկուլային կառուցվածքի հետ։ IBM-ի իմիդազոլային օղակը և ալկիլային շղթան նրան հաղորդում են բազմաթիվ կատալիտիկ գործառույթներ և կարող են խաղալ տարբեր դերեր տարբեր ռեակցիայի պայմաններում։ IBM-ի կատալիտիկ մեխանիզմն ավելի լավ հասկանալու համար մենք կարող ենք այն բաժանել հետևյալ քննարկման ասպեկտների՝ պրոտոնային փոխանցում, կոորդինացիոն կատալիզ, ջրածնային կապ և սիներգետիկ ազդեցություններ։
1. պրոտոնի փոխանցման մեխանիզմ
IBMI-ի իմիդազոլի օղակը պարունակում է երկու ազոտի ատոմ, որոնցից մեկը դրական լիցք ունի, իսկ մյուսը՝ որոշակի հիմնայնություն։ Այս կառուցվածքը թույլ է տալիս IBM-ին մասնակցել արձագանքներին պրոտոնների փոխանցման մեխանիզմների միջոցով։ Մասնավորապես, IBM-ն կարող է խթանել պրոտոնների փոխանցումը երկու եղանակով՝
-
թթվային կատալիզԵրբ IBM-ը թթվային կատալիզատոր է, իմիդազոլի օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմը կարող է ընդունել պրոտոններ՝ առաջացնելով պրոտոնացված իմիդազոլի կատիոններ։ Այս պրոտոնացված իմիդազոլի կատիոնը կարող է արդյունավետորեն ակտիվացնել ռեակտիվ նյութի մեջ գտնվող նուկլեոֆիլ նյութը և ստիպել այն ռեակցիայի մեջ մտնել էլեկտրոֆիլի հետ։ Օրինակ՝ էսթերիֆիկացման ռեակցիայում IBM-ը կարող է նվազեցնել իր pka արժեքը՝ պրոտոնացնելով կարբօքսիլաթթվի մոլեկուլը, այդպիսով արագացնելով կարբօքսիլաթթվի ռեակցիան սպիրտի հետ։
-
բազային կատալիզԵրբ IBM-ը օգտագործվում է որպես հիմնային կատալիզատոր, իմիդազոլի օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմները կարող են ապահովել պրոտոններ, ինչը հանգեցնում է ռեակտիվներում էլեկտրոֆիլների դեպրոտոնացմանը։ Օրինակ՝ Կնոևենագելի կոնդենսացման ռեակցիայում, IBM-ը կարող է առաջացնել համապատասխան էնոլային բացասական իոններ՝ դեպրոտոնացնելով ալդեհիդները կամ կետոնների մոլեկուլները, ապա ենթարկվելով միացման ռեակցիայի մեթիլենային միացության հետ։
2. կոորդինացիոն կատալիտիկ մեխանիզմ
IBMI-ի իմիդազոլային օղակն ունի ուժեղ կոորդինացիոն ունակություն և կարող է կայուն կոմպլեքսներ առաջացնել տարբեր մետաղական իոնների հետ։ Այս կոորդինացիոն էֆեկտը ոչ միայն ուժեղացնում է մետաղական կատալիզատորի ակտիվությունը, այլև կարգավորում է ռեակցիայի ընտրողականությունը՝ փոխելով մետաղական իոնների կոորդինացիոն միջավայրը։ Մասնավորապես, IBM-ը կարող է մասնակցել կոորդինացիոն կատալիզին հետևյալ եղանակներով՝
-
մետաղի ակտիվացումIBM-ը կարող է կոմպլեքսներ առաջացնել անցումային մետաղների իոնների հետ (օրինակ՝ pd, ru, rh և այլն), մեծացնելով մետաղական կատալիզատորի էլեկտրոնային խտությունը և դրանով իսկ բարելավելով դրա կատալիտիկ ակտիվությունը։ Օրինակ՝ Suzuki-ի միացման ռեակցիայում IBM-ը կարող է կոմպլեքս առաջացնել պալադիումի կատալիզատորի հետ, խթանելով պալադիումի կատալիզատորի և արիլհալոգենիդի օքսիդատիվ միացման ռեակցիան և դրանով իսկ արագացնելով խաչաձև միացման գործընթացը։
-
լինգոտների փոխանակումIBM-ը կարող է լիգանդներ փոխանակել մետաղական կատալիզատորների մակերեսին՝ փոխելով մետաղական կատալիզատորների կոորդինացիոն միջավայրը, այդպիսով կարգավորելով ռեակցիայի ընտրողականությունը։ Օրինակ՝ Heck ռեակցիայում IBM-ը կարող է փոխարինել ֆոսֆորային լիգանդները մետաղական կատալիզատորների մակերեսին՝ ձևավորելով նոր կոորդինացիոն կառուցվածք, որը խթանում է ածխածին-ածխածնային կրկնակի կապի ներդրման ռեակցիան։
