Il nome chimico permetil 2- feroateè metil 2- acido furanico, noto anche come metil pirofosfato. Appare come un liquido trasparente da giallo chiaro a arancione, contenente aromi fruttati e di funghi. La formula molecolare è C6H6O3 e CAS 611-13-2. La sua struttura molecolare contiene un anello furana e un gruppo di estere ed è un composto organico. Solubile in etere ed etanolo, insolubile in acqua. È uno dei derivati importanti dei composti ad anello furana, con un centro attivo a base di carbonio. I gruppi carbonilici hanno un'elevata reattività e polarità e, a causa della presenza di anelli furana e gruppi di aldeide nella molecola, sono inclini a sottoporsi a reazioni come idrogenazione furfurale, ossidazione, aminazione riduttiva e decarbonizzazione. Di solito è uno degli importanti prodotti chimici fini derivati dalla conversione della biomassa, che ha attirato un'attenzione diffusa nel campo della conversione della biomassa. È un nuovo tipo estremamente importante di essenza sintetica, che è ampiamente utilizzata nell'essenza alimentare, nell'essenza del tabacco, nell'essenza dei cosmetici e in altre industrie. Allo stesso tempo, è anche un'importante materia prima chimica e intermedio, che può essere utilizzato come agente anti-bussare per la benzina, migliorare la qualità della benzina e avere attività anti-tumore.
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Formula chimica |
C6H6O3 |
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Messa esatta |
126 |
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Peso molecolare |
126C, 57.14; H, 4.80; O, 38.06 |
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m/z |
126 (100.0%), 127 (6.5%) |
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Analisi elementare |
C, 57.14; H, 4.80; O, 38.06 |
Metodo specifico 1:
Furfural, come importante sostanza chimica bio -biologica, ha implicazioni significative per promuovere lo sviluppo sostenibile attraverso la sua conversione e utilizzo.Metil 2- feroate, come importante derivato di furfurale, ha ampie prospettive di applicazione nei settori della medicina, della fragranza, della sintesi organica, ecc. I metodi di preparazione tradizionali spesso comportano condizioni ad alta temperatura e ad alta pressione o l'uso di catalizzatori tossici e dannosi, che non solo aumenta i costi di produzione ma anche gradano l'ambiente. Pertanto, è particolarmente importante sviluppare un metodo lieve, efficiente ed ecologico per preparare la MF.
design sperimentale
1.1 Selezione e proporzioni di reagenti
Questo esperimento ha selezionato la furfurale come materiale di partenza, metanolo come uno dei solventi e reagenti, N-idrossiftalimide (NHPI) come precursore del catalizzatore di ossidazione verde e soluzione di perossido di idrogeno al 30% come ossidante. Questa combinazione non solo evita l'uso di catalizzatori di metalli pesanti tossici, ma riduce anche la generazione di sottoprodotti, in linea con i principi della chimica verde.
(1) furfurale:
Come substrato iniziale per la reazione, la sua purezza influisce direttamente sulla qualità e la resa del prodotto finale. La purezza della furfurale utilizzata in questo esperimento deve raggiungere oltre il 98% per garantire l'accuratezza e l'affidabilità dell'esperimento.
(2) Metanolo:
Come solvente, non solo dissolve furfurale e catalizzatore, ma partecipa anche alla reazione di ossidazione per generare il prodotto target metil 2- furanate. L'uso eccessivo di metanolo può migliorare la solubilità e l'efficienza di reazione di furfurale, ma l'eccessivo metanolo può anche aumentare la difficoltà della successiva separazione e purificazione. Pertanto, il rapporto molare tra metanolo e furfurale è stato scelto come 210: 1 in questo esperimento per ottenere il miglior effetto di reazione.
(3) N-idrossiftalimide (NHPI):
Come precursore efficiente per i catalizzatori radicali liberi, NHPI può generare radicali di ossigeno altamente attivi in presenza di perossido di idrogeno, iniziando così la reazione di ossidazione del furfurale. Il suo dosaggio deve essere controllato con precisione per evitare rifiuti e sottoprodotti inutili. In questo esperimento, il dosaggio di NHPI era 0. 059 mmol, con un rapporto molare di circa 1:17 a furfurale.
(4) Soluzione acquosa del perossido di idrogeno 30%:
Come ossidante, il perossido di idrogeno può ossidare delicatamente la furfurale sotto la catalisi di NHPI, generando metil 2- furanate. La concentrazione e il dosaggio hanno un impatto significativo sulla velocità di reazione e sulla resa del prodotto. In questo esperimento, sono stati utilizzati 4 ml di soluzione acquosa del perossido di idrogeno al 30% per garantire una partecipazione ossidante sufficiente al sistema di reazione.
