基本信息
- 项目名称：
- 化合物的绿色还原工艺
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 化合物的绿色还原工艺
- 详细介绍：
- 化合物的绿色还原工艺
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本课题首次提出一种羰基还原的绿色工艺。即酮（或醛）和与苯胺类缩合脱水形成希夫碱，再经催化加氢得到仲胺，再经催化氢解得到相应的亚甲基化合物，苯胺类化合物回收循环利用。整个反应过程的唯一副产物就是水，是一个拥有高的原子利用率、清洁无污染的绿色还原工艺。
科学性、先进性及独特之处
- 我们巧妙利用碳氮键催化氢解的特性和苯环与氮原子间单键具有双键性质的特点设计了此还原工艺。本项目所建立的是羰基还原的绿色过程，反应路线与文献报道不同,所以我们试图去理解催化剂的催化机制也必然是新颖的。
应用价值和现实意义
- 黄鸣龙还原和克莱门森还原都会产生严重的环境污染,而且这两种方法成本都比较昂贵。本工艺除了亚甲基化合物外，只生成一分子的水，拥有较高的原子利用率，清洁无污染，生产成本也可大大降低。仅生产2,2,6,6-四甲基哌啶这一个工艺中，本工艺每年就可以节省几百万元。由此可见本绿色还原过程的工业前景及经济效益。
学术论文摘要
- 沃尔夫－凯惜纳－黄鸣龙还原和克莱门森还原是目前最重要的将羰基化合物还原成亚甲基化合物的方法。但是，黄鸣龙还原是将醛或酮、水合肼、氢氧化钾（或氢氧化钠）及二聚乙二醇等混和液在高温下的反应，存在着长期以来无法解决的问题。为了解决这些问题，我们依据碳氮键在一定条件下可氢解的经验，提出采用苯胺与醛、酮生成希夫碱，然后催化氢化成仲胺，最后催化氢解得到目标化合物：亚甲基化合物，苯胺循环套用的路线。本项目工艺的羰基化合物经希夫碱再氢解的反应,减少了污染的排放，有很高的原子利用率，是一种对环境友好的绿色合成方法。同时，本项目工艺也是一种经济可行的还原方法，可以大大的减少成本，具有广阔的工业。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 国内领先
参考文献
- 1. Huang-Minlon , Journal of the American ChemicalSociety, 1946, 68：2487-2488; 2. James H. Brewster, Journal of the American Chemical Society ,1954,76: 6361-6363; 3. 徐宇伦,张龙, 精细化工,2006,23(4):382-385; 4. 丁晓琴,赵立峰 ,有机化学 ,2004,24（11）：1478-1481
同类课题研究水平概述
- 众所周知，沃尔夫－凯惜纳－黄鸣龙还原（WolffKishner-Huangminlonreactinon）和克莱门森还原（clemmensenreaction）是目前最重要的将羰基化合物还原成亚甲基化合物的方法，近百年来已为有机合成工业、医药工业、农药工业作出了重大的贡献。时至今日它们在科学研究及工农业生产中仍然发挥着巨大的作用。但是，黄鸣龙还原是将醛或酮、水合肼、氢氧化钾（或氢氧化钠）及二聚乙二醇等混和液在高温下的反应，不可避免的产生严重的环境污染；而克莱门森还原则使用锌汞齐，严重的汞污染和苛刻的生产条件是长期以来无法解决的问题，而且使用这两种还原方式成本比较昂贵。针对这些问题，国内外都进行了研究。有研究试图使用羰基的直接加氢还原为亚甲基，但是条件过于苛刻，且适用范围较窄只针对某种特定化合物，难于推广和工业化生产。还有人曾经尝试先把羰基还原成醇，再脱水，最后加氢得到亚甲基，以实现替代黄鸣龙还原和克莱门森还原的目的，但是羰基化合物只能停留在醇的阶段,在技术上讲不具备普遍意义。为了解决上述问题，我们依据碳氮键在一定条件下可氢解的经验，提出采用苯胺与醛、酮生成希夫碱，然后催化氢化成仲胺，最后催化氢解得到目标化合物：亚甲基化合物、苯胺循环套用的路线。 整个生产过程除了亚甲基化合物外，只生成一分子的水，拥有较高的原子利用率，清洁无污染，同时生产成本也可大幅度降低.此反应过程的实现具有极大的经济效益，单以2,2,6,6-四甲基哌啶为例，全国年需求量在百吨级别，目前采用2,2,6,6-四甲基哌啶酮黄鸣龙还原法生产。每生产一吨2,2,6,6-四甲基哌啶，主要反应物水合肼需要约0.34吨。水合肼价格大约在每吨3.5万元，共约1.2万元。采用本项目的绿色还原工艺生产，使用氢气约100公斤，只需100元左右，主原料的成本下降了99％以上（这里还没有考虑黄鸣龙还原消耗的碱和二聚三乙二醇）。仅仅生产2,2,6,6-四甲基哌啶这一个工艺中，本项目工艺每年就可以节省几百万元。由于羰基还原为亚甲基反应在很多产品（比如：7-甲氧基萘满酮）的生产中均可应用，由此可见本绿色还原过程的工业前景。