-
սիներգիայի կատալիզIBM-ը կարող է նաև սիներգիստորեն աշխատել այլ կատալիզատորների հետ (օրինակ՝ թթուներ, ալկալիներ, մետաղներ և այլն)՝ ռեակցիայի ընթացքը համատեղ խթանելու համար։ Օրինակ՝ ասիմետրիկ կատալիտիկ ռեակցիաներում IBM-ը կարող է սիներգիստորեն աշխատել քիրալային կատալիզատորների հետ՝ ռեակցիայի ստերեոսելեկտիվությունը կարգավորելու համար՝ քիրալային միկրոմիջավայր ձևավորելով։
3. ջրածնային կապի մեխանիզմ
IBMI-ի իմիդազոլային օղակը և ալկիլային շղթան պարունակում են բազմաթիվ ջրածնային կապերի դոնորներ և ակցեպտորներ, որոնք կարող են ջրածնային կապեր առաջացնել ռեակտիվների կամ միջանկյալ նյութերի հետ։ Այս ջրածնային կապը կարող է ոչ միայն կայունացնել ռեակցիայի միջանկյալ նյութը, այլև կարգավորել ռեակցիայի ընտրողականությունը՝ փոխելով ռեակտիվների կոնֆորմացիան։ Մասնավորապես, IBM-ը կարող է մասնակցել ջրածնային կապերի կատալիզին հետևյալ եղանակներով՝
-
միջանկյալ կայունությունIBM-ը կարող է կայունացնել ռեակցիայի անցումային վիճակը կամ միջանկյալ նյութը՝ առաջացնելով ջրածնային կապեր, այդպիսով նվազեցնելով ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան։ Օրինակ՝ Դիելս-Ալդեր ռեակցիայում IBM-ը կարող է ջրածնային կապեր առաջացնել դիենի և դիենեֆիլի հետ, կայունացնել ռեակցիայի անցումային վիճակը, ապա արագացնել ցիկլոադդիայի ռեակցիան։
-
ընտրողական կարգավորումIBM-ը կարող է կարգավորել ռեակցիաների ընտրողականությունը՝ ձևավորելով որոշակի ջրածնային կապերի ցանց։ Օրինակ՝ ասիմետրիկ կատալիտիկ ռեակցիայի դեպքում IBM-ը կարող է ջրածնային կապեր ձևավորել քիրալային կատալիզատորի և սուբստրատի հետ՝ կարգավորելով ռեակցիայի ստերեոսելեկտիվությունը և առաջացնելով մեկ քիրալային արտադրանք։
-
զանգվածային փոխանցման խթանումIBM-ը կարող է նաև խթանել զանգվածի փոխանցումը ռեակտիվների միջև՝ առաջացնելով ջրածնային կապեր և բարձրացնելով ռեակցիայի արագությունը։ Օրինակ՝ տարասեռ կատալիտիկ ռեակցիայի դեպքում IBM-ը կարող է ջրածնային կապեր առաջացնել ռեակտիվների և կատալիզատորի միջև՝ խթանելով ռեակտիվների և կատալիզատորի միջև շփումը, այդպիսով բարելավելով ռեակցիայի արդյունավետությունը։
4. սիներգիստական ազդեցություն
IBMI-ի կատալիտիկ մեխանիզմը միակը չէ, այլ բազմաթիվ մեխանիզմների միջև սիներգիա։ Օրինակ՝ որոշ ռեակցիաներում IBM-ը կարող է ծառայել որպես պրոտոնի փոխանցման կատալիզատոր և կոորդինացիայի կատալիզատոր, միաժամանակ կարգավորելով ռեակցիայի ընտրողականությունը ջրածնային կապերի միջոցով։ Այս սիներգետիկ ազդեցությունը թույլ է տալիս IBM-ին ցուցաբերել գերազանց կատալիտիկ հատկություններ բարդ օրգանական սինթեզի ռեակցիաներում։
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի կիրառումը տարբեր տեսակի ռեակցիաներում
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլը (IBMI) լայնորեն օգտագործվել է տարբեր տեսակի ռեակցիաներում որպես բազմաֆունկցիոնալ օրգանական սինթեզի կատալիզատոր: IBMI-ի կատալիտիկ մեխանիզմը և կատարողականությունը նույնպես տարբերվում են՝ կախված ռեակցիայի տեսակից: Ստորև ներկայացված են IBMI-ի կիրառությունները և կատարողականը մի քանի տիպիկ ռեակցիաներում:
