Влияние природы и количества катализатора при синтезе морфолиновых ненасыщенных продуктов при участии винилацетилена

АННОТАЦИЯ

В статье изучено влияние катализаторов на реакцию морфолина на соединение с винилацетиленом. Катализаторы выполняются в двух различных системах, среди которых рекомендуется альтернативная.

ABSTRACT

The article studies the effect of catalysts on the reaction of morpholine on the compound with vinyl acetylene. The catalysts are manufactured in two different systems, among which an alternative is recommended.

Ключевые слова: Винилацетилен, N-морфолинбутадиен-2,3, вторичный амин, катализатор, ДМСО, гидроксид натрия, гидроксид лития, гидроксид калия, гомогений катализ, гетрогеный катализ.

Keywords: Vinyl acetylene, N-morpholinebutadiene-2,3, secondary amine, catalyst, DMSO, sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, homogenous catalysis, heterogeneous catal

Введение

Во многих каталитических процессах выход продукта и направление реакции сильно зависят от природы и количества применяемого катализатора и растворителя, температуры проведения реакции, молярного соотношения реагентов, от скорости введения первичных реагентов[1,2]. Так реакция аммиака и аминов с простыми олефинами протекает только в сложных условиях в присутствии катализаторов. Например: N-этиланилин можно получить из анилина и этилена, а для накопления аминов по связи (-С≡С- ) необходимо увеличить давление и количество катализаторов, поэтому реакция идёт при давлении 200 атмосфер, при температуре 300 ⁰C в присутствии натрия с выходом 80-90% продукта. Однако в этих условиях реакция не прекращается во время нормальной виниловой этапы или вместо ожидаемых виниламинов образуются изомеры оснований Шиффа [3,4].

Присутствие алленьной группы и атома азота в молекуле алленовых производных аминов позволяет им претерпевать различные химические изменения, включая реакции полимеризации и агрегации, что обусловливает важность изучения  виниловых соединений, в связи, с чем было написано  немало специальных руководств, основанных на их полимеризации в лабораторных экспериментах[5,6].

При нагревании в водном растворе (под давлением), вторичные амины   соединяются с винилацетиленом с образованием алленаминов, которые затем  под действием пролонгированного амина или под действием спиртов превращаются в ацетиленамины.

Амины не связываются с винилалкилатцитиленами при нагревании до t <120 °C под давлением.

Цель исследования:

Изучение влияния различных катализаторов на синтез N-морфолинбутадиен-2,3. Выбор наиболее подходяшего катализатора в зависимости от выхода продукта.

Материалы и методы исследований

Реакцию получения алленовых производных морфолина проводили в присутствие катализатора ХОН (X=K, Na, Li) приготовленного для  гомогенной и для гетерогенной систем реакций синтеза. 

А) Способ приготовления катализатора для гетерогенной системы: Катализатор готовили методом пропитывания. Для этого готовили раствор, добавляя 21,43 г ХОН к 50 мл воды. Приготовленный раствор ХОН добавляли к 50 г активированного угля (этикетка AU-L) в фарфоровом тигле и медленно нагревали при постоянном перемешивании, процесс останавливали после достижения состояния флюса. Подготовленный катализатор сушили в сушильном шкафу при 150 °C в течение 3 часов. Готовый катализатор затем использовали для реакции.

Б) Способ приготовления катализатора для гомогенной системы: Колбу Эрленмейера поместили на регулируемый нагреватель. В начале реакции в колбу наливали смесь из 2,55 г ХОН и 50 мл ДМСО, смесь перемешивали, и нагревали при 97-100 ^oC, затем охлаждали до 35 °C. Готовый катализатор затем использовали для реакции, которая была описана в предыдущей статье [7].

