Дегидрирование - Dehydrogenation

Сравнить Депротонирование.

Дегидрирование это химическая реакция, которая включает удаление водород, обычно из органической молекулы. Это наоборот гидрирование. Дегидрирование важно и как полезная реакция, и как серьезная проблема. В простейшем случае это полезный способ преобразования алканы, которые относительно инертны и поэтому малоценны, к олефины, которые являются реактивными и, следовательно, более ценными. Алкены являются предшественниками альдегиды, спирты, полимеры, и ароматика.[1] Как проблемная реакция, загрязнение и инактивация многих катализаторов происходит из-за коксование, которая представляет собой дегидрогенизирующую полимеризацию органических субстратов.[2]

Ферменты которые катализируют дегидрирование, называются дегидрогеназы.

Гетерогенно-каталитические маршруты

Стирол

Процессы дегидрирования широко используются для производства ароматических углеводородов в нефтехимическая промышленность. Такие процессы очень эндотермический и требуют температуры 500 ° C и выше.[1][3] Дегидрирование также преобразует насыщенные жиры к ненасыщенные жиры. Одной из наиболее масштабных реакций дегидрирования является получение стирол дегидрированием этилбензол. Типичные катализаторы дегидрирования основаны на оксид железа (III), продвигаются на несколько процентов оксид калия или карбонат калия.[4]

C6ЧАС5CH2CH3 → С6ЧАС5CH = CH2 + H2

Другие алкены

Значение каталитического дегидрирования парафиновых углеводородов до олефинов в последние годы неуклонно растет. Легкие олефины, такие как бутены, являются важным сырьем для синтеза полимеров, добавок к бензину и различных других нефтехимических продуктов. Процессы крекинга, особенно каталитический крекинг с псевдоожиженным слоем и паровой крекинг, производят моноолефины высокой чистоты, такие как 1-бутен или изобутен. Несмотря на такие процессы, в настоящее время больше исследований сосредоточено на разработке альтернатив, таких как окислительное дегидрирование (ODH), по двум причинам: (1) протекают нежелательные реакции при высокой температуре, ведущие к закоксовыванию и дезактивации катализатора, что делает частую регенерацию катализатора неизбежной (2). ) он потребляет большое количество тепла и требует высоких температур реакции. Окислительное дегидрирование (ODH) н-бутана является альтернативой классическим процессам дегидрирования, парового крекинга и каталитического крекинга в псевдоожиженном слое.[5]Пропан[6]

Дегидрирование парафины и олефины - парафины, такие как п-пентан и изопентан можно преобразовать в пентен и изопентен с помощью хром (III) оксид в качестве катализатора при 500 ° C.

Формальдегид

Формальдегид производится в промышленности путем каталитического окисления метанол, что также можно рассматривать как дегидрирование с использованием O2 как акцептор. Наиболее распространенные катализаторы: Серебряный металл или смесь утюг и молибден или ванадий оксиды. В обычно используемых Формокс процесс, метанол и кислород реагируют при температуре ок. 250–400 ° C в присутствии оксида железа в сочетании с молибденом и / или ванадием для получения формальдегида в соответствии с химическое уравнение:[7]

2 канала3ОН + О2 → 2 канала2O + 2 H2О

Гомогенно-каталитические маршруты

Были описаны различные процессы дегидрирования для органические соединения. Эти дегидрирования представляют интерес для синтеза тонких органических химикатов.[8] В таких реакциях часто используются катализаторы из переходных металлов.[9][10] Дегидрирование нефункционализированных алканов может осуществляться гомогенный катализ. Особенно активны для этой реакции клещевые комплексы.[11][12]

Стехиометрические процессы

Дегидрирование аминов до нитрилы используя различные реагенты, такие как Пентафторид йода (ЕСЛИ
5).

В типичном ароматизация, шестичленный алициклический кольца, например циклогексен, могут быть ароматизированы в присутствии акцепторов гидрирования. Элементы сера и селен продвигать этот процесс. В лабораторном масштабе хиноны, особенно 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон (DDQ) эффективны.