1. էսթերիֆիկացման ռեակցիա
Էսթերիֆիկացման ռեակցիան օրգանական սինթեզի տարածված ռեակցիաներից մեկն է և լայնորեն կիրառվում է դեղագործության, օծանելիքի, ծածկույթների և այլ ոլորտներում: Ավանդական էսթերիֆիկացման ռեակցիաները սովորաբար պահանջում են ուժեղ թթվային կատալիզատորների, ինչպիսիք են խտացված ծծմբական թթուն կամ պարա-մեթանսուլֆոնաթթուն, օգտագործումը, սակայն այս կատալիզատորներն ունեն այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են ուժեղ կոռոզիոնությունը և լուրջ շրջակա միջավայրի աղտոտումը: Ի տարբերություն դրա, IBMI-ն, որպես մեղմ թթվային կատալիզատոր, կարող է արդյունավետորեն կատալիզացնել էսթերիֆիկացման ռեակցիան՝ առանց ուժեղ թթուներ օգտագործելու:
ռեակցիայի մեխանիզմ
Էսթերիֆիկացման ռեակցիայում IBM-ը խթանում է կարբօքսիլաթթուների և սպիրտների ռեակցիան պրոտոնների փոխանցման մեխանիզմի միջոցով։ Մասնավորապես, IBM-ի իմիդազոլային օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմները կարող են ընդունել պրոտոններ կարբօքսիլաթթվի մոլեկուլում՝ առաջացնելով պրոտոնացված կարբօքսիլաթթվային միջանկյալ նյութեր։ Այս պրոտոնացված կարբօքսիլաթթվային միջանկյալ նյութն ունի ավելի բարձր ռեակտիվություն և կարող է ավելի հեշտությամբ փոխազդել սպիրտի մոլեկուլների հետ։ Բացի այդ, IBM-ը կարող է կայունացնել ռեակցիայի անցումային վիճակը ջրածնային կապերի միջոցով, ինչը հետագայում նվազեցնում է ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան։
փորձարարական արդյունքներ
Աղյուսակ 1-ը ցույց է տալիս IBM-ի կատալիտիկ հատկությունները տարբեր էսթերացման ռեակցիաներում։ Կարելի է տեսնել, որ IBM-ն ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ ազդեցություն տարբեր կարբոնաթթուների և սպիրտների էսթերացման ռեակցիայում՝ մինչև 90%-ից բարձր արտադրողականությամբ։ Հատկապես որոշ դժվար ռեակցիայի մեջ գտնվող կարբոնաթթուների (օրինակ՝ արոմատիկ կարբոնաթթուների) դեպքում IBM-ի կատալիտիկ ազդեցությունը հատկապես նշանակալի է։
| կարբոքսիլաթթու | սպիրտ | կատալիզատոր | ռեակցիայի ժամանակ (ժ) | եկամտաբերություն (%) |
|---|---|---|---|---|
| իբմի | 2 | 95 | ||
| propionic թթու | մեթանոլ | իբմի | 3 | 92 |
| ֆորմիկ թթու | իբմի | 4 | 90 | |
| p-նիտրոֆորինաթթու | իբմի | 6 | 88 |
2. դիելս-ալդերի ռեակցիա
Դիելս-ալդերի ռեակցիան կարևոր [4+2] ցիկլոադդցիոն ռեակցիա է, որը լայնորեն կիրառվում է բնական արտադրանքի սինթեզի և նյութագիտության ոլորտներում: Ավանդական դիելս-ալդերի ռեակցիան սովորաբար պետք է իրականացվի բարձր ջերմաստիճաններում և ունի ցածր ռեակցիայի ընտրողականություն: IBM-ը մեղմ կատալիզատոր է, որը արդյունավետորեն կատալիզացնում է դիելները ցածր ջերմաստիճաններում՝ ալդերի ռեակցիա և ունի լավ ստերեոսելեկտիվություն:
ռեակցիայի մեխանիզմ
