Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1 Ртуть-катализируемые реакции 9
1.1 Медь-катализируемые реакции 9
1.2 Никель-катализируемые реакции 23
1.3 Палладий-катализируемые реакции 25
1.4 Палладий-медь-катализируемые реакции 29
1.5 Палладий-цинк-катализируемые реакции 33
1.6 Золото-катализируемые реакции 34
1.7 Кобальт-катализируемые реакции 35
1.8 Платина-катализируемые реакции 37
1.9 Иридий-катализируемые реакции 38
1.10 Рутений-катализируемые реакции 39
1.11 Родий-катализируемые реакции 40
2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 43
2.1 Синтез 1,4-дииодбута-1,3-диена из карбида кальция 43
2.2 Оптимизация методики 44
2.2.1 Использование двухкамерных реакторов 44
2.2.2 Зависимость выхода реакции от времени протекания процесса 46
2.2.3 Исследование каталитической активности комплексов металлов 47
2.2.4 Подбор растворителя 49
2.3 Полимерный материал из 1,4-дииодбута-1,3-диена и карбида кальция 50
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 57
3.1 Методы исследования и идентификации полученных соединений 57
3.2 Методики синтеза некоторых использованных катализаторов 57
3.3 Методика синтеза 1,4-дииодбута-1,3-диена в однореакторном сосуде 58
3.4 Общая методика синтеза 1,4-дииодбута-1,3-диена в двухкамерных реакторах 59
3.5 Методика очистки 1,4-дииодбута-1,3-диена 60
3.6 Методика синтеза диинов в реакции Соногаширы 60
3.7 Методика синтеза полимера из 1,4-дииодбута-1,3-диена и карбида кальция в двухкамерных реакторах 61
3.8 Подготовка порошковых образцов полимера к исследованиям 61
ВЫВОДЫ 62
БЛАГОДАРНОСТИ 63
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ 64
📖 Введение
Ацетилен, являясь критически важным исходным сырьем в хорошо отработанных, отлаженных и запатентованных процессах промышленности, продолжает оставаться предметом многочисленных исследований различных коллективов со всего мира.
Современные научные исследования в области химии ацетиленового ядра направлены на синтез гетероциклических соединений[1-3], изучение реакций в суперосновных системах [4, 5], внедрение ацетилена в металл-катализируемые реакции[6-8].
Проблемой, стимулирующей активные исследования в области химии ацетилена, является отсутствие эффективных и дешевых технологий получения критически значимых продуктов, потому что газообразные соединения представляют собой одни из самых неудобных субстратов не только в лабораторной практике, но и в промышленности. Взрывоопасный и легковоспламеняющийся ацетилен требует тщательного контроля безопасности проведения процессов, необходима сложная установка, в большинстве случаев используется барботирование ацетилена (большой расход), а непрореагировавшее количество газообразного субстрата может составлять 1000% избыток[9, 10].
Поэтому, на сегодняшний день ацетилен в каталитических реакциях активно заменяют на карбид кальция[11]. В безводных условиях карбид кальция не горюч и является нетоксичным соединением[12, 13]. Он позволяет эффективно хранить ацетиленовое ядро в виде стабильного твердого вещества и исключает использование баллонов высокого давления при проведении различных процессов.
В сравнении с каталитической химией газообразного ацетилена и алкинов, металл-катализируемых реакций с карбидом кальция в литературе описано меньше. Это связано с рядом трудностей, которые могут возникать при гидролизе карбида кальция. Во-первых, металлы-катализаторы могут быть не устойчивы из-за присутствия воды в системе. Во-вторых, в реакционной среде в ходе гидролиза образуется основание – Ca(OH)2, которое может создавать основную среду или обуславливать разложение ключевых продуктов. В-третьих, гидролиз карбида кальция – это экзотермический процесс, при котором выделяется тепло (ΔH = -127,2 кДж/моль или 30 ккал/моль), что может также негативно влиять на протекание реакций в заданном направлении(схема 1)[10].
Таким образом, можно отметить, что существует ряд синтетических проблем, которые на данный момент не позволяют перевести все известные реакции с ацетиленом на карбид кальция, но возможные ограничения могут быть преодолены, что подтверждается активными исследованиями научного сообщества в данной области.
Актуальность исследования. Исчерпаемость природных ресурсов, а именно углеводородного сырья, стимулирует к поиску альтернативных путей производства ключевых продуктов. Использование возобновляемых природных источников – углерода, полученного пиролизом биомассы – позволяет переводить неорганический углерод в критически значимый карбид кальция, путем спекания с известью. Такой подход является эффективным и дешевым, что способствует решению актуальной проблемы – исчерпаемости источников сырья.
Целью настоящей работы является разработка металл-катализируемого подхода к синтезу 1,4-дииодбута-1,3-диена из карбида кальция, а также исследование его перспективных свойств в синтезе полимерных соединений.
Для осуществления поставленной цели необходимо было решить ряд задач:
• провести анализ научной литературы в области современных достижений использования карбида кальция в каталитических реакциях;
• разработать и оптимизировать подход к синтезу 1,4-дииодбута-1,3-диена из карбида кальция в металл-катализируемых условиях;
• изучить перспективные возможности полученного молекулярного блока в области синтеза полимеров с системой сопряжения на примере реакции Соногаширы.
✅ Заключение
1. В результате выполнения работы разработан эффективный металл-катализируемый подход к синтезу 1,4-дииодбута-1,3-диена из карбида кальция.
2. Показано, что основным фактором, влияющим на протекание реакции с низким выходом в одном реакционном пространстве, является экзотермический эффект гидролиза карбида кальция. Образование основания Ca(OH)2,в ходе гидролиза, и присутствие воды в системе не влияет на ход протекания реакции в заданном направлении.
3. В результате проведения оптимизации процесса увеличен выход реакции почти в 8 раз (с 11% до 85%). Предложено конструктивное исполнение реакции – отделение этапа гидролиза от основного реакционного пространства, с помощью использования двухкамерных реакторов H- и λ-типа, проведен скрининг различных катализаторов, описана зависимость выхода реакции от времени протекания реакции, показано влияние растворителей на ход протекания реакции.
4. Получен полимерный материал на основе 1,4-дииодбута-1,3-диена и карбида кальция в результате реакции Соногаширы, проведен комплекс исследований (СЭМ, ЭДС, ИК- и ЯМР-спектроскопия), доказано строение полимера и продемонстрированы его свойства.