Hóa học xanh Chương 2: Xúc tác xanh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.13 MB, 38 trang )
CHƯƠNG 2:
XÚC TÁC VÀ HÓA HỌC XANH
Tại sao chất xúc tác là quan trọng
trong việc đưa ra các quy trình cơng
nghiệp?
Hiệu quả hơn và có lợi nhuận kinh tế?
1
YÊU CẦU CỦA XÚC TÁC
TRONG HÓA HỌC XANH
ü Các chất phản ứng xúc tác làm giảm năng lượng
của trạng thái chuyển tiếp, do đó làm giảm năng
lượng đầu vào cần thiết cho một quá trình
ü Các chất xúc tác được yêu cầu với số lượng nhỏ
ü Sự thu hồi và tái sử dụng của các chất xúc tác rất
tốt cho quá trình xanh
2
No
catalyst
With
catalyst
3
Với chất xúc tác: Ít năng lượng, hóa chất ít độc hại hơn,4 ít
chất thải
5
E factor
ü Yếu tố E: Lượng thực tế của chất thải sản xuất
trong quá trình (tổng sản phẩm trừ nước) / kg
sản phẩm
ü Một yếu tố E cao hơn à nhiều thải hơn à lớn
hơn về tác động tiêu cực với mơi trường
ü Nói chung, các yếu tố E tăng đáng kể trên đi từ
tang số lượng lớn để tinh hóa chất, dược phẩm,
do qua nhiều bước tổng hợp + các tác chất cân
bằng hóa học chứ khơng phải là chất xúc tác cho
6
sau này
For example:
7
Chất thải tạo ra từ đâu?
ü Chất thải phát sinh trong sản xuất các hợp chất hữu cơ từ
các muối vô cơ ban đầu
ü Hậu quả của việc sử dụng các tác chất vơ cơ cân bằng hóa
học
ü ví dụ: giảm cân bằng hóa học với kim loại (Na, Mg, Zn,
Fe) và các thuốc thử metal hydride (LiAlH4, NaBH4)
ü Quá trình oxy hóa với KMnO4, CrO3 / H2SO4
ü Sulfo hóa, nitro hóa, halogen hóa, diazohóa và acylhóa
Friedel-Crafts, sử dụng xúc tác là axit vô cơ (H2SO4, HF,
H3PO4) và Lewis axit (AlCl3, ZnCl2, BF3)
8
Giải pháp làm giảm chất thải?
•Thay thế các phương pháp cân bằng hóa học cổ
điển với lựa chọn thay thế xúc tác sạch hơn
Catalyst
Stoichiometric
reagents
9
Atom efficiency / economy
No
catalyst
10
Atom efficiency / economy
11
Classical aromatic chemistry
12
Non-classical aromatic chemistry
13
Two ways to hydroquinone
10 kg waste (MnSO4, FeCl2, NaCl, Na2SO4) / kg
14
< 1kg waste / kg
Supported catalyst
15
Solid supports: polymer or silica
Homogeneous Catalysts
(xúc tác đồng thể)
•
•
•
•
•
•
High selectivity
Wide range available
High Cost
Catalyst Stability
Recycle Problem
Limited industrially
Heterogeneous Catalysts
(xúc tác dị thể)
•
•
•
•
•
•
•
Low Selectivity
Difficult to Functionalize
Ill-defined catalytic species
Limited Range of Reactions
Problems of Leaching
Ease of Recycle
Preferred Industrially
The ‘Holy Grail’: Immobilize a homogeneous
catalyst on an inert support to combine selectivity
with processability
16
Using solid catalyst
Catalyst
separation by
filtration /
centrifugation
17
Using solid catalyst
Reused catalyst
Ø ít chất thải
Ø Ít năng lượng tiêu thụ
Ø Nhiều khả năng tái chế và tái sử
dụng
Ø sản phẩm sạch hơn
18
19
Using homogeneous catalyst
Catalyst separation by column
chromatography / distillation / extraction
20
Using homogeneous catalyst
Ø nhiều chất thải
Ø Tốn năng lượng
tiêu thụ
Ø Ít khả năng tái chế
và tái sử dụng
Ø Sản phẩm bị nhiễm
kim loại độc hại
Ø dung môi độc hại
hơn tham gia
21
Homogeneous Catalysts
(xúc tác đồng thể)
•
•
•
•
•
•
High selectivity
Wide range available
High Cost
Catalyst Stability
Recycle Problem
Limited industrially
Heterogeneous Catalysts
(xúc tác dị thể)
•
•
•
•
•
•
•
Low Selectivity
Difficult to Functionalize
Ill-defined catalytic species
Limited Range of Reactions
Problems of Leaching
Ease of Recycle
Preferred Industrially
The ‘Holy Grail’: Immobilize a homogeneous
catalyst on an inert support to combine selectivity
with processability
22
Homogeneous Friedel-Crafts acylation
23
Heterogeneous Friedel-Crafts acylation
24
Homogeneous synthesis of 2,6dichlorobenzonitrile
25
