RU2618527C1 - Method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene in a quadricyclean - Google Patents
Method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene in a quadricyclean Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618527C1 RU2618527C1 RU2015148230A RU2015148230A RU2618527C1 RU 2618527 C1 RU2618527 C1 RU 2618527C1 RU 2015148230 A RU2015148230 A RU 2015148230A RU 2015148230 A RU2015148230 A RU 2015148230A RU 2618527 C1 RU2618527 C1 RU 2618527C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- norbornadiene
- quadricyclane
- photochemical
- module
- catalytic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
- C07C5/22—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
- C07C5/27—Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton
- C07C5/31—Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton changing the number of rings
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к химической технологии, а именно к способу совместной организации фотореакции валентной изомеризации норборнадиена в квадрициклан и каталитической изомеризации последнего в норборнадиен. Изобретение может найти применение в области энергетики для аккумулирования солнечной энергии и преобразования ее в тепловую.The present invention relates to chemical technology, and in particular to a method for co-organizing the photoreaction of the valence isomerization of norbornadiene to quadricyclane and the catalytic isomerization of the latter to norbornadiene. The invention may find application in the field of energy for the accumulation of solar energy and its conversion into heat.
Из уровня техники известен способ превращения норборнадиена в квадрициклан в фотохимическом модуле в присутствии ксеноновой лампы (Oriel 6269) и монохроматора в кварцевой кювете 12,5×50 мм с последующим отделением непрореагировавшего норборнадиена на стальной колонке 3,18 мм×1,83 м [Cartas L.R., Greenberg D.B. Determination of the energy storage efficiency of the photoisomerisation of norbornadiene to quadricyclane as a potential means for the trapping of solar energy. / J. Solar Energy. / 1985, V. 34, №1, pages 93-99]. Облучение происходит в течение 2 часов, при этом выход квадрициклана составил около 70% при 298 K.The prior art method for the conversion of norbornadiene to quadricyclane in a photochemical module in the presence of a xenon lamp (Oriel 6269) and a monochromator in a 12.5 × 50 mm quartz cuvette, followed by separation of unreacted norbornadiene on a 3.18 mm × 1.83 m steel column [Cartas LR, Greenberg DB Determination of the energy storage efficiency of the photoisomerisation of norbornadiene to quadricyclane as a potential means for the trapping of solar energy. / J. Solar Energy. / 1985, V. 34, No. 1, pages 93-99]. Irradiation occurs within 2 hours, while the yield of quadricyclane was about 70% at 298 K.
Недостатком данного способа является невысокий выход квадрициклана.The disadvantage of this method is the low yield of quadricyclane.
Также известен способ получения квадрициклана с применением фотохимического модуля, состоящего из специальных ртутных ламп и фотореактора Electro-Lite Corp., укомплектованного соответствующими фильтрами [US 20040054244 А1 (Exciton, Inc.) 18.03.2004]. Процесс протекает в проточном реакторе за 216 минут при 25°С. Конверсия достигает 90% за счет применения предварительно очищенного норборнадиена и добавления триэтиламина для уменьшения количества побочных реакций.Also known is a method for producing a quadricyclane using a photochemical module consisting of special mercury lamps and an Electro-Lite Corp. photoreactor equipped with appropriate filters [US 20040054244 A1 (Exciton, Inc.) 03/18/2004]. The process proceeds in a flow reactor for 216 minutes at 25 ° C. The conversion reaches 90% due to the use of pre-purified norbornadiene and the addition of triethylamine to reduce the number of adverse reactions.
Недостатком является то, что данный способ является дорогостоящим, энергозатратным, требующим предварительной очистки норборнадиена.The disadvantage is that this method is expensive, energy-intensive, requiring pre-treatment of norbornadiene.
На данный момент в научной и патентной литературе не обнаружено описаний способов совместного проведения фотохимического и каталитического процессов в рамках единой технологической схемы.At the moment, in the scientific and patent literature, no descriptions of methods for the joint conduct of photochemical and catalytic processes within the framework of a single technological scheme have been found.
Технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении количественного выхода квадрициклана, не требующего дополнительной очистки от примесей, а также числа циклов, обеспечивающих непрерывность процесса.The technical result of the present invention is to increase the quantitative yield of quadricyclane, which does not require additional purification from impurities, as well as the number of cycles ensuring the continuity of the process.
