stringtranslate.com

Дегидрирование

В химии дегидрирование — это химическая реакция , которая включает удаление водорода , обычно из органической молекулы . Это процесс, обратный гидрированию . Дегидрирование важно и как полезная реакция, и как серьезная проблема. Проще говоря, это полезный способ преобразования алканов , которые относительно инертны и, следовательно, имеют низкую ценность, в олефины , которые являются реакционноспособными и, следовательно, более ценными. Алкены являются предшественниками альдегидов ( R-CH=O ), спиртов ( R-OH ), полимеров и ароматических соединений . [1] Проблематичной реакцией является загрязнение и инактивация многих катализаторов в результате коксования , которое представляет собой дегидрированную полимеризацию органических субстратов. [2]

Ферменты , катализирующие дегидрирование, называются дегидрогеназами .

Гетерогенные каталитические пути

Стирол

Процессы дегидрирования широко используются для производства ароматических веществ в нефтехимической промышленности . Такие процессы сильно эндотермичны и требуют температуры 500 °С и выше. [1] [3] Дегидрирование также превращает насыщенные жиры в ненасыщенные жиры . Одной из крупнейших реакций дегидрирования является производство стирола дегидрированием этилбензола . Типичные катализаторы дегидрирования основаны на оксиде железа (III) , которому способствуют несколько процентов оксида калия или карбоната калия . [4]

C 6 H 5 CH 2 CH 3 → C 6 H 5 CH=CH 2 + H 2

Другие алкены

Процессы крекинга, особенно каталитический крекинг с псевдоожиженным слоем и паровой крекинг, позволяют получить моноолефины высокой чистоты из парафинов . В типичных условиях эксплуатации используется катализатор на основе оксида хрома (III) при температуре 500 °C. Целевыми продуктами являются пропилен , бутены, изопентан и др. Эти простые соединения являются важным сырьем для синтеза полимеров и присадок к бензинам. [ нужна цитата ]

Окислительное дегидрирование

По сравнению с термическим крекингом алканов окислительное дегидрирование (ОДГ) представляет интерес по двум причинам: (1) нежелательные реакции протекают при высокой температуре, приводящие к коксованию и дезактивации катализатора, что делает неизбежной частую регенерацию катализатора, (2) термическое дегидрирование является неизбежным. Дорого, так как требует большого количества тепла. Окислительное дегидрирование (ОДГ) н-бутана является альтернативой процессам классического дегидрирования, парового крекинга и флюид-каталитического крекинга. [5] [6]

Формальдегид получают в промышленности путем окислительного дегидрирования метанола . Эту реакцию также можно рассматривать как дегидрирование с использованием O 2 в качестве акцептора. Наиболее распространенными катализаторами являются металлическое серебро , оксид железа(III) , [7] оксиды железа и молибдена [например, молибдат железа(III) ] с поверхностью, обогащенной молибденом , [8] или оксиды ванадия . В обычно используемом процессе формокс метанол и кислород реагируют прибл. 250–400 °C в присутствии оксида железа в сочетании с молибденом и/или ванадием с образованием формальдегида в соответствии с химическим уравнением : [9]

СН 3 ОН + О 2 → 2 СН 2 О + 2 Н 2 О

Гомогенные каталитические пути

Для органических соединений описаны различные процессы дегидрирования . Такое дегидрирование представляет интерес для синтеза тонких органических химикатов. [10] Такие реакции часто полагаются на катализаторы на основе переходных металлов. [11] [12] Дегидрирование нефункционализированных алканов может осуществляться с помощью гомогенного катализа . Особенно активны в этой реакции клещевые комплексы . [13] [14]

Стехиометрические процессы

Дегидрирование аминов до нитрилов можно осуществить с использованием различных реагентов , таких как пентафторид йода ( IF
5). [ нужна цитата ]

При типичной ароматизации шестичленные алициклические кольца, например циклогексен , могут ароматизироваться в присутствии акцепторов гидрирования. Элементы сера и селен способствуют этому процессу. В лабораторных масштабах эффективны хиноны , особенно 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон (DDQ). [ нужна цитата ]

Гидриды основной группы

Дегидрирование борана аммиака .

