Vorteile der wässrigen katalytischen Reaktion bei der THFDM-Synthese

Wasser ist ein auf der Erde häufig vorkommendes Lösungsmittel und ungiftig und umweltfreundlich. Im Hinblick auf die Umweltfreundlichkeit ist es besser als herkömmliche organische Lösungsmittel. Im THFDM Im Syntheseprozess sind herkömmliche organische Lösungsmittel nicht nur flüchtig und hochgiftig, sondern auch schädlich für die Umwelt und die Bediener. Wasser als Lösungsmittel verursacht diese Probleme nicht. Der Einsatz wässriger Katalysatorsysteme kann den Ausstoß schädlicher Lösungsmittel deutlich reduzieren und das Risiko einer Luft- und Wasserverschmutzung verringern.
Verbessern Sie die Reaktionsgeschwindigkeit und Selektivität
Der Solvatisierungseffekt in wässrigen katalytischen Systemen trägt dazu bei, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Aufgrund seiner Polarität und starken Wasserstoffbrückenbindung kann Wasser Zwischen- oder Übergangszustände stabilisieren und so die Reaktion fördern. Während der Hydrierung von Furfural zur Herstellung von THFDM kann beispielsweise die Polarität von Wasser die Geschwindigkeit von Carbonyl- und Olefin-Hydrierungsreaktionen erhöhen. Insbesondere bei bifunktionellen Katalysatoren trägt die Anwesenheit von Wasser dazu bei, die Protonenversorgung zu verbessern, wodurch der Reduktionsprozess gefördert und die Effizienz der THF-Ringbildung erhöht wird.
Die hohe Polarität und die Wasserstoffbindung von Wasser können sich auch auf das aktive Zentrum des Katalysators auswirken und die Adsorptionskapazität des Substrats auf der Katalysatoroberfläche erhöhen. Beispielsweise kann Wasser in Gegenwart von Katalysatoren auf Nickel- oder Kupferbasis dabei helfen, Substratmoleküle zu aktivieren, wodurch biomassebasierte Rohstoffe wie Furfural oder Furfurylalkohol leichter mit dem Katalysator interagieren können, wodurch die Selektivität der Reaktion erhöht wird. Durch die Katalyse in der wässrigen Phase kann das Auftreten von Nebenreaktionen wie übermäßiger Reduktion oder unnötigen Zersetzungsreaktionen teilweise erheblich reduziert werden, wodurch die Ausbeute des Zielprodukts THFDM erhöht wird.
Reduzieren Sie den Energieverbrauch
Die hohe spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Wasser machen es zu einem guten Reaktionsmedium, das ausreichend Energie liefern kann, um Reaktionen bei niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Im Vergleich zu vielen herkömmlichen organischen Lösungsmittelsystemen, die hohe Temperaturen und Drücke erfordern, werden Reaktionen in der wässrigen Phase häufig unter milderen Bedingungen durchgeführt, wodurch die Abhängigkeit von externen Energiequellen und damit der Energieverbrauch verringert werden. Diese Eigenschaft der Reduzierung des Energiebedarfs entspricht nicht nur den Prinzipien der grünen Chemie, sondern reduziert auch die Reaktionskosten, was den wirtschaftlichen Nutzen insbesondere bei großtechnischen Synthesen erheblich verbessern kann.