Технический результат достигается способом проведения процесса обратимой изомеризации норборнадиена в квадрициклан для обеспечения материального и теплового баланса потоков, заключающимся в том, что для осуществления непрерывности процесса после фотохимического модуля установлены ректификационная колонна и каталитический модуль, позволяющие регулировать цикличность превращений.The technical result is achieved by the method of carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene into a quadricycle to ensure the material and heat balance of the flows, which consists in the fact that for the implementation of the process continuity after the photochemical module, a distillation column and a catalytic module are installed, which make it possible to regulate the cyclic transformations.
В предлагаемом способе допускается использование норборнадиена без предварительной очистки. Кроме того, количество используемых реактивов может быть снижено в связи с увеличением селективности процессов.In the proposed method, the use of norbornadiene without prior purification is allowed. In addition, the number of reagents used can be reduced due to an increase in the selectivity of the processes.
Принципиальная технологическая схема способа проведения процесса обратимой изомеризации норборнадиена в квадрициклан представлена на фиг. 1.A schematic flow diagram of a method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene into quadricyclane is shown in FIG. one.
Фотохимический модуль (модуль 1) включает в себя кварцевый реактор объемом 250 мл и источник световой энергии, в качестве которого используется погружная ртутная лампа с варьируемой мощностью до 1 кВт и регулируемой длиной волны излучения в диапазоне 300÷473 нм (поток 0). Для отсекания коротковолнового излучения устанавливаются специальные световые фильтры фирмы «Schott Glass Со.» (WG 225, WG 280, WG 295 и др.), изготовленные из борсиликатного стекла. Энергия, проходящая через исследуемый раствор, фиксируется с помощью фотодетектора - кремниевого фотодиода (Oriel 7183), расположенного за реактором. Из фотореактора (модуль 1) реакционный поток (поток 1-2) поступает в тарельчатую ректификационную колонну (модуль 2).The photochemical module (module 1) includes a 250 ml quartz reactor and a light energy source, which is used as an immersion mercury lamp with a variable power of 1 kW and an adjustable radiation wavelength in the range 300–473 nm (flux 0). To cut off short-wave radiation, special Schott Glass Co. light filters (WG 225, WG 280, WG 295, etc.) made of borosilicate glass are installed. The energy passing through the test solution is recorded using a photodetector - a silicon photodiode (Oriel 7183), located behind the reactor. From the photoreactor (module 1), the reaction stream (stream 1-2) enters the tray distillation column (module 2).
Ректификационная колонна непрерывного действия (модуль 2) изготовлена из кварцевого стекла высотой 600 мм, диаметром 60 мм снабжена обогреваемым кубом объемом 1 л, устройствами для регулирования флегмового числа и отбора проб. Эффективность колонны - 8 теоретических тарелок. На выходе из колонны получают норборнадиен с чистотой 99,95% (поток 2'-1), квадрициклан с чистотой 99,90% (поток 2-3) и непрореагировавший сенсибилизатор (поток 2''-1). Размеры колонны подбирались, исходя из температур кипения участвующих в процессах компонентов: норборнадиена (температура кипения 90,2°С), квадрициклана (температура кипения 108°С) и сенсибилизатора ацетофенона (температура кипения 202°С).Continuous distillation column (module 2) is made of quartz glass with a height of 600 mm, a diameter of 60 mm, is equipped with a heated cube of 1 l, devices for controlling the reflux ratio and sampling. The efficiency of the column is 8 theoretical plates. At the column outlet, norbornadiene with a purity of 99.95% (stream 2'-1), a quadricyclone with a purity of 99.90% (stream 2-3) and an unreacted sensitizer (
Каталитический модуль (модуль 3) состоит из проточно-циркуляционной установки, которая включает реактор, представляющий собой трубку из нержавеющей стали 13X18Т размером 65×2,5 см и длиной изотермической зоны ~20÷25 см, что позволяет варьировать количество загруженного катализатора в диапазоне 10÷40 см3 за счет изменения объема насадки. Регулирование температурного режима обеспечивается безградиентной электрической печью с программируемым обогревом в температурных пределах 20-800°С. Температура внутри реактора поддерживается с точностью ±2°С измерителем-регулятором (ИРТ-5920), снабженным программным управлением. Конструкция реактора и электропечи предусматривают наличие встроенных термопар, позволяющих измерять температуру непосредственно в слое катализатора.The catalytic module (module 3) consists of a flow-through installation, which includes a reactor consisting of a 13X18T stainless steel tube measuring 65 × 2.5 cm and an isothermal zone length of ~ 20–25 cm, which allows varying the amount of loaded catalyst in the range of 10 ÷ 40 cm 3 due to changes in the volume of the nozzle. Temperature control is provided by a gradientless electric furnace with programmable heating in the temperature range of 20-800 ° C. The temperature inside the reactor is maintained with an accuracy of ± 2 ° С with a meter-controller (IRT-5920) equipped with programmed control. The design of the reactor and electric furnace include the presence of built-in thermocouples that allow temperature measurement directly in the catalyst bed.
