Кинетическая модель и механизм гетерогенного гидрирования напряженных полициклических соединений на основе 5-винил-2-норборнена

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследованы основные маршруты протекания жидкофазного гидрирования 5-этенилбицикло[2.2.1]гепт2-ена (5-винил-2-норборен, VNE) в присутствии палладиевого катализатора ПК-25 (Pd/γ-Al2O3, 0.25% Pd). Идентифицированы все продукты реакции, изучен материальный баланс. Подтвержден эффект доминирующей адсорбции норборненовой двойной связи на активном центре (АЦ) Pd. На основании совокупности экспериментальных и теоретических данных предложена параллельно-последовательная схема механизма процесса. Она учитывает последовательное гидрирование субстрата, а также существенную роль изомеризации винильной группы в этилиденовую в промежуточных продуктах на АЦ в атмосфере водорода. Установлен нулевой кинетический порядок в широком интервале начальных концентраций VNE. 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 5 стадий, в том числе - две параллельные. 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

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. Cai Y., Zheng J., Hu Y., Wei J., Fan H. The preparation of polyolefin elastomer functionalized with polysiloxane and its effect in ethylene-propylene-diene monomer/silicon rubber blends // Eur. Polym. J. 2022. V. 177. P. 111468. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2022.111468
  2. Fein K., Bousfield D.W., Gramlich W.M. Thiol-norbornene reactions to improve natural rubber dispersion in cellulose nanofiber coatings // Carbohyd. Polym. 2020. V. 250. P. 117001. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117001
  3. Ravishankar P.S. Treatise on EPDM // Rubber Chem. Technol. 2012. V. 85. P. 327-349. https://doi.org/10.5254/rct.12.87993
  4. 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
  5. 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.
  6. Kong P., Drechsler S., Balog S., Schrettl S., Weder C., Kilbinger A.F.M. Synthesis and properties of poly(norbornene)s with lateral aramid groups // Polym. Chem. 2019. V. 10. P. 2057-2063. https://doi.org/10.1039/C9PY00187E
  7. Roenko A.V., Nikiforov R.Y., Gringolts M.L., Belov N.A., Denisova Y.I., Shandryuk G.A., Bondarenko G.N., Kudryavtsev Y.V., Finkelshtein E.S. Olefin-metathesis-derived norbornene-ethylene-vinyl acetate/vinyl alcohol multiblock copolymers: impact of the copolymer structure on the gas permeation properties // Polymers. 2022. V. 14. P. 444. https://doi.org/10.3390/polym14030444
  8. Thomas J., Bouscher R.F., Nwosu J., Soucek M.D. Sustainable thermosets and composites based on the epoxides of norbornylized seed oils and biomass fillers // ACS Sustainable Chem. Eng. 2022. V. 10. P. 12342-12354. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c03434
  9. Belov N.A., Gringolts, M.L., Morontsev A.A. Starannikova L.E., Yampolskii Yu.P., Finkelstein E.Sh. Gas-transport properties of epoxidated metathesis polynorbornenes // Polym. Sci. Ser. B. 2017. V. 59. P. 560-569. https://doi.org/10.1134/S1560090417050025
  10. Vintila I.S., Iovu H., Alcea A., Cucuruz A., Mandoc A.C., Vasile B.S. The synthetization and analysis of dicyclopentadiene and ethylidene-norbornene microcapsule systems // Polymers. 2020. V. 12. P. 1052. https://doi.org/10.3390/polym12051052
