Гетерогенный катализ в синтезе ацетилацетона: перспективы и технологические аспекты | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №24 (523) июнь 2024 г.

Дата публикации: 15.06.2024

Статья просмотрена: 25 раз

Библиографическое описание:

Крутских, М. Е. Гетерогенный катализ в синтезе ацетилацетона: перспективы и технологические аспекты / М. Е. Крутских. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 24 (523). — С. 10-11. — URL: https://moluch.ru/archive/523/115682/ (дата обращения: 16.12.2024).



В статье автор исследует гетерогенный катализ на примере синтеза ацетилацетона.

Ключевые слова: катализ, ацетилацетон, катализаторы.

Гетерогенный катализ является одним из наиболее важных и широко используемых методов в современной химической промышленности. Это процесс, в котором катализатор находится в отдельной фазе (твердой, жидкой или газообразной) от реагентов, что позволяет ему взаимодействовать с ними, не смешиваясь [4].

Основное преимущество гетерогенного катализа заключается в его эффективности и универсальности. Катализаторы, как правило, представляют собой твердые материалы, такие как металлы, оксиды, сульфиды или углеродные материалы, которые могут быть разработаны для решения широкого спектра химических задач [3]. Они обеспечивают высокую производительность, поскольку их можно легко отделить от реакционной смеси и использовать повторно.

Механизм гетерогенного катализа основан на адсорбции реагентов на поверхности катализатора, где они вступают в химические реакции. Катализатор снижает энергию активации процесса, что ускоряет реакцию и повышает ее селективность. Кроме того, гетерогенные катализаторы обладают высокой устойчивостью к загрязнениям и могут работать в жестких условиях, таких как высокие температуры и давления [1].

Гетерогенный катализ широко применяется в таких важных отраслях, как нефтепереработка, производство химических веществ, энергетика и охрана окружающей среды [2]. Например, катализаторы используются в процессах крекинга нефти, гидрирования, окисления и восстановления. Они также играют ключевую роль в технологиях производства топлив, полимеров, лекарств и других ценных продуктов.

Исследования в области гетерогенного катализа продолжаются, с целью разработки более эффективных, селективных и устойчивых катализаторов. Это позволяет постоянно совершенствовать химические процессы, повышая их экономическую эффективность и экологическую безопасность [1].

Ацетилацетон является важным промышленным химическим соединением, используемым в качестве растворителя, прекурсора органического синтеза, а также в производстве лекарственных средств, красителей, пластмасс и других материалов (рис.1). Одним из наиболее эффективных и экономически выгодных методов получения ацетилацетона является реакция конденсации ацетона и уксусного ангидрида с применением гетерогенных катализаторов.

Структурная формула ацетилацетона

Рис. 1. Структурная формула ацетилацетона

Использование гетерогенных катализаторов в синтезе ацетилацетона имеет ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными гомогенными системами [5]. Во-первых, гетерогенные катализаторы легко отделяются от реакционной смеси, что значительно упрощает процесс очистки целевого продукта. Кроме того, многие твердые катализаторы отличаются высокой химической и термической стабильностью, что позволяет использовать их повторно, повышая общую экономическую эффективность процесса.

Важно отметить, что выбор конкретного гетерогенного катализатора может оказывать существенное влияние на эффективность синтеза ацетилацетона. Так, было обнаружено, что использование оксида алюминия в качестве катализатора приводит к более высокому выходу целевого продукта по сравнению с такими системами, как сульфатированный оксид циркония или ионообменные смолы. Это связано с уникальными кислотно-основными свойствами оксида алюминия, которые способствуют оптимальной активации уксусного ангидрида и протеканию последующих стадий реакции [5].

Механизм действия гетерогенных катализаторов в реакции конденсации ацетона и уксусного ангидрида включает несколько основных стадий (рис. 2). Первоначально происходит адсорбция реагентов на поверхности катализатора, где они активируются. Далее следует стадия нуклеофильной атаки ацетона на активированный уксусный ангидрид, образование β-кетоэфира и его последующая внутримолекулярная циклизация с образованием ацетилацетона.

Реакция конденсации ацетона и уксусного ангидрида

Рис. 2. Реакция конденсации ацетона и уксусного ангидрида

Важную роль в этом процессе играют кислотно-основные свойства катализатора, а также его текстурные характеристики, такие как удельная поверхность и пористость [2]. Кислотные центры на поверхности катализатора ответственны за активацию уксусного ангидрида, в то время как текстурные свойства влияют на адсорбцию реагентов и доступность активных участков.

Использование гетерогенных катализаторов в синтезе ацетилацетона является перспективным подходом, обеспечивающим высокую эффективность процесса, простоту выделения продукта и возможность многократного использования катализатора. Дальнейшие исследования в этой области могут быть направлены на разработку новых, более эффективных гетерогенных систем, а также на оптимизацию существующих технологий.

Например, перспективным направлением является изучение возможности применения наноструктурированных катализаторов, которые могут обладать улучшенными каталитическими свойствами благодаря высокой удельной поверхности и развитой системе пор [2]. Кроме того, интересны исследования по модифицированию поверхности гетерогенных катализаторов для направленного регулирования их кислотно-основных свойств и, как следствие, повышения селективности и выхода целевого продукта.

Гетерогенный катализ представляет собой эффективный и перспективный подход к синтезу ацетилацетона [4]. Использование твердых катализаторов позволяет упростить процесс выделения продукта, повысить экономическую эффективность и обеспечить возможность многократного использования катализатора. Дальнейшее развитие этого направления связано с разработкой новых высокоактивных гетерогенных систем и оптимизацией существующих технологий.