Для подачи жидкого реагента (поток 2-3) на слой катализатора используется поршневой высокоточный дозатор (НРР 5001), обеспечивающий скорость подачи в интервале 0,1÷5 мл/мин. При необходимости в реакторе (модуль 3) предусмотрен блок конденсации и отбора продуктов, состоящий из двух последовательно охлаждаемых сепарационных сосудов. Поток норборнадиена с непрореагировавшим квадрицикланом (поток 3-2) вновь направляется в ректификационную колонну (модуль 2) на разделение. Выделяемое во время реакции тепло (поток 0') можно использовать для обогрева.To supply a liquid reagent (stream 2-3) to the catalyst bed, a piston high-precision dispenser (HPP 5001) is used, which provides a feed rate in the range of 0.1–5 ml / min. If necessary, a condensation and product selection unit, consisting of two sequentially cooled separation vessels, is provided in the reactor (module 3). The norbornadiene stream with unreacted quadricyclane (stream 3-2) is again sent to the distillation column (module 2) for separation. The heat generated during the reaction (stream 0 ') can be used for heating.
Во всей технологической схеме давление регистрируется электронным датчиком АИР-20 и поддерживается с помощью регуляторов давления. Циркуляционный насос, снабженный пультом управления и устройством для измерения скорости прохождения жидкости, обеспечивает циркуляцию среды в интервале 0,5÷30 л/час.Throughout the entire process flow diagram, the pressure is recorded by the AIR-20 electronic sensor and maintained by pressure regulators. The circulation pump, equipped with a control panel and a device for measuring the flow rate of the fluid, provides a medium circulation in the range of 0.5 ÷ 30 l / h.
Блок отбора продуктов реакции, предназначенный для on-line ГЖХ анализа, включает трехходовой кран, реометр и газовый счетчик (ГСБ-400, ГОСТ 6463-53), непосредственно связанные с аналитическим блоком, включающим три хроматографа «Кристалл 4000».The reaction product sampling unit, designed for on-line GLC analysis, includes a three-way valve, a rheometer and a gas meter (GSB-400, GOST 6463-53), directly connected to the analytical unit, which includes three Crystal 4000 chromatographs.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Для осуществления изомеризационных процессов в системе норборнадиен - квадрициклан наиболее перспективной представляется реализация реакций без использования растворителей или с минимальным их количеством. В этом варианте не требуется затрат дополнительной энергии на перекачку жидкой реакционной массы.For the implementation of isomerization processes in the norbornadiene - quadricyclane system, the most promising is the implementation of reactions without the use of solvents or with a minimal amount of them. In this embodiment, no additional energy is required for pumping the liquid reaction mass.