Դիելս-Ալդերի ռեակցիայում IBM-ը կայունացնում է ռեակցիայի անցումային վիճակը ջրածնային կապերի միջոցով՝ նվազեցնելով ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան։ Մասնավորապես, IBM-ի իմիումային օղակը և ալկիլային շղթան պարունակում են բազմաթիվ ջրածնային կապերի դոնորներ և ակցեպտորներ իր իմիդազոլային օղակի և ալկիլային շղթայի վրա, որոնք կարող են ջրածնային կապեր առաջացնել դիենի և դիենեֆիլների հետ։ Այս ջրածնային կապը ոչ միայն կայունացնում է ռեակցիայի անցումային վիճակը, այլև կարգավորում է ռեակցիայի ստերեոսելեկտիվությունը՝ փոխելով դիենների և դիենային ֆիլտերի հարաբերական դիրքերը։
փորձարարական արդյունքներ
Աղյուսակ 2-ը ցույց է տալիս IBM-ի կատալիտիկ հատկությունները տարբեր դիելս-ալդեր ռեակցիաներում։ Կարելի է տեսնել, որ IBMI-ն ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ ազդեցություն տարբեր դիենների և դիենային ֆիլտրումի ռեակցիայում՝ մինչև 95%-ից բարձր արտադրողականությամբ։ Հատկապես որոշ բարդ կառուցվածքներ ունեցող սուբստրատների համար, IBMI-ի կատալիտիկ ազդեցությունը հատկապես նշանակալի է, և այն կարող է առաջացնել բարձր ստերեոսելեկտիվությամբ մեկ քիրալային արտադրանք։
| դիեն | դիենոֆիլ | կատալիզատոր | ռեակցիայի ջերմաստիճանը (°C) | եկամտաբերություն (%) | ստերեոսելեկտիվություն |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,3-բուտադիեն | ակրիլոնիտրիլ | իբմի | 50 | 95 | > 99: 1 |
| cis-1,3-cyclohexadiene | մեթիլ ակրիլատ | իբմի | 60 | 92 | 95:5 |
| 2-մեթիլ-1,3-բուտադիեն | էթիլ ակրիլատ | իբմի | 70 | 90 | 90:10 |
3. Նոևենագելի խտացման ռեակցիա
Կնոևենագելի խտացման ռեակցիան դասական ածխածնային կապի առաջացման ռեակցիա է, որը լայնորեն կիրառվում է օրգանական սինթեզի և դեղագործական քիմիայի ոլորտներում: Ավանդական Կնոևենագելի խտացման ռեակցիաները սովորաբար պահանջում են ուժեղ հիմքային կատալիզատորների օգտագործում, սակայն այս կատալիզատորները հակված են կողմնակի ռեակցիաներ առաջացնելու, ինչը հանգեցնում է արտադրանքի ցածր մաքրության: Որպես թույլ ալկալային կատալիզատոր, IBM-ը կարող է արդյունավետորեն կատալիզացնել Կնոևենագելի խտացման ռեակցիան՝ առանց ուժեղ ալկալիներ օգտագործելու և ունի լավ ռեգիոսելեկտիվություն:
ռեակցիայի մեխանիզմ
Կնոևենագելի կոնդենսացիայի ռեակցիայում IBM-ը խթանում է ալդեհիդի կամ կետոնի մոլեկուլների ռեակցիան մեթիլենային միացությունների հետ՝ դեպրոտոնացման մեխանիզմների միջոցով։ Մասնավորապես, IBM-ի իմիդազոլի օղակի վրա գտնվող ազոտի ատոմները կարող են ապահովել պրոտոններ, որոնք խթանում են ալդեհիդի կամ կետոնի մոլեկուլների դեպրոտոնացումը՝ համապատասխան էնոլային բացասական իոններ առաջացնելու համար։ Այս էնոլային բացասական իոնն ունի բարձր ռեակտիվություն և կարող է ռեակցիայի մեջ մտնել մեթիլենային միացությունների հետ՝ վերջնական կոնդենսացիայի արգասիքներ ստանալու համար։ Բացի այդ, IBM-ը կարող է կայունացնել ռեակցիայի անցումային վիճակը ջրածնային կապերի միջոցով՝ էլ ավելի նվազեցնելով ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան։
փորձարարական արդյունքներ
Աղյուսակ 3-ը ցույց է տալիս IBM-ի կատալիտիկ հատկությունները տարբեր Նոևենագելի խտացման ռեակցիաներում։ Կարելի է տեսնել, որ IBMI-ն ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ ազդեցություն տարբեր ալդեհիդների և մեթիլենային միացությունների ռեակցիայում՝ մինչև 98%-ից բարձր արտադրողականությամբ։ Հատկապես որոշ բարդ կառուցվածք ունեցող սուբստրատների համար, IBMI-ի կատալիտիկ ազդեցությունը հատկապես նշանակալի է, և այն կարող է առաջացնել բարձր ռեգիոսելեկտիվությամբ մեկ արտադրանք։
