Кинетическая модель и механизм жидкофазного гетерогенного гидрирования дициклопентадиена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы основные маршруты протекания жидкофазного гидрирования эндо -трицикло[5.2.1.02,6]декадиена-3,8 (дициклопентадиена, (1)) в присутствии палладиевого катализатора ПК-25 (Pd/γ-Al2O3, 0.25% Pd). Идентифицированы все продукты реакции, изучен материальный баланс. Подобраны мягкие условия гидрирования соединения (1), при которых сохраняется норборнановый каркас. Для соединения (1), как и в случае других норборненовых производных, подтвержден эффект доминирующей адсорбции норборненовой двойной связи на активном центре (АЦ) палладия по сравнению с двойными связями другой природы. На основании совокупности экспериментальных и теоретических данных предложена последовательная схема механизма процесса, конечным и единственным продуктом которого является эндо-трицикло[5.2.1.02,6]декан (3). Установлен нулевой кинетический порядок в широком интервале начальных концентраций для соединения (1) и первый - при гидрировании промежуточного циклоалкена - трицикло[5.2.1.02,6]дека-3-ена (2). Определены активационные параметры реакции жидкофазного гидрирования (1) и (2). На основе подхода Ленгмюра-Хиншелвуда и в представлении множественной адсорбции субстратов на одном АЦ разработана адекватная кинетическая модель процесса. Показано, что существенный вклад в скорость реакции вносят три стадии, реализованные двумя маршрутами. Оценены их константы скорости, а также адсорбционные константы комплексов АЦ с непредельными соединениями.

Об авторах

В. В. Замалютин

МИРЭА - Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Email: zamalyutin@mail.ru
119571, Moscow, Russia

Е. А. Кацман

МИРЭА - Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Email: petrochem@ips.ac.ru
119571, Moscow, Russia

О. Ю. Ткаченко

МИРЭА - Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Email: petrochem@ips.ac.ru
119571, Moscow, Russia

В. Р Флид

МИРЭА - Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: vitaly-flid@yandex.ru
119571, Moscow, Russia