Литература:

1. Дерягин А. В. Гетерогенный катализ. — М.: Высшая школа, 2005. — 304 с.

2. Киселев В. Ф., Козлов С. Н., Зотеев А. В. Основы физической химии. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. — 607 с.

3. Тарасов А. Б. Гетерогенный катализ в химической технологии: Учебное пособие. — СПб.: Лань, 2014. — 368 с.

4. Крылов О. В. Гетерогенный катализ. — М.: Академкнига, 2004. — 679 с.

5. Бухтияров В. И. Гетерогенный катализ: от молекул к промышленным процессам // Успехи химии. — 2012. — Т. 81. — № 4. — С. 339–379.

Основные термины (генерируются автоматически): гетерогенный катализ, катализатор, уксусный ангидрид, адсорбция реагентов, поверхность катализатора, реакция конденсации ацетона, целевой продукт, многократное использование катализатора, перспективный подход, экономическая эффективность.


Ключевые слова

катализаторы, катализ, ацетилацетон

Похожие статьи

Изучение процесса получения анилина как промежуточного продукта в синтезе монометиланилина

Совершенствование процесса синтеза анилина

Кинетические закономерности и механизм реакции окислительного дегидрирования изомеров метилциклопентена

Разработана кинетическая модель реакции окислительного дегидрирования изомеров метилциклопентена на HNa-мордените, модифицированным оксидами железа и неодима. На основании экспериментальных данных выбран механизм реакции. Определены ключевые вещества...

Пути снижения содержания бензола в риформате

В данной работе приведены результаты по исследованию технологии каталитического риформинга углеводородов. Процесс проводился на катализаторе трансалкилирования. Целью работы является разработка технологии производства бензина с улучшенными экологичес...

Влияние природы металлоорганических сокатализаторов в магниевых катализаторах на молекулярные характеристики 3,4-полиизопрена

Изучено влияние условий полимеризации изопрена на магниевой каталитической системе, а также влияние природы различных сокатализаторов на молекулярные характеристики и структуру синтетических каучуков 3,4-полиизопренов.

Применение кобальтовых катализаторов в реакции гидросилилирования

Статья отражает последние достижения в области реакции гидросилилирования, проводимых с применением катализаторов на основе кобальта. Проводится краткий обзор основных веществ, для гидросилилирования которых применимы данные катализаторы. На основе р...

Термодинамика основной реакции процесса получения акролеина окислением пропилена

Статья посвящена термодинамическому анализу основной реакции процесса получения акролеина, осуществляемой с участием газообразного пропилена и кислорода воздуха в присутствии водяного пара.

Синтез N-винилморфолина винилированием морфолина в гомогенных и гетерогенных условиях

Разработан метод синтеза N-винилморфолина винилированием морфолина в гомогенных и гетерогенных условиях, а также в присутствии наноструктурных катализаторов на основе активированного угля и гидроксида калия.

Анализ процесса получения метилмеркаптана и способы его усовершенствования

В статье автор проводит анализ получения важного органического вещества — метилмеркаптана, и подбирает пути совершенствования существующего промышленного производства.

Современные методы получения изопрена

В статье рассмотрены способы получения изопрена и его применения, рынок производителей изопрена в России.

Похожие статьи

Изучение процесса получения анилина как промежуточного продукта в синтезе монометиланилина

Совершенствование процесса синтеза анилина

Кинетические закономерности и механизм реакции окислительного дегидрирования изомеров метилциклопентена

Разработана кинетическая модель реакции окислительного дегидрирования изомеров метилциклопентена на HNa-мордените, модифицированным оксидами железа и неодима. На основании экспериментальных данных выбран механизм реакции. Определены ключевые вещества...

Пути снижения содержания бензола в риформате

В данной работе приведены результаты по исследованию технологии каталитического риформинга углеводородов. Процесс проводился на катализаторе трансалкилирования. Целью работы является разработка технологии производства бензина с улучшенными экологичес...

Влияние природы металлоорганических сокатализаторов в магниевых катализаторах на молекулярные характеристики 3,4-полиизопрена

Изучено влияние условий полимеризации изопрена на магниевой каталитической системе, а также влияние природы различных сокатализаторов на молекулярные характеристики и структуру синтетических каучуков 3,4-полиизопренов.

Применение кобальтовых катализаторов в реакции гидросилилирования

Статья отражает последние достижения в области реакции гидросилилирования, проводимых с применением катализаторов на основе кобальта. Проводится краткий обзор основных веществ, для гидросилилирования которых применимы данные катализаторы. На основе р...

Термодинамика основной реакции процесса получения акролеина окислением пропилена

Статья посвящена термодинамическому анализу основной реакции процесса получения акролеина, осуществляемой с участием газообразного пропилена и кислорода воздуха в присутствии водяного пара.

Синтез N-винилморфолина винилированием морфолина в гомогенных и гетерогенных условиях

Разработан метод синтеза N-винилморфолина винилированием морфолина в гомогенных и гетерогенных условиях, а также в присутствии наноструктурных катализаторов на основе активированного угля и гидроксида калия.

Анализ процесса получения метилмеркаптана и способы его усовершенствования

В статье автор проводит анализ получения важного органического вещества — метилмеркаптана, и подбирает пути совершенствования существующего промышленного производства.

Современные методы получения изопрена

В статье рассмотрены способы получения изопрена и его применения, рынок производителей изопрена в России.

Задать вопрос