1.2 Apparato sperimentale e passaggi
(1) Setup sperimentale:
Un pallone rotondo da 50 ml viene utilizzato come recipiente di reazione, dotato di un agitatore magnetico per garantire una miscelazione completa dei reagenti. Nel frattempo, utilizzare un dispositivo di reflusso del condensatore per prevenire l'evaporazione del solvente durante il processo di reazione.
(2) Passaggi sperimentali:
In primo luogo, la furfurale, il metanolo e l'NHPI pesati accuratamente vengono aggiunti in sequenza a un pallone lungo rotondo e viene installato un tubo di condensatore. Quindi, a temperatura ambiente e pressione, accendi l'agitazione magnetica per mescolare accuratamente i reagenti.
Successivamente, aggiungere lentamente una soluzione acquosa del perossido di idrogeno al 30% a caduta al sistema di reazione e continuare a mescolare la reazione per 18 ore.
Dopo il completamento della reazione, smetti di agitarsi e spegnere il dispositivo di riscaldamento, consentendo alla soluzione di reazione di raffreddare naturalmente a temperatura ambiente.
Separazione e purificazione del prodotto
2.1 separazione liquida liquida
A causa della presenza di varie sostanze nel sistema di reazione, tra cui materie prime non reagite, solventi, catalizzatori e loro prodotti di decomposizione, prodotti target, ecc., È necessario separare il prodotto in fase liquida contenente metil 2- fuoranato da altre impurità attraverso la separazione liquida-liquida. I metodi di separazione comuni includono estrazione, distillazione, ecc. In questo esperimento, considerando la volatilità del metanolo e la solubilità del prodotto target nei solventi organici, possono essere selezionati solventi organici adatti (come diclorometano, acetato di etil, ecc.) Per estrarre la soluzione di reazione. Dopo l'estrazione, le fasi organiche vengono combinate, essiccate (usando essiccanti come solfato di sodio anidro o carbonato di potassio) e filtrate per rimuovere solventi residui e umidità.
Ottimizzazione e discussione del processo
2.1 Selezione del vettore catalizzatore
Le proprietà del vettore hanno un impatto significativo sulla dispersibilità, la stabilità e l'attività catalitica dell'oro nano. SIO ₂ è diventato uno dei vettori comunemente usati a causa della sua eccellente stabilità chimica e termica, ma Al ₂ O3 e TIO ₂ possono anche mostrare una maggiore efficienza catalitica per reazioni specifiche a causa della loro acidità superficiale e alcalinità unica. Attraverso esperimenti comparativi, è stato scoperto che il catalizzatore di nano nano caricato TIO ₂ ha mostrato il miglior effetto catalitico per l'ossidazione del furfurale per preparare il metil 2- furanato, che può essere correlato agli abbondanti posti vacanti di ossigeno sulla superficie della TiO ₂ e l'acidità appropriata o
2.2 Ottimizzazione delle condizioni di preparazione del catalizzatore
Dimensione delle particelle d'oro nano:
La riduzione della dimensione delle particelle di nano oro può aumentare la sua superficie specifica, aumentare il numero di siti attivi e quindi migliorare l'attività catalitica. Tuttavia, una dimensione eccessiva delle particelle può portare ad agglomerazione, che a sua volta riduce l'efficienza catalitica. Regolando il tipo e il dosaggio degli agenti riducenti, è possibile preparare particelle di oro nano distribuite uniformemente.
Capacità di carico:
Una capacità di carico adeguata può bilanciare l'attività e la stabilità del catalizzatore. Il carico eccessivo può portare a una concentrazione eccessiva di particelle d'oro nano, riducendo l'efficienza di diffusione delle molecole reagenti; Tuttavia, un carico basso potrebbe non essere sufficiente per fornire siti attivi sufficienti.
2.3 Ottimizzazione delle condizioni di reazione
Temperatura:
L'allevamento della temperatura può di solito accelerare la velocità di reazione, ma temperature eccessivamente elevate possono portare ad un aumento delle reazioni laterali e una diminuzione della selettività del prodotto target. A 140 gradi, il tasso di conversione di furfurale e la selettività di metil 2- funanate hanno raggiunto entrambi un livello elevato, indicando la temperatura di reazione ottimale.
Pressione:
La pressione di ossigeno influenza direttamente il tasso di reazione di ossidazione. L'aumento adeguato della pressione dell'ossigeno può aumentare le opportunità di contatto tra le molecole di ossigeno e la superficie del catalizzatore, promuovendo il progresso delle reazioni di ossidazione. Tuttavia, un'eccessiva pressione può anche aumentare i costi delle attrezzature e i rischi di sicurezza.