Список литературы

  1. Ушаков Н.В. Селективное гидрирование дициклопентадиена // Журн. прикл. химии. 2020. Т. 93. С. 155-163. https://doi.org/10.31857/S0044461820020012
  2. Ushakov N.V. Selective hydrogenation of dicyclopentadiene // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. P. 159-166. https://doi.org/10.1134/s1070427220020019.
  3. Флид В.Р., Грингольц М.Л., Шамсиев Р.С., Финкельштейн Е.Ш. Норборнен, норборнадиен и их производные - перспективные полупродукты для органического синтеза и получения полимерных материалов // Усп. хим. 2018. Т. 87. С. 1169-1205. https://doi.org/10.1070/RCR4834
  4. Flid V.R., Gringolts M.L., Shamsiev R.S., Finkelshtein E.Sh. Norbornene, norbornadiene and their derivatives: promising semi-products for organic synthesis and production of polymeric materials // Russ. Chem. Rev. 2018. V. 87. P. 1169-1205. https://doi.org/10.1070/RCR4834.
  5. Jamróz M.E., Gałka S., Dobrowolski J.C. On dicyclopentadiene isomers // J. Mol. Struct. (Theochem). 2003. V. 634. P. 225-233. https://doi.org/10.1016/S0166-1280(03)00348-8
  6. Keenan M.J. (Eds.). Kirk-Othmer Encyclopedia of chemical technology. Wiley & Sons. Inc. Hoboken: New York, 1993. V. 7. P. 859-876.
  7. Flammersheim H.J., Opfermann J. The dimerization of cyclopentadiene - a test reaction for the kinetic analysis of DSC measurements and the performance of a kinetic evaluation program // Thermochim. Acta. 1999. V. 337. P. 149-153. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(99)00163-X
  8. Woodward R.B., Hoffmann R. The conversion of orbital symmetry // Angew. Chem. Int. Ed. 1969. V. 8. P. 781-853. https://doi.org/10.1002/anie.196907811
  9. Hammond G.S., Turro N.J., Liu R.S.H. Mechanisms of photochemical reactions in solution XVI. Photosensitized dimerization of conjugated dienes // J. Org. Chem. 1963. V. 28. P. 3297-3303. https://doi.org/10.1021/Jo01047A005
  10. Turro N.J., Hammond G.S. The photosensitited dimerization of cyclopentadiene // J. Am. Chem. Soc. 1962. V. 84. P. 2841-2842. https://doi.org/10.1021/Ja00873A050
  11. Kovačič S., Slugovc C. Ring-opening metathesis polymerisation derived poly (dicyclopentadiene) based materials // Mater. Chem. Front. 2020. V. 4. № 8. Р. 2235-2255. https://doi.org/10.1039/D0QM00296H
  12. Leguizamon S.C., Cook A.W., Appelhans L.N. Employing Photosensitizers for rapid olefin metathesis additive manufacturing of poly(dicyclopentadiene) // Chem. Mater. 2021. V. 33. № 24. P. 9677-9689. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c03298
  13. Mann M., Zhang B., Tonkin S.J., Gibson C.Т., Jia Z., Hasell T., Chalker J.M. Processes for coating surfaces with a copolymer made from sulfur and dicyclopentadiene // Polym. Chem. 2022. V. 13. P. 1320-1327. https://doi.org/10.33774/chemrxiv-2021-n91h4
  14. Keenan M.J. (Eds.). Kirk-Othmer Encyclopedia of chemical technology. Wiley & Sons. Inc. Hoboken: New York, 2001. V. 24. P. 540.
  15. Worzakowska M. Novel DCPD-modified polyester containing epoxy groups: thermal, viscoelastic, and mechanical properties of their wood flour filled copolymers // Polym. Bull. 2012. V. 68. P. 775-787. https://doi.org/10.1007/s00289-011-0585-x
  16. Khan A., Ali S.S., Chodimella V.P., Farooqui S.A., Anand M., Sinha A.K. Catalytic conversion of dicyclopentadiene into high energy density fuel: a brief review // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. P. 1977-1988. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c06168
  17. Zhang Z., Liu R., Li W., Liu Y., Pei Z., Qiu J., Wang S. Frontal polymerization-assisted 3D printing of short carbon fibers/dicyclopentadiene composites // J. Manuf. Process. 2021. V. 71. P. 753-762. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.10.014
  18. Behr A., Manz V., Lux A., Ernst A. Highly Selective Mono-hydrogenation of dicyclopentadiene with Pd-nanoparticles // Catal. Lett. 2013. V. 143. № 3. P. 241-245. https://doi.org/10.1007/s10562-013-0960-3
  19. Skála D., Hanika J. Dicyclopentadiene hydrogenation in trickle-bed reactor under forced periodic control // Chem. Papers. 2008. V. 62. № 2. P. 215-218. https://doi.org/10.2478/s11696-008-0013-3
  20. Hao M., Yang B., Wang H., Liu G., Qi S. Kinetics of liquid phase catalytic hydrogenation of dicyclopentadiene over Pd/C catalyst // J. Phys. Chem. A. 2010. V. 114. № 11. P. 3811-3817. https://doi.org/10.1021/jp9060363