  11. Morontsev A.A., Denisova Yu.I., Gringolts M.L., Filatova M.P., Shandryuk G.A., Finkelshtein E.Sh., Kudryavtsev Ya.V. Epoxidation of multiblock copolymers of norbornene and cyclooctene // Polym. Sci. Ser. B. 2018. V. 60. P. 688-698. https://doi.org/10.1134/S1560090418050111
  12. Li G., Shen R., Hu Sh., Wang B., Algadi H., Wang Ch. Norbornene-based acid-base blended polymer membranes with low ion exchange capacity for proton exchange membrane fuel cell // Adv. Compos Hybrid Mater. 2022. V. 5. P. 2131-2137. https://doi.org/10.1007/s42114-022-00559-3
  13. Le D., Samart Ch., Lee J.-T., Nomura K., Kongparakul S., Kiatkamjornwong S. Norbornene-functionalized plant oils for biobased thermoset films and binders of silicon-graphite composite electrodes // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 29678-29687. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02645
  14. Sparaco R., Kędzierska E., Kaczor A.A., Bielenica A., Magli E., Severino B., Corvino A., Gibuła-Tarłowska E., Kotlińska J.H., Andreozzi G., Luciano P., Perissutti E., Frecentese F., Casertano M., Leśniak A., Bujalska-Zadrożny M., Oziębło M., Capasso R, Santagada V., Caliendo G. Fiorino F. Synthesis, docking studies and pharmacological evaluation of serotoninergic ligands containing a 5-norbornene-2-carboxamide nucleus // Molecules. 2022. V. 27. P. 6492. https://doi.org/10.3390/molecules27196492
  15. Çapan İ., Servi S., Dalkiliç S., Dalkiliç L.K. Synthesis and anticancer evaluation of benzimidazole derivatives having norbornene/dibenzobarrelene skeletons and different functional groups // ChemistrySelect. 2020. V. 5. P. 14393-14398. https://doi.org/10.1002/slct.202004034
  16. Fiorino F., Perissutti E., Severino B., Santagada V., Cirillo D., Terracciano S., Massarelli P., Bruni G., Collavoli E., Renner C., Caliendo G. New 5-hydroxytryptamine(1А) receptor ligands containing a norbornene nucleus: synthesis and in vitro pharmacological evaluation // J. Med. Chem. 2005. V. 48. № 17. P. 5495-5503. https://doi.org/10.1021/jm050246k
  17. Rao V.N., Mane S.R., Abhinoy K., Sarma J.D., Shunmugam R. Norbornene derived doxorubicin copolymers as drug carriers with pH responsive hydrazone linker // Biomacromolecules. 2012. V. 13. № 1. P. 221-230. https://doi.org/10.1021/bm201478k
  18. Ulla B. S., Binderup M.-L., Bolognesi C., Brimer L., Castle L., Di Domenico A., Engel K.-H., Franz R., Gontard N., Gürtler R., Husøy T., Jany K.-D., Kolf-Clauw M., Leclercq C., Lhuguenot J.-C., Mennes W., Milana M. R., Poças M. de F., Pratt I., Svensson K., Toldrá F., Wölfle D. Scientific оpinion on the safety assessment of the substance, 5-norbornene-2,3dicarboxylic anhydride, CAS No 826-62-0, for use in food contact materials // EFSA J. 2014. V. 12. № 6. P. 3714. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2014.3714
  19. Shorunov S.V., Piskunova E.S., Petrov V.A., Bykov V.I., Bermeshev M.V. Selective hydrogenation of 5-vinyl-2-norbornene to 2-vinylnorbornane // Petrol. Chemistry. 2018. V. 58. P. 1056-1063. https://doi.org/10.1134/S0965544118120125
  20. Шорунов С.В., Пискунова Е.С., Петров В.А., Быков В.И., Бермешев М.В. Селективное гидрирование 5-винил-2-норборнена до 2-винилнорборнана // Нефтехимия. 2018. Т. 58. С. 712-719. https://doi.org/10.1134/S0028242118060126.
  21. Shorunov S.V., Zarezin D.P., Samoilov V.O., Rudakova M.A., Borisov R.S., Maximov A.L., Bermeshev M.V. Synthesis and properties of high-energy-density hydrocarbons based on 5-vinyl-2-norbornene // Fuel. 2021. V. 283. P. 118935. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118935.