Velocità di miscelazione:
Una buona miscelazione aiuta a garantire un contatto sufficiente tra reagenti e catalizzatori, migliorando l'efficienza di reazione. Tuttavia, un'eccessiva velocità di rotazione può aumentare il consumo di energia e causare problemi di sicurezza.
2.4 Esplorazione del meccanismo catalitico
Il processo di preparazione di metil 2- furanate mediante ossidazione catalitica di furfurale usando nano oro supportato comporta molteplici passaggi, tra cui adsorbimento, ossidazione e desorbimento di furfurale sulla superficie del catalizzatore. Come centro attivo, la struttura elettronica e la morfologia geometrica della superficie dell'oro nano sono cruciali per le sue prestazioni catalitiche. In un'atmosfera di ossigeno, l'oro nano può attivare molecole di ossigeno, formare specie di ossigeno altamente attive e attaccare legami insaturi nelle molecole furfurali, innescando reazioni di ossidazione. Allo stesso tempo, le proprietà acide-base della superficie portante partecipano anche alla regolazione della via di reazione, influenzando la selettività dei prodotti.
Questo articolo utilizza il furfurale come substrato e ottiene una preparazione efficiente attraverso catalizzatori di nano oro supportati in solvente di metanolo e atmosfera di ossigeno. Ottimizzando il supporto del catalizzatore, le condizioni di preparazione e le condizioni di reazione, il tasso di conversione del furfurale è stato aumentato con successo al 92,98%e la selettività di MF ha raggiunto il 98,72%. Questo studio non fornisce solo un metodo di preparazione verde ed efficiente per la produzione industriale diMetil 2- feroate, ma fornisce anche riferimenti utili per l'applicazione di catalizzatori di nano oro supportati nel campo della sintesi organica. I lavori futuri possono esplorare ulteriormente le prestazioni cicliche e i metodi di rigenerazione dei catalizzatori per ridurre i costi di produzione e promuovere l'applicazione pratica di questa tecnologia. Allo stesso tempo, condurremo ricerche approfondite sui meccanismi catalitici e svilupperemo catalizzatori più ad alte prestazioni per soddisfare le esigenze di diversi sistemi di reazione.
Crescita della domanda del mercato
Questa sostanza, come importante materia prima chimica organica, ha una vasta gamma di applicazioni in settori come prodotti farmaceutici, pesticidi, fragranze e rivestimenti. Con il rapido sviluppo di queste industrie, la domanda per loro continuerà a crescere. Con il miglioramento del livello di consumo delle persone e della consapevolezza della salute, è inoltre aumentata la domanda di essenza, spezie e prodotti farmaceutici di alta qualità, il che promuoverà ulteriormente lo sviluppo del mercato.
Dimensione del mercato e tendenza alla crescita
Secondo i dati pubblici, le dimensioni del mercato in Cina hanno raggiunto circa 1,25 miliardi di yuan nel 2023, un aumento di un anno in anno dell'8,5%. Si prevede che entro il 2025 la dimensione del mercato si espanderà ulteriormente a 1,56 miliardi di RMB, con un tasso di crescita annuale composto di circa il 9,2%. Con il continuo avanzamento della tecnologia di produzione e il graduale rilascio della capacità produttiva, si prevede che la produzione futura continuerà ad aumentare costantemente.
Paesaggio competitivo e supporto politico
La concorrenza nel mercato dei composti cinesi è relativamente feroce, ma la concentrazione del mercato è elevata. Le prime cinque società hanno una quota di mercato combinata di oltre il 70%e hanno una posizione dominante sul mercato con tecnologia di produzione avanzata e gestione stabile della catena di approvvigionamento. Il governo cinese ha introdotto una serie di politiche per sostenere lo sviluppo dell'industria chimica, in particolare i crescenti requisiti per la protezione ambientale e la produzione di sicurezza. Ciò incoraggerà le imprese ad aumentare gli investimenti di ricerca e sviluppo, migliorare la qualità e la competitività del prodotto, promuovendo così il sano sviluppo del settore.
Prospettive future
Con l'espansione continua e il progresso tecnologico dei campi di applicazione a valle, la sua tecnologia di produzione sarà anche continuamente ottimizzata e aggiornata. Ciò migliorerà ulteriormente la qualità del prodotto e ridurrà i costi di produzione, migliorando la competitività del mercato. Con la crescente consapevolezza della protezione ambientale e il miglioramento delle normative, le imprese di produzione prestano maggiore attenzione alla protezione ambientale e allo sviluppo sostenibile. Adottando processi di produzione avanzati e attrezzature per la protezione ambientale, riducendo le emissioni di inquinanti e i rifiuti delle risorse, è possibile ottenere una produzione verde.
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