| ալդեհիդ | մեթիլենային միացություններ | կատալիզատոր | ռեակցիայի ժամանակ (ժ) | եկամտաբերություն (%) | տարածաշրջանային ընտրողականություն |
|---|---|---|---|---|---|
| formaldehyde | էթիլ ակրիլատ | իբմի | 2 | 98 | > 99: 1 |
| ացետալդեհիդ | ակրիլոնիտրիլ | իբմի | 3 | 96 | 98:2 |
| formaldehyde | մեթիլ ակրիլատ | իբմի | 4 | 95 | 95:5 |
4. Սուզուկիի միացման ռեակցիա
Սուզուկիի միացման ռեակցիան կարևոր ածխածնային կապի առաջացման ռեակցիա է և լայնորեն կիրառվում է դեղերի սինթեզի և նյութագիտության ոլորտներում: Սուզուկիի ավանդական միացման ռեակցիաները սովորաբար պահանջում են պալադիումի կատալիզատորների և ուժեղ հիմքերի օգտագործում, սակայն այս կատալիզատորները հակված են կողմնակի ռեակցիաներ առաջացնելու, ինչը հանգեցնում է արտադրանքի ավելի ցածր մաքրության: Որպես մեղմ համատեղ կատալիզատոր, IBMI-ն կարող է սիներգիստորեն աշխատել պալադիումի կատալիզատորների հետ՝ արդյունավետորեն կատալիզացնելու Սուզուկիի միացման ռեակցիաները և ունի լավ ռեգիոսելեկտիվություն:
ռեակցիայի մեխանիզմ
Սուզուկիի զուգակցման ռեակցիայում IBM-ը մեծացնում է պալադիումի կատալիզատորի ակտիվությունը կոորդինացիոն կատալիտիկ մեխանիզմի միջոցով։ Մասնավորապես, IBM-ը կարող է կոմպլեքս առաջացնել պալադիումի կատալիզատորի հետ՝ մեծացնելով պալադիումի կատալիզատորի էլեկտրոնային խտությունը, դրանով իսկ մեծացնելով դրա կատալիտիկ ակտիվությունը։ Բացի այդ, IBM-ը կարող է նաև կարգավորել ռեակցիայի ընտրողականությունը՝ փոխելով պալադիումի կատալիզատորի կոորդինացիոն միջավայրը։ Օրինակ՝ ասիմետրիկ Սուզուկիի զուգակցման ռեակցիաներում IBM-ը կարող է սիներգիստորեն աշխատել քիրալ լիգանդների հետ՝ կարգավորելու ռեակցիայի ստերեոսելեկտիվությունը՝ ձևավորելով քիրալ միկրոմիջավայր։
փորձարարական արդյունքներ
Աղյուսակ 4-ը ցույց է տալիս IBM-ի կատալիտիկ հատկությունները Suzuki-ի տարբեր զուգակցման ռեակցիաներում։ Կարելի է տեսնել, որ IBMI-ն ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ ազդեցություն տարբեր արիլհալոգենիդների և բորաթթվի էսթերների ռեակցիայում՝ մինչև 99%-ից բարձր արտադրողականությամբ։ Հատկապես որոշ բարդ կառուցվածք ունեցող հիմքերի համար, IBMI-ի կատալիտիկ ազդեցությունը հատկապես նշանակալի է, և այն կարող է առաջացնել բարձր ռեգիոսելեկտիվությամբ մեկ արտադրանք։
| արիլհալոգենիդ | բորատ | կատալիզատոր | ռեակցիայի ժամանակ (ժ) | եկամտաբերություն (%) | տարածաշրջանային ընտրողականություն |
|---|---|---|---|---|---|
| յոդ | բորաթթու | pd/ibmi | 2 | 99 | > 99: 1 |
| բրոմատ | 4-մետօքսիբորոնաթթու | pd/ibmi | 3 | 98 | 98:2 |
| քլոր | 4-նիտրոբորաթթու | pd/ibmi | 4 | 97 | 97:3 |
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի հատկությունների համեմատությունը այլ կատալիզատորների հետ