Также разработано дегидрирующее сочетание силанов . [15]

n PhSiH 3 → [PhSiH] n + n H 2

Родственной реакцией является дегидрирование аминоборанов . Этот процесс когда-то привлек внимание из-за его потенциала для хранения водорода . [16]

Рекомендации

  1. ^ аб Виткофф, Гарольд А.; Рубен, Брайан Г.; Плоткин, Джеффри С. (2004). Промышленные органические химикаты, второе издание — Виткофф — Интернет-библиотека Wiley . дои : 10.1002/0471651540. ISBN 9780471651543.
  2. ^ Гисне, М.; Магну, П. (2001). «Органическая химия коксообразования». Прикладной катализ А: Общие сведения . 212 (1–2): 83–96. дои : 10.1016/S0926-860X(00)00845-0.
  3. ^ Обзор промышленной химии | Филип Дж. Шенье | Спрингер. ISBN 9780471651543.
  4. ^ Денис Х. Джеймс Уильям М. Кастор, «Стирол» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH, Вайнхайм, 2005.
  5. ^ Аджайи, BP; Джерми, Б. Рабиндран; Огунронби, Кентукки; Абюссо, бакалавр; Аль-Хаттаф, С. (15 апреля 2013 г.). «Дегидрирование н-бутана на моно- и биметаллических катализаторах МСМ-41 в бескислородной атмосфере». Катализ сегодня . Проблемы нанопористых и слоистых материалов для катализа. 204 : 189–196. дои : 10.1016/j.cattod.2012.07.013.
  6. ^ Производство полипропилена путем дегидрирования пропана, часть 2, Программа экономики технологий. от Интратек. 2012. ISBN 978-0615702162.
  7. ^ Ван, Цзянь-Цунг; Ро, Ши-Хун (10 мая 2005 г.). «Нанокластерные аэрогелевые катализаторы на основе оксида железа и кремнезема для частичного окисления метанола». Прикладной катализ А: Общие сведения . 285 (1): 196–204. doi :10.1016/j.apcata.2005.02.029. ISSN  0926-860X.
  8. ^ Диас, Ана Паула Соареш; Монтемор, Фатима ; Портела, Мануэль Фаринья; Киннеманн, Ален (01 февраля 2015 г.). «Роль супрастехиометрического молибдена при окислении метанола в формальдегид смешанными оксидами Mo – Fe». Журнал молекулярного катализа A: Химический . 397 : 93–98. doi :10.1016/j.molcata.2014.10.022. ISSN  1381-1169.
  9. ^ Гюнтер Ройсс, Вальтер Дистельдорф, Армин Отто Гамер, Альбрехт Хилт «Формальдегид» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a11_619
  10. ^ Юнг, Чарльз С.; Донг, Вы М. (2011). «Каталитическая дегидрирующая перекрестная связь: образование углерод-углеродных связей путем окисления двух углерод-водородных связей». Химические обзоры . 111 (3): 1215–1292. дои : 10.1021/cr100280d. ПМИД  21391561.
  11. ^ Доберейнер, Грэм Э.; Крэбтри, Роберт Х. (2010). «Дегидрирование как стратегия активации субстрата в гомогенном катализе переходными металлами». Химические обзоры . 110 (2): 681–703. дои : 10.1021/cr900202j. ПМИД  19938813.
  12. ^ Чхве, Чонвук; Макартур, Эми Х. Рой; Брукхарт, Морис; Голдман, Алан С. (2011). «Дегидрирование и родственные реакции, катализируемые иридиевыми клещевыми комплексами». Химические обзоры . 111 (3): 1761–1779. дои : 10.1021/cr1003503. ПМИД  21391566.
  13. ^ «1». Активация алканов CH посредством одноцентрового металлокатализа | Педро Х. Перес | Спрингер . стр. 1–15.
  14. ^ Финдлейтер, Майкл; Чхве, Чонвук; Голдман, Алан С.; Брукхарт, Морис (1 января 2012 г.). Перес, Педро Х. (ред.). Активация алканов CH посредством одноцентрового металлокатализа . Катализ металлокомплексами. Спрингер Нидерланды. стр. 113–141. дои : 10.1007/978-90-481-3698-8_4. ISBN 9789048136971.
  15. ^ Эйткен, К.; Харрод, Дж. Ф.; Гилл, США (1987). «Структурные исследования олигосиланов, полученных каталитическим дегидрирующим сочетанием первичных органосиланов». Может. Дж. Чем . 65 (8): 1804–1809. дои : 10.1139/v87-303.
  16. ^ Штаубиц, Энн; Робертсон, премьер-министр Аласдер; Маннерс, Ян (2010). «Аммиак-боран и родственные соединения как источники диводорода». Химические обзоры . 110 (7): 4079–4124. дои : 10.1021/cr100088b. ПМИД  20672860.