В фотохимический модуль осуществляется непрерывная подача реагентов со скоростью 1 л/ч. Длина волны излучения составляет 300 нм. Среднее время пребывания реагентов в реакторе – 15 минут. В качестве сенсибилизатора применяется ацетофенон в количестве 2% от количества вводимого норборнадиена. Реакция изомеризации протекает при 20°С. Конверсия норборнадиена на выходе составляет 90%. Далее поток направляется на разделение в ректификационную колонну, работающую в непрерывном режиме. Норборнадиен с чистотой 99,95% и сенсибилизатор возвращаются в фотохимический реактор, а квадрициклан с чистотой 99,90% поступает в каталитический модуль, в котором используется гетерогенный катализатор SiO2(100am)/2.5MKM-CoPc(CH2Cl)7: носитель - аминопропилированный силикагель Диаеорб-100 амин, содержание активной фазы - 2.5 мкМ/г [RU 2470030 С1 (Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр “Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей”») 20.12.2012]. Среднее время пребывания реагентов в каталитическом модуле составляет от 10 до 20 минут в зависимости от температуры процесса, а конверсия квадрициклана от 80 до 95%. После этого смесь норборнадиена и непрореагировавшего квадрициклана направляется в ректификационную колонну для разделения, в результате которого поток норборнадиена подается в фотохимический модуль, а непрореагировавший квадрициклан вновь поступает в каталитический модуль.In the photochemical module, a continuous supply of reagents is carried out at a speed of 1 l / h. The radiation wavelength is 300 nm. The average residence time of the reactants in the reactor is 15 minutes. Acetophenone in an amount of 2% of the amount of norbornadiene administered is used as a sensitizer. The isomerization reaction proceeds at 20 ° C. The conversion of norbornadiene at the output is 90%. Further, the flow is directed to separation in a distillation column operating in a continuous mode. Norbornadiene with a purity of 99.95% and a sensitizer are returned to the photochemical reactor, and a quadricyclone with a purity of 99.90% is fed to a catalytic module that uses a heterogeneous catalyst SiO 2 (100am) /2.5MKM-CoPc (CH 2 Cl) 7 : carrier - aminopropylated silica gel Diaeorb-100 amine, the active phase content is 2.5 μM / g [RU 2470030 C1 (Federal State Unitary Enterprise “State Scientific Center“ Scientific Research Institute of Organic Intermediates and Dyes "”) 12/20/2012]. The average residence time of the reagents in the catalytic module is from 10 to 20 minutes depending on the process temperature, and the conversion of quadricyclane from 80 to 95%. After this, the mixture of norbornadiene and unreacted quadricyclane is sent to a distillation column for separation, as a result of which the flow of norbornadiene is fed into the photochemical module, and the unreacted quadricyclane is again fed to the catalytic module.
Сохранение параметров фотохимического и каталитического процессов экспериментально наблюдается в течение 5 суток (около 120 циклов превращений). Побочные продукты отсутствуют и в фотохимическом и каталитическом модулях (табл. 1).The conservation of the parameters of the photochemical and catalytic processes is experimentally observed for 5 days (about 120 conversion cycles). By-products are also absent in the photochemical and catalytic modules (Table 1).
Полученные данные представлены в таблице 1.The data obtained are presented in table 1.
Таблица 1Table 1
Конверсия квадрициклана и селективность реакции изомеризации квадрициклана в норборнадиен в присутствии катализатора при различных температурах после 5- и 20-кратного использования катализатора (реакцию проводили в массе квадрициклана в течение 20 минут и при 1 атм)The conversion of quadricyclane and the selectivity of the isomerization of quadricyclane to norbornadiene in the presence of a catalyst at various temperatures after 5- and 20-fold use of the catalyst (the reaction was carried out in a mass of quadricyclane for 20 minutes and at 1 atm)
Пример 2. (Сравнительный пример)Example 2. (Comparative example)
Процесс проводят по примеру 1, но в отсутствие ректификационной колонны.The process is carried out as in example 1, but in the absence of a distillation column.
В этих условиях происходит попадание непрореагировавшего сенсибилизатора и норборнадиена в каталитический реактор, а непрореагировавшего квадрициклана в фотохимический реактор. В результате этого в обоих модулях происходит образование побочных продуктов (диметры норборнадиена, продукты конденсации сенсибилизатора с квадрицикланом), а из-за цикличности процесса происходит их значительное накопление, и эффективность технологической схемы резко снижается (табл. 2).Under these conditions, the unreacted sensitizer and norbornadiene enter the catalytic reactor, and the unreacted quadricyclane enters the photochemical reactor. As a result of this, by-products are formed in both modules (norbornadiene dimeters, condensation products of the sensitizer with quadricyclane), and due to the cyclical nature of the process, their significant accumulation occurs, and the efficiency of the technological scheme sharply decreases (Table 2).
Полученные данные приведены в таблице 2.The data obtained are shown in table 2.