DDQ-dehydrogenation.png

Гидриды основной группы

Дегидрирование аммиачный боран.

В дегидрирование силанов также был разработан.[13]

n PhSiH3 → [PhSiH]п + п H2

В дегидрирование аминоборанов родственная реакция. Этот процесс когда-то привлекал внимание своим потенциалом для хранение водорода.[14]

Рекомендации

  1. ^ а б Wittcoff, Harold A .; Рубен, Брайан Дж .; Плоткин, Джеффри С. (2004). Промышленные органические химические вещества, второе издание - Витткофф - Интернет-библиотека Wiley. Дои:10.1002/0471651540. ISBN  9780471651543.
  2. ^ Guisnet, M .; Магну, П. (2001). «Органическая химия коксообразования». Прикладной катализ A: Общие. 212 (1–2): 83–96. Дои:10.1016 / S0926-860X (00) 00845-0.
  3. ^ Обзор промышленной химии | Филип Дж. Шенье | Springer. ISBN  9780471651543.
  4. ^ Денис Х. Джеймс Уильям М. Кастор, «Стирол» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Weinheim, 2005.
  5. ^ Ajayi, B.P .; Джерми, Б. Рабиндран; Ogunronbi, K. E .; Abussaud, B.A .; Аль-Хаттаф, С. (15 апреля 2013 г.). «Дегидрирование н-бутана на моно- и биметаллических катализаторах MCM-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 дегидрированием пропана, часть 2, Программа экономики технологий. пользователя Intratec. 2012 г. ISBN  978-0615702162.
  7. ^ Гюнтер Ройсс, Вальтер Дистельдорф, Армин Отто Геймер, Альбрехт Хилт «Формальдегид» в Энциклопедии промышленной химии Ульманна, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a11_619
  8. ^ Юнг, Чарльз С .; Донг, Вай М. (2011). «Каталитическое дегидрирование перекрестного взаимодействия: образование углерод-углеродных связей путем окисления двух углерод-водородных связей». Химические обзоры. 111 (3): 1215–1292. Дои:10.1021 / cr100280d. PMID  21391561.
  9. ^ Dobereiner, Graham E .; Крэбтри, Роберт Х. (2010). «Дегидрирование как субстрат-активирующая стратегия в гомогенном катализе переходных металлов». Химические обзоры. 110 (2): 681–703. Дои:10.1021 / cr900202j. PMID  19938813.
  10. ^ Чой, Чон Ук; МакАртур, Эми Х. Рой; Брукхарт, Морис; Гольдман, Алан С. (2011). «Дегидрирование и родственные реакции, катализируемые комплексами иридиевых клещей». Химические обзоры. 111 (3): 1761–1779. Дои:10.1021 / cr1003503. PMID  21391566.
  11. ^ "1". Активация алкана C-H с помощью одноцентрового металлического катализа | Педро Х. Перес | Springer. С. 1–15.
  12. ^ Финдлейтер, Майкл; Чой, Чонвук; Goldman, Alan S .; Брукхарт, Морис (01.01.2012). Перес, Педро Дж. (Ред.). Активация алканового углерода с помощью одноцентрового металлического катализа. Катализ металлическими комплексами. Springer Нидерланды. С. 113–141. Дои:10.1007/978-90-481-3698-8_4. ISBN  9789048136971.
  13. ^ Aitken, C .; Harrod, J. F .; Гилл, США (1987). «Структурные исследования олигосиланов, полученных каталитическим дегидрированием первичных органосиланов». Мочь. J. Chem. 65 (8): 1804–1809. Дои:10.1139 / v87-303.
  14. ^ Штаубиц, Энн; Робертсон, Аласдер П. М .; Манеры, Ян (2010). «Аммиак-боран и родственные соединения как источники дигидрогена». Химические обзоры. 110 (7): 4079–4124. Дои:10.1021 / cr100088b. PMID  20672860.