  21. Верещагина Н.В., Антонова Т.Н., Копушкина Г.Ю., Абрамов И.Г. Кинетика насыщения и относительная реакционная способность двойных связей алициклических диенов в процессе гидрирования // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. № 3. С. 266-273. https://doi.org/10.7868/S0453881117030133
  22. Vereshchagina N.V., Antonova T.N., Kopushkina G.Yu., Abramov I.G. // Kin. Cat. 2017. V. 58. P. 255-261. https://doi.org/10.1134/S0023158417030120.
  23. Бермешев М.В., Антонова Т.Н., Шангареев Д.Р., Данилова А.С., Пожарская Н.А. Селективное каталитическое гидрирование алициклических диенов водородом в жидкой фазе // Нефтехимия. 2018. V. 58. C. 580-587
  24. Bermeshev M.V., Antonova T.N., Shangareev D.R., Danilova A.S., Pozharskaya N.A. // Petrol. Chemistry. 2018. V. 58. P. 869-875. https://doi.org/10.1134/S0028242118050039.
  25. Chung S.H., Park G.H., Schukkink N., Lee H., Shiju N.R. Structure-sensitive epoxidation of dicyclopentadiene over TiO2 catalysts // Chem. Commun. 2023. V. 59. P. 756-759. https://doi.org/10.1039/D2CC05305E
  26. Антонова Т.Н., Абрамов И.А., Фельдблюм В.Ш., Абрамов И.Г., Данилова А.С. Каталитическое гидрирование дициклопентадиена в дициклопентен в жидкой фазе // Нефтехимия. 2009. Т. 49. № 5. С. 386-388
  27. Antonova T.N., Abramov I.A., Feldblyum V.Sh., Abramov I.G., Danilova A.S. // Petrol. Chemistry. 2009. V. 49. № 5. P. 366-368. https://doi.org/10.1134/S0965544109050041.
  28. Liu G., Mi Z., Wang Li, Zhang X. Kinetics of dicyclopentadiene hydrogenation over Pd/Al2O3 catalyst // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. P. 3846-3851. https://doi.org/10.1021/ie0487437
  29. Zou J.-J., Zhang X., Kong J., Wang L., Zou J.-J., Zhang X., Kong J., Wang L. Hydrogenation of dicyclopentadiene over amorphous nickel alloy catalyst SRNA-4 // Fuel. 2008. V. 87. P. 3655-3659. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.07.006
  30. Замалютин В.В., Рябов А.В., Ничуговский А.И., Скрябина А.Ю., Ткаченко О.Ю., Флид В.Р. Особенности гетерогенно-каталитического гидрирования 5-винил-2-норборнена // Изв. АН. Сер. хим. 2022. С. 70-75
  31. Zamalyutin V.V., Ryabov A.V., Nichugovskii A.I., Skryabina A.Yu., Tkachenko O.Yu., Flid V.R. // Russ. Chem. Bull. 2022. V. 71. P. 70-75. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3378-5.
  32. Замалютин В.В., Рябов А.В., Соломаха Е.А., Кацман Е.А., Флид В.Р., Ткаченко О.Ю., Шпынева М.А. Жидкофазное гетерогенное гидрирование дициклопентадиена // Изв. АН. Сер. хим. 2022. Т. 71. С. 1204-1208
  33. Zamalyutin V.V., Ryabov A.V., Solomakha E.A., Katsman E.A., Flid V.R., Tkachenko O.Yu., Shpinyova M.A. // Russ. Chem. Bull. 2022. V. 71. P. 1204-1208. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3521-3.
  34. Замалютин В.В., Шамсиев Р.С., Флид В.Р. Механизм каталитической миграции двойной связи в 2-винилнорборнанах // Изв. АН. Сер. хим. 2022. № 10. С. 2142-2148
  35. Zamalyutin V.V., Shamsiev R.S., Flid V.R. Mechanism of catalytic migration of the double bond in 2-vinylnorbonanes // Russ. Chem. Bull. 2022. P. 2142-2148. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3639-3.
  36. Замалютин В.В., Кацман Е А., Данюшевский В.Я., Флид В.Р., Подольский В.В., Рябов А.В. // Коорд. химия. 2021. Т. 47. С. 628-634
  37. Zamalyutin V.V., Katsman E.A., Danyushevsky V.Y., Flid V.R., Podol'skii V.V., Ryabov A.V. // Russ. J. Coord. Chem. 2021. Т. 47. № 10. P. 695-701. https://doi.org/10.31857/S0132344X21100091.
  38. Замалютин В.В., Кацман Е.А., Рябов А.В., Скрябина А.Ю., Шпынева М.А., Данюшевский В.Я., Флид В.Р. Кинетическая модель и механизм гидрирования ненасыщенных карбоциклических соединений на основе норборнадиена // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 267-276
  39. Zamalyutin V.V., Katsman E.A., Ryabov A.V., Skryabina A.Y., Shpinyova M.A., Danyushevsky V.Y., Flid V.R. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. № 2. P. 234-242. https://doi.org/10.31857/S0453881122020150.
  40. Menges N., Balci M. Catalyst-free hydrogenation of alkenes and alkynes with hydrazine in the presence of oxygen // SYNLETT. 2014. № 25. P. 671-676. https:// doi.org/10.1055/S-0033-1340554.
  41. Temkin O.N. Homogeneous catalysis with metal complexes: kinetic aspects and mechanisms. New York: Wiley. 2012. 830 р.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».