基本信息
- 项目名称：
- 枚棕酸合成方法研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 利用杂环分子设计光电功能化合物是当前材料化学研究的热点。从分子结构的角度来看，大的电子离域分子平面有利于功能分子的设计。方酸类化合物具有类苯的分子结构，但参与平面共轭的原子要远大于苯环，从这个角度来讲，以方酸基团设计光电功能分子是很有前途的从理论研究及分子设计的角度来讲，方酸类化合物具有高度的电子离域性和分子对称性，因此对它们的深入研究对于研究光电功能材料具有非常重要的意义。
- 详细介绍：
- 本项目探索以乙二醛、无水亚硫酸钠、碳酸氢钠等物质为原料合成六方酸钠的高产率合成工艺路线。针对具体的实验过程，选择分子筛、金属催化剂和分子筛负载金属催化剂来提高气液反应过程中气体分子与反应底物的接触几率和氧化效率。同时在提高单次反应产率的基础上进行合成工艺优化，探索合成残液复用和催化剂的回收利用效率。通过实验找到一种提高六方酸钠合成产率的方法。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研究目的： 1.探索利用催化剂提高乙二醛氧化聚合效率，提高单次合成产率； 2. 进行合成工艺优化及化工工艺设计，实现合成反应连续生产过程中的残液循环复用，提高化合物综合收率。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性： 1. 前期研究工作表明，分子筛的添加有利于化合物产率的提高。分子筛可以提高氧气分子在溶液中与乙二醛分子接触的可能性，从而提升反应几率。 2. 前期试验结果表明，金属Cu可以对该反应起到显著的催化效果，因此选择过渡金属类催化剂进行本反应的催化的可行的。
应用价值和现实意义
- 该方法从传统的枚棕酸合成路线出发，利用残液复用，以金属和分子筛作为催化剂，得到的枚棕酸收率高达20.6%，比文献中记载的9.7%增长一倍多。且此方法反应条件温和，原料成本低，环境友好，为枚棕酸及其衍生染料的大量制备提供了一条新的途径。
学术论文摘要
- 本文研究了枚棕酸的合成路线，以乙二醛为原料，在NaHCO3和Na2SO3存在下，分别利用残液复用、以分子筛或金属Cu作为催化剂，一步获得高纯度的枚棕酸。该合成方法原料成本低，条件温和，环境友好，枚棕酸收率可达20.6%, 高于传统方法的约10%
获奖情况
- 2011化学工程与材料特性国际学术研讨会上发表
鉴定结果
- 本作品在国内同类项目中占据领先地位，大大提高了枚棕酸的合成产率，为下一步的实验作好了铺垫，有巨大的实用价值。
参考文献
- [1] Gunther, S.; Peter, I., Oxocarbons and Pseudooxocarbons, Chem. Rev. 1992, 92, 1227-1260. [2] Fabian J. Chem. Rev. 1992, 92, 1197-1226. [3] Fatiadi, A. J. , Isbell, H. S. and Sager, W. F. J. Res. Natl. Bur. Std. 67A, 1963,153-162 . [4] D. Fornals, et. al. [J] J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1987, 2749. [5] Sharshenalievna, Z., Pishugin, F, Rosenthal, G.. L, et al. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 17. [6] Morris, R. M., Klabunde, K. J. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 2633. [7] 车庆林，刘江琼，彭孝军，化学世界，第三期，1999, 3, 139-141. [8] Tavolaro A. & Drioli E. Advanced Materials, 1999, 11, 975-996.
同类课题研究水平概述
- 在1834年Gemlin就分离得到了五方酸，但是由于对方酸类化合物的结构和性质的全面认识到近几年才完全认识清楚。所以这一类化合物的研究进展是相当缓慢的。近几年由于新型光电功能材料设计的需要，对方酸类化合物的研究逐渐成为热点。1992年，Seitz等人在Chem.Rev上详细的论述了方酸类化合物的研究进展。2001年，Dunitz等人在Angew上首次系统的报道了五方酸简单盐的晶体结构，利用X射线系统的分析了五方酸分子中五元环的结构。虽然五次对称结构在光电功能化合物设计中有着独特的优势，但总的来说，对于五方酸类化合物的研究相比其他类化合物进展要缓慢的多。其中最重要的一点就是五方酸原料的合成方法进展缓慢，目前的合成路线还难以大规模合成。