Таблица 2table 2
Конверсия квадрициклана и селективность реакции изомеризации квадрициклана в норборнадиен в присутствии катализатора при различных температурах после 5- и 20-кратного использования катализатора (время 20 минут, 1 атм, реакцию проводили в массе квадрициклана).The conversion of quadricyclane and the selectivity of the isomerization of quadricyclane to norbornadiene in the presence of a catalyst at various temperatures after 5- and 20-fold use of the catalyst (time 20 minutes, 1 atm, the reaction was carried out in a mass of quadricyclane).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148230A RU2618527C1 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene in a quadricyclean |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148230A RU2618527C1 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene in a quadricyclean |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2618527C1 true RU2618527C1 (en) | 2017-05-04 |
Family
ID=58697864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015148230A RU2618527C1 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene in a quadricyclean |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2618527C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57147577A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | Conversion of light energy into heat energy |
DE3310203A1 (en) * | 1982-03-23 | 1983-09-29 | Basf Ag, 6700 Ludwigshafen | Process for the preparation of unsubstituted or substituted quadricyclan |
RU2470030C1 (en) * | 2011-11-21 | 2012-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") | Catalyst and method for valence isomerisation of quadricyclane in norbornadiene |
-
2015
- 2015-11-10 RU RU2015148230A patent/RU2618527C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57147577A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | Conversion of light energy into heat energy |
DE3310203A1 (en) * | 1982-03-23 | 1983-09-29 | Basf Ag, 6700 Ludwigshafen | Process for the preparation of unsubstituted or substituted quadricyclan |
RU2470030C1 (en) * | 2011-11-21 | 2012-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") | Catalyst and method for valence isomerisation of quadricyclane in norbornadiene |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Watts et al. | The application of microreactors for small scale organic synthesis | |
CN113070013B (en) | Continuous flow photochemical reactor device | |
EP0437480A1 (en) | Method and apparatus for continuous chemical reactions. | |
Josland et al. | Photodecarboxylations in an Advanced Meso‐Scale Continuous‐Flow Photoreactor | |
BRPI0714847A2 (en) | plant and process for the continuous industrial preparation of fluoroalkylchlorosilanes | |
CN107741468B (en) | Magneto-optic thermal synergistic catalyst evaluation device | |
CN103848880B (en) | Method for preparing 9 beta, 10-alpha-dehydroprogesterone ketal by using dual-wavelength microfluidic technology and dual-wavelength microfluidic photochemical reactor | |
Pieber et al. | Integrated flow processing—challenges in continuous multistep synthesis | |
CN106914203B (en) | Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride continuous preparation device and method based on micro-mixer | |
CN106608811A (en) | Method used for preparing chloropropene using microchannel reactors | |
CN102786445B (en) | Method and device for producing m-nitrobenzenesulphonic acid | |
CN103553993B (en) | Synthesis of resinous vitamin D by using micro-flow photoreaction technology3Method and microfluidic photochemical reactor | |
RU2618527C1 (en) | Method for carrying out the process of reversible isomerization of norbornadiene in a quadricyclean | |
Zhang et al. | A scalable light-diffusing photochemical reactor for continuous processing of photoredox reactions | |
Reddy et al. | E–Z isomerization of 3-benzylidene-indolin-2-ones using a microfluidic photo-reactor | |
US20210283570A1 (en) | Led light source photocatalytic tubular reactor and application thereof | |
CN101774872B (en) | Preparation method of methyl chloride compounds and special device thereof | |
Schotten et al. | Protected diazonium salts: A continuous-flow preparation of triazenes including the anticancer compounds dacarbazine and mitozolomide | |
Horikoshi et al. | A novel Dewar-like reactor for maintaining constant heat and enhancing product yields during microwave-assisted organic syntheses | |
Erdmenger et al. | Scaling-up the synthesis of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride under microwave irradiation | |
CN110272346B (en) | Method for continuously producing ethyl trifluoroacetate | |
Beeler et al. | Photochemistry in flow | |
CN201660570U (en) | Special device for preparing methyl chloride compound | |
CN114210282A (en) | Industrial-grade continuous flow photochemical reactor | |
CN113019266B (en) | Continuous photocatalytic pipe reactor and method for carrying out trifluoromethylation reaction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201111 |