Результаты исследования и обсуждение

Кроме этого было изучено влияние природы катализатора на процесс образованием алленовых аминов. В качестве катализаторов использовали гидроксиды лития, натрия, калия. Во всех случаях было обнаружено образование N-морфолинбутадиен-2,3. Результаты образования, полученные в зависимости от природы используемого катализатора, представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние природы катализатора на выход N-морфолинбутадиен-2,3 (продолжительность реакции 4 часа, температура 70-75^oC)

Как видно из таблицы 1, наиболее активным катализатором является КОН, при котором выход N-морфолинбутадиен-2,3 составляет 17,6%, а при LiOH и NaOH составляют 15,4 и 25,0 % соответственно. По нашему  предположению  гомогеный катализатор на основе KOH в растворе ДМСО наиболее активизирует и усиливает химическую реакцию образования алленовых аминов.

Затем, для того, чтобы определить, как влияет количество выбранного катализатора (КОН) на реакцию получение алленового амина и времени реакции, процесс проводили в растворе ДМСО, изменяя количество КОН (10-20% по массе морфолина). Полученные результаты показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние количества катализатора на реакцию получение N-морфолинбутадиена-2,3 (при температуре 70-75^oС): (1)-10% по отношению к массе амина; (2)-15% по массе амина; (3)-20% по массе амина

Анализ полученных результатов показывает, что увеличение количества катализатора в пределах 15% по отношению к массе морфолина приводит к увеличению выхода N-морфолинбутадиена-2,3. Дальнейшее увеличение количества катализатора, как показано на Рис. 1, отрицательно влияет на выходе продукта, что приводит к снижению выхода N-морфолинбутадиен-2,3. По результатам исследования можно сказать, что необходимое количество катализатора для синтеза N-морфолин-бутадиен-2,3 из морфолина и винилацетилена составляет 15%.

Выводы

Реакцию проводили в гомогенной системе, так как в ней по сравнению с реакцией в гетерогенной системе преобладал наиболее высокий выход N-морфолинбутадиен-2,3 и одновременно с этим уменьшалось время продолжительности реакции.

В поисках катализатора участвующего в реакции получение N-морфолинбутадиен-2,3 в гомогенной системе, в лабораторных условиях обеспечивающего наиболее максимальный выход данного продукта, применяли соединения содержащие LiOH, КОH, NаОН.  Экспериментальным путем было доказано что использование катализатора на основе (КOH) в количестве 15% (по массе морфолина) позволяет наиболее  эффективно получить около 25% выхода продукт и повлиять на время продолжительности  данной реакции.

В целом реакцию можно описать следующим образом.

Список литературы:

1. Рахматов М.С. Влияние катализатора, температуры и растворителя на синтез и выход продукта реакции с виниловым эфиром салициловый кислоты в присутствии винилацетилена. Universum: химия и биология  Архив выпусков журнала "Химия и биология"  2020  11(77)  
2. Shomurod N., Vokhid A., Bobir O. Preliminary Quantum Chemical Analysis of Synthesized Monomers with the Participation of Vinylacetylene //International Journal of Progressive Sciences and Technologies. – 2020. – Т. 22. – №. 2. – С. 50-56.
3. Атоев Э.Х. Строение и свойства внутрикомплексных соединений 8-меркаптохинолина (тиооксина) и его производных.  Universum: химия и биология. Электрон. научн.журн.  Вып. 10 (76_2) стр. 29-32, 2020
4. Ахмедов В. Н., Олимов Б. Б. У., Назаров Ш. К. Электронная структура и квантово-химические расчёты виниловых эфиров фенолов //Universum: химия и биология. – 2020. – №. 4 (70).
5. Назаров Ш.К. Ахмедов В.Н. Олимов Б.Б. Хаитов С. Синтез мономеров при участии винилацетилена из одноатомных фенолов содержащих ариловую группу Электрон. научн.журн.  Вып. 11 (77) стр. 11-15, 2020
6. Жумаев Ж.Ҳ., Шарипова Н.У., Рамазанов Б. Г. Электронная структура и квантово-химические расчёты ненасыщенных производных морфолина. Научный журнал.Universum: химия и биология: Москва, 2020. №7(73)  С.60-63
7. Жумаев Ж.Х., Шарипова Н.У. Влияние растворителей на процесс взаимодействия морфолина с винилацетиленом //Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. Часть-2.  2020-C.4-6