  22. Zamalyutin V.V., Ryabov A.V., Nichugovskii A.I., Skryabina A.Yu., Tkachenko O.Yu., Flid V.R. Regularities of the heterogeneous catalytic hydrogenation of 5-vinyl-2-norbornene // Russ. Chem. Bull. 2022. V. 71. P. 70-75
  23. 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. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3378-5.
  24. Zamalyutin V.V., Ryabov A.V., Solomakha E.A., Katsman E.A., Flid V.R., Tkachenko O.Yu., Shpinyova M.A. Liquid-phase heterogeneous hydrogenation of dicyclopentadiene // Russ. Chem. Bull. 2022. V. 71. P. 1204-1208
  25. 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. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3521-3.
  26. 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
  27. 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.
  28. Zamalyutin V.V., Katsman E.A., Danyushevsky V.Y., Flid V.R., Podol'skii V.V., Ryabov A.V. Specific features of the catalytic hydrogenation of the norbornadiene-based carbocyclic compounds // Russ. J. Coord. Chem. 2021. V. 47. № 10. P. 695-701
  29. Замалютин В.В., Кацман Е А., Данюшевский В.Я., Флид В.Р., Подольский В.В., Рябов А.В. Особенности каталитического гидрирования карбоциклических соединений на основе норборнадиена // Коорд. химия. 2021. Т. 47. С. 628-634. https://doi.org/10.31857/S0132344X21100091.
  30. Zamalyutin V.V., Katsman E.A., Ryabov A.V., Skryabina A.Y., Shpinyova M.A., Danyushevsky V.Y., Flid V.R. Kinetic model and mechanism of hydrogenation of unsaturated carbocyclic compounds based on norbornadiene // Kinet. Catal. 2022. V. 63. № 2. P. 234-242
  31. 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. https://doi.org/10.31857/S0453881122020150.
  32. Осокин Ю.Г., Михайлов В.А., Зубович И.А., Фельдблюм В.Ш. // Доклады АН СССР. 1975. Т. 220. № 4. С. 851-853.
  33. Bermeshev M.V., Pozharskaya N.A., Antonova T.N., Shangareev D.R., Danilova A.S. Selective catalytic hydrogenation of alicyclic dienes with hydrogen in a liquid phase // Petrol. Chemistry. 2018. V. 58. № 10. P. 869-875. https://doi.org/10.1134/S0028242118050039
  34. Бермешев М.В., Антонова Т.Н., Шангареев Д.Р., Данилова А.С., Пожарская Н.А. // Нефтехимия. 2018. Т. 58. С. 580-587.
  35. Ushakov N.V. Selective hydrogenation of 5-vinylnorborn-2-ene and other methods for the synthesis of 2-vinylnorbornane // Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. P. 728-745. https://doi.org/10.1134/S1070427218050026
  36. Ушаков Н.В. Селективное гидрирование 5-винилнорборн-2-ена и другие методы синтеза 2-винилнорборнана (обзор) // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. №5. С. 631-650.
  37. Vereshchagina N.V., Antonova T.N., Il'In A.A., Chirkova Z.V. Feature of dicyclopentene formation during hydrogenation of dicyclopentadiene // Petrol. Chemistry. 2016. V. 56. № 1. P. 38-43. https://doi.org/10.1134/S0965544115080198
  38. Верещагина Н.В., Антонова Т.Н., Ильин А.А., Чиркова Ж.В. Закономерности образования дициклопентена в процессе гидрирования дициклопентадиена // Нефтехимия. 2016. Т. 56. № 1. С. 46-51. https://doi.org/10.7868/S0028242115060192.
  39. Куттубаев С.Н., Рахимов М.Н., Павлов М.Л., Басимова Р.А., Кутепов Б.И. Исследование эффективности очистки этан-этиленовой фракции пиролиза от ацетиленовых соединений на различных катализаторах // Нефтегазовое дело. 2012. № 4. С. 165-178.
  40. Urmès С., Schