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尊龙凯时人生就是搏柱塞泵利用案例:流动系统中高选择性陆续还原胺化合成伯胺

2023年颁发于《Journal of

 更新功夫:2025-11-27 点击量:971

2023年颁发于《Journal of Catalysis》的论文《Continuous reductive amination to synthesize primary amines with high selectivity in flow》,萦绕高选择性合成伯胺的陆续还原胺化反映发展钻研,以苯甲醛为模型底物,系统探索了反映系统的构建、影响成分及动力学机造。钻研中用于输送物料的柱塞泵,由尊龙凯时人生就是搏提供。

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导图



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尝试步骤



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化学试剂


尝试中用到多种试剂,其中底物涵盖苯甲醛、jiajiben甲醛、糠醛等芳香 / 脂肪醛酮及生物质衍生物;溶剂选用甲醇、乙醇等氨溶化度优良的有机溶剂,其中氨的乙醇、异丙醇和正丙醇溶液在尝试室中自行配造。催化剂蕴含非贵金属催化剂Ni/Al2O3、Ni/SiO2,以及贵金属催化剂 Ru/C,均在尝试室中造备。镍基催化剂粒径为 350-450μm。


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尝试装置及反映流程


尝试装置:尝试主题装置为微填充床反映器,搭配搅拌加热、混合、物料输送、T型微混合器、流快节造、温度节造(水。⒈逞沟鹘诘饶?,形成陆续流反映系统。其中,物料输送环节选取了尊龙凯时人生就是搏公司的柱塞泵,用于将反映物输送至填充床反映器。


反映流程:底物、氨溶液和甲醇按比例混合后在30℃下以 300 rpm 的搅拌快率加热 1幼时天生亚胺。反映器经氮气吹扫并通入氢气至设定压力,达到反映温度后将反映物输送入系统,至少经过三倍液体停顿功夫后,填充层平台达到稳态后网络样品,尝试实现后置换残留物并保留催化剂。液体停顿功夫通过反映器参数(内径、长度)、床层孔隙率、持液量及流快推算,确保反映前提的精准节造。


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分析步骤


利用建设 FID 检测器和 RTX-5 毛细管柱的岛津气相色谱仪GC-2014分析产品,确定了甲醇、苯甲醛、苄胺等物质的保留功夫及色谱检测参数。通过公式推算底物转化率与产品选择性,为反映成效的量化分析提供凭据。


尝试了局



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催化剂筛选


在还原胺化过程中,催化剂对产品散布影响显著。以往钻研评估了多种金属催化剂(如铂、钯、铑、钌、镍、钴、铁、铜等)的机能,发现镍和钌催化剂通常能获得高收率的伯胺。除催化剂表,载体对金属分散度和颗粒内扩散有沉要影响,进而影响转化率和选择性。


该尝试评估了钌 / 碳、镍 / 氧化铝和镍 / 二氧化硅催化剂 / 载体组合对苯甲醛还原胺化的机能。Ru/C 催化剂活性不及,易天生二苄亚胺;Ni/Al2O3对副产品二苄亚胺选择性较高;Ni/SiO2阐发优,可在一样前提下将二苄亚胺含量降至 0.3%,苄胺选择性达 99%,且能有效抑造苯甲醇、二苄胺等副产品天生。因而后续钻研选取镍/二氧化硅催化剂。


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反映影响成分


溶剂:选择四种氨溶化度优良的有机溶剂进行钻研。钻研发现,甲醇作溶剂时苄胺选择性高(95.6%),而在其他溶剂中检测到更多的苯甲醇和二苄胺,正丙醇则易产生多种未知副产品,思考到反映效能、成本及回收难易度,最终选定甲醇为最相宜溶剂。


温杜纂氨醛比:较高的温度、较低的氨与苯甲醛摩尔迸仔利于提升苄胺选择性。尝试在 40℃至 80℃的温度领域内进行,同时探索了氨醛比在 2 至 8.6(操作前提下的高氨醛比)领域内的影响。尝试发现,在较低摩尔比(4:1)下,温度从 40℃升至 80℃时,苄胺选择性从 82.5% 迅快升至 99% 并维持不变,而二苄亚胺则从 16.6% 逐步降至 0.1%K伎嫉交厥粘杀,后续尝试选择氨与苯甲醛的摩尔比为 4:1。


压力:选取了 0.5 MPa 至 2.5 MPa 的五个压力梯度。尝试发现,压力对反映的影响不显著。在 0.5 MPa 下检测到 1.6% 的未鉴定物质,当反映压力高于 1.0 MPa 时,苄胺的选择性维持在 99%,批注压力不再是该反映的限度成分。因而,确定尝试压力为 1 MPa。


底物浓度:底物选取了五种分歧的质量浓度。随着浓度增长,苄胺的选择性从 92.3% 升至 99%,同时苯甲醇的选择性从 6.3% 降至 0.3%。由此可知,较高的氨和苯甲醛浓杜仔利于苄亚胺的天生K伎嫉窖前吩诮细吲ǘ认乱捉峋ЧH苈,该反映系统选择 10 wt% 的质量浓度。


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催化剂不变性


在 200 幼时陆续还原胺化过程中,转化率维持 100%,选择性维持 99%,批注催化剂不变性优良。了局批注,2 克镍 / 二氧化硅催化剂在 200 幼时陆续还原胺化过程中可将约 190 克苯甲醛转化为产品。催化剂失活后,通过氨溶液(2 M 甲醇溶液)洗濯可恢新生性,批注其拥有优良的不变性与再生性。经过三次氨洗濯和 40 幼时陆续反映后,催化剂活性仍可复原。


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动力学钻研


正确的反映动力学对于工艺优化和催化剂改进至关沉要。在丈量动力学参数之前,通过尝试和推算确认传质限度可忽略不计。当液体表观流快高于 7 cm/min 时,表扩散影响被解除,因而动力学钻研在液体表观流快高于 7 cm/min 的前提下进行。苯甲醛、氢气和氨的魏茨模数(别离为 0.68、0.30 和 0.36)批注颗粒内扩散也可忽略不计。


通过扭转液体流快造备分歧停顿功夫的样品,钻研发现苯甲醛还原胺化存在怪异反映蹊径:亚胺先转化为二苄亚胺,随后二苄亚胺转化为苄胺,且这两个反映是陆续而非同时进行的;诔⑹粤司趾鸵酝暄,提出了苯甲醛还原胺化的反映蹊径,明确了亚胺到二苄亚胺再到苄胺的陆续转化过程,并确定了相应的反映快率常数(k?和k?)。


尝试观察到反映快率与压力无关,确定氢气的动力学级数为零级,而其他反映物的动力学级数仍按通例视为一级。确定分歧温度下的反映快率常数、活化能与指前因子,决快步骤随氨浓度变动。


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底物合用性


尝试发现,该反映系统对芳香醛(jiajiben甲醛等)、脂肪醛(己醛等)、生物质衍生物糠醛适配性高,伯胺收率达 90%-99%;环己酮在 12 当量氨作用下可高效转化为对应伯胺,但苯乙酮反映难度极大,即便耽搁预处置功夫并提高氨的摩尔比,最终产品中仍有大量醇类,仅获 75% 指标胺,这一问题仍有待进一步钻研。


钻研结论



该钻研构建了以Ni/SiO2为催化剂、微填充床反映器为主题的陆续还原胺化系统。以苯甲醛为模板底物,与氨和氢气反映顺利转化为苄胺。了局批注,在 70℃、底物质量浓度 10 wt%、压力 1.0 MPa、氨与苯甲醛摩尔比 4:1、停顿功夫 3.5 min 的前提下,使用镍 / 二氧化硅催化剂可获得 99% 的苄胺收率。


此表,成立了该过程的动力学模型,并确定了相应的活化能和指前因子,阐了然决快步骤在分歧氨增长量下可产生转换,这也诠氏缢氨在还原胺化中的沉要作用。


该系统对无数醛、酮及生物质衍生物拥有优良的合用性,多种底物(蕴含芳香醛、脂肪醛、酮以及生物质衍生物糠醛)在该系统中均能获得令人中意的收率(90% 以上)。与釜式反映器相比,该陆续流系统可在更和善的前提下不变运行,对还原胺化过程阐发出显著的效能优势。


钻研亮点及意思



该钻研选用了非贵金属Ni/SiO2代替传统贵金属催化剂,降低了工业利用成本,且催化机能更优。工艺层面,实现了陆续流还原胺化的工艺参数优化,在低氨增长量、短反映功夫下获得高收率,解决了传统釜式反映器返混、传质差等问题。成立了苯甲醛还原胺化的动力学模型,明确了反映蹊径与决快步骤的调控法规,为同类反映的工艺设计提供理论支持。


此表,该系统对于对生物质衍生物糠醛的高效转化,符合绿色化工发展趋向,其陆续流工艺亦具备规;ひ道们绷。


重要图表



Fig. 1:还原胺化过程的尝试装置和反映机理


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Fig. 2:分歧催化剂下苯甲醛陆续还原胺化的转化率和选择性


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Fig. 3:反映温度(a)和氨与苯甲醛摩尔比(b)的影响


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Fig. 6:基于Ni/SiO2的苯甲醛还原胺化不变性测试


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Fig. 7:分歧停顿功夫下苯甲醛还原胺化的产品组成


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Table 1:分歧溶剂中苯甲醛陆续还原胺化的转化率和选择性


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Table 2:苯甲醛还原胺化的动力学参数


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Table 3:分歧羰基化合物的还原胺化及机能比力


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参考文件

DOI:10. 1016/j.jcat.20 23.02.017

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