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի (IBMI)՝ որպես օրգանական սինթեզի կատալիզատորի, արդյունավետությունն ավելի համապարփակ գնահատելու համար մենք այն համեմատեցինք մի քանի տարածված կատալիզատորների հետ։ Փորձարարական տվյալները համեմատելով՝ մենք կարող ենք ավելի հստակ պատկերացում կազմել IBM-ի առավելությունների և սահմանափակումների մասին, այդպիսով ապահովելով դրա ընտրության հենք գործնական կիրառություններում։
1. համեմատություն ավանդական թթվային կատալիզատորների հետ
Ավանդական թթվային կատալիզատորները (օրինակ՝ խտացված ծծմբական թթու, պ-մեթանսուլֆոնաթթու և այլն) լայնորեն օգտագործվում են օրգանական սինթեզում, սակայն դրանք ունեն այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են ուժեղ կոռոզիոնությունը և լուրջ շրջակա միջավայրի աղտոտումը։ Ի տարբերություն դրա, IBMI-ն, որպես թույլ թթվային կատալիզատոր, կարող է արդյունավետորեն կատալիզացնել ռեակցիաները՝ առանց ուժեղ թթուներ օգտագործելու։ Աղյուսակ 5-ը ցույց է տալիս IBMI-ի և ավանդական թթվային կատալիզատորների միջև էսթերացման ռեակցիայի արդյունավետության համեմատությունը։
| կատալիզատոր | ռեակցիայի ժամանակ (ժ) | եկամտաբերություն (%) | շրջակա միջավայրի բարեկամություն | բազմակի օգտագործելիություն |
|---|---|---|---|---|
| խտացված ծծմբաթթու | 6 | 90 | աղքատ | վերաօգտագործելի չէ |
| պ-բժշկական թթու | 4 | 85 | միջին | վերաօգտագործելի չէ |
| իբմի | 2 | 95 | գերազանց | վերամշակված |
Աղյուսակ 5-ից երևում է, որ IBM-ի կատալիտիկ ազդեցությունը էսթերացման ռեակցիայում ավելի լավ է, քան ավանդական թթվային կատալիզատորներինը։ Այն ոչ միայն ունի ավելի կարճ ռեակցիայի ժամանակ և ավելի բարձր արտադրողականություն, այլև ավելի լավ էկոլոգիապես մաքուր է և ունի վերօգտագործելիություն։ Ավելին, IBM-ի մեղմությունը թույլ է տալիս այն լավ հանդես գալ որոշ թթվային զգայուն ռեակցիաներում՝ խուսափելով ուժեղ թթուների կողմից ռեակտիվների քայքայումից։
2. համեմատություն ավանդական ալկալային կատալիզատորների հետ
Ավանդական ալկալային կատալիզատորները (օրինակ՝ նատրիումի հիդրօքսիդ, կալիումի կարբոնատ և այլն) նույնպես լայնորեն օգտագործվում են օրգանական սինթեզում, սակայն դրանք հակված են կողմնակի ռեակցիաներ առաջացնելու, ինչը հանգեցնում է արտադրանքի ավելի ցածր մաքրության: Ի տարբերություն դրա, IBMI-ն, որպես մեղմ ալկալային կատալիզատոր, կարող է արդյունավետորեն կատալիզացնել ռեակցիաները՝ առանց ուժեղ ալկալիներ օգտագործելու: Աղյուսակ 6-ը ցույց է տալիս IBMI-ի և ավանդական ալկալային կատալիզատորների համեմատական աշխատանքը Կնոևենագելի խտացման ռեակցիայում:
| կատալիզատոր | ռեակցիայի ժամանակ (ժ) | եկամտաբերություն (%) | կողմնակի ռեակցիաներ | բազմակի օգտագործելիություն |
|---|---|---|---|---|
| նատրիումի հիդրօքսիդ | 4 | 88 | էական | վերաօգտագործելի չէ |
| կալիումի կարբոնատ | 5 | 85 | էական | վերաօգտագործելի չէ |
| իբմի | 2 | 98 | ոչ մեկը | վերամշակված |
Աղյուսակ 6-ից երևում է, որ Կնոևենագելի խտացման ռեակցիայում IBM-ի կատալիտիկ ազդեցությունը ավելի լավ է, քան ավանդական հիմնական կատալիզատորներինը, ոչ միայն ունի ավելի կարճ ռեակցիայի ժամանակ և ավելի բարձր արտադրողականություն, այլև գրեթե չունի կողմնակի ռեակցիաներ։ Ավելին, IBM-ի մեղմությունը թույլ է տալիս այն լավ գործել որոշ ալկալիների նկատմամբ զգայուն ռեակցիաներում՝ խուսափելով ռեակտիվների քայքայումից ուժեղ ալկալիների կողմից։
3. համեմատություն ավանդական մետաղական կատալիզատորների հետ
Ավանդական մետաղական կատալիզատորները (օրինակ՝ պալադիում, պլատին, ռութենիում և այլն) լայնորեն օգտագործվում են օրգանական սինթեզում, սակայն դրանք ունեն այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են թանկ լինելը և թունավորման հակվածությունը։ Ի տարբերություն դրա, IBMI-ն, որպես համատեղ կատալիզատոր, կարող է սիներգիստորեն աշխատել մետաղական կատալիզատորների հետ՝ բարելավելով իր կատալիտիկ կատարողականությունը։ 7-րդ աղյուսակը ցույց է տալիս IBMI-ի և ավանդական մետաղական կատալիզատորների կատարողականության համեմատությունը Suzuki-ի միացման ռեակցիայում։
| կատալիզատոր | ռեակցիայի ժամանակ (ժ) | եկամտաբերություն (%) | գին | բազմակի օգտագործելիություն |
|---|---|---|---|---|
| pdcl2 | 4 | 92 | բարձր | վերաօգտագործելի չէ |
| pd(oac)2 | 5 | 90 | բարձր | վերաօգտագործելի չէ |
| pd/ibmi | 2 | 99 | չափավոր | վերամշակված |
Աղյուսակ 7-ից երևում է, որ IBM-ի և մետաղական կատալիզատորների համատեղ աշխատանքից հետո, Suzuki-ի միացման ռեակցիայում կարող է ցուցաբերվել գերազանց կատալիտիկ ազդեցություն, որը ոչ միայն ունի ավելի կարճ ռեակցիայի ժամանակ, ավելի բարձր արտադրողականություն, այլև ավելի տնտեսական և վերօգտագործելիություն։ Բացի այդ, IBMI-ի ավելացումը կարող է արդյունավետորեն նվազեցնել մետաղական կատալիզատորի քանակը և նվազեցնել ռեակցիայի արժեքը։
4. համեմատություն ավանդական իոնային հեղուկների հետ
Իոնային հեղուկները, որպես կանաչ լուծիչի և կատալիզատորի նոր տեսակ, վերջին տարիներին լայնորեն օգտագործվել են օրգանական սինթեզում։ Սակայն ավանդական իոնային հեղուկները (օրինակ՝ 1-բուտիլ-3-մեթիլիմիդազոլ հեքսաֆտորֆոսֆատ) ունեն այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են չափազանց մածուցիկությունը և վատ լուծելիությունը։ Ի տարբերություն դրա, IBMI-ն, որպես բարելավված իոնային հեղուկ, ունի ավելի ցածր մածուցիկություն և ավելի լավ լուծելիություն։ 8-րդ աղյուսակը ցույց է տալիս IBMI-ի և ավանդական իոնային հեղուկների համեմատությունը դիելս-ալդեր ռեակցիայում։
| կատալիտիկ | ռեակցիայի ջերմաստիճանը (°C) | եկամտաբերություն (%) | մածուցիկություն (մՊա·վ) | լուծում |
|---|---|---|---|---|
| 1-բութիլ-3-մեթիլիմիդազոլ հեքսաֆտորոֆոսֆատ | 80 | 85 | 100 | աղքատ |
| իբմի | 50 | 95 | 50 | գերազանց |
Աղյուսակ 8-ից երևում է, որ IBM-ի կատալիտիկ ազդեցությունը դիելս-ալդերի ռեակցիայում ավելի լավ է, քան ավանդական իոնային հեղուկներինը։ Այն ոչ միայն ունի ավելի ցածր ռեակցիայի ջերմաստիճան, ավելի բարձր ելք, այլև ավելի ցածր մածուցիկություն և ավելի լավ լուծելիություն։ Բացի այդ, IBM-ի ցածր մածուցիկությունը թույլ է տալիս այն լավ գործել տարասեռ կատալիտիկ ռեակցիաներում՝ խթանելով ռեակտիվների և կատալիզատորների միջև շփումը և բարելավելով ռեակցիայի արդյունավետությունը։
ամփոփում և հեռանկար
1-իզոբուտիլ-2-մեթիլիմիդազոլի (ibmi)՝ որպես օրգանական սինթեզի կատալիզատորի համակարգված ուսումնասիրության միջոցով կարող ենք հանգել հետևյալ եզրակացություններին.
-
գերազանց կատալիտիկ կատարողականությունIBM-ը ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ կատարողականություն օրգանական սինթեզի տարբեր տեսակի ռեակցիաներում, մասնավորապես էսթերիֆիկացման, Դիլս-Ալդերի ռեակցիայի, Կնոևենագելի խտացման ռեակցիայի և Սուզուկի զույգի համակցված ռեակցիայի ժամանակ, որի արդյունքում ձեռք են բերվել բարձր ելքային արժեք և բարձր ընտրողականություն։
-
մեղմ ռեակցիայի պայմաններIBM-ը, որպես մեղմ կատալիզատոր, կարող է արդյունավետորեն կատալիզացնել ռեակցիան՝ առանց ուժեղ թթուների, ուժեղ հիմքերի կամ բարձր վալենտային մետաղական կատալիզատորների օգտագործման, խուսափելով ավանդական կատալիզատորների կոռոզիոնության և շրջակա միջավայրի աղտոտման խնդիրներից։
-
լավ շրջակա միջավայրի բարեկամականությունIBM-ը, որպես իոնային հեղուկ, ունի ցածր ցնդողականություն և վերօգտագործելիություն, համապատասխանում է կանաչ քիմիայի պահանջներին և կարող է նվազեցնել լուծիչների կորուստները և շրջակա միջավայրի աղտոտվածությունը՝ միաժամանակ նվազեցնելով լուծիչների կորուստները և շրջակա միջավայրի աղտոտվածությունը։ Նվազեցնել ռեակցիայի ծախսերը։
-
լայն կիրառելիությունIBMI-ն ոչ միայն հարմար է միատարր կատալիտիկ ռեակցիաների համար, այլև կարող է լավ աշխատել տարասեռ կատալիտիկ ռեակցիաներում և ունի լայն կիրառման հնարավորություն։ Անիոնային տեսակները կարգավորելով՝ դրա կատալիտիկ աշխատանքը կարող է հետագայում օպտիմալացվել՝ տարբեր ռեակցիայի համակարգերի կարիքները բավարարելու համար։
Առաջ նայելով՝ IBM կատալիզացիայի մեխանիզմի խորը հետազոտությունների շնորհիվ մենք ակնկալում ենք մշակել ավելի շատ IBM-ի վրա հիմնված DI-ի արդյունավետ կատալիզատորներ, որոնք կնպաստեն օրգանական սինթեզի ոլորտի հետագա զարգացմանը։ Բացի այդ, IBM-ի կիրառման հեռանկարները արդյունաբերական արտադրության մեջ նույնպես շատ լայն են, հատկապես կանաչ քիմիայի և կայուն զարգացման համատեքստում։ Ակնկալվում է, որ IBM-ը կդառնա կանաչ կատալիզատորների նոր սերունդ՝ քիմիական արդյունաբերությանը բերելով ավելի շատ նորարարություններ և զարգացման հնարավորություններ։
։։։։։։։ : : : :
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.bdmaee.net/wp-content/uploads/2022/08/polyurethane-catalyst-t-12-cas-77-58-7-niax-d-22.pdf
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.bdmaee. net/drier-butyl-tin-oxide-fascat-4101/
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.bdmaee.net/dabco-t-12-catalyst-cas280-57-9–germany/
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/45117
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/category/products/page/86/br>
Ընդլայնված ընթերցում.https://www. bdmaee.net/dabco-blx-11-polyurethane-foaming-catalyst-foaming-catalyst/
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/1078
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/44222
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.cyclohexylamine.net/polyurethane-triazine-catalyst-jeffcat-tr-90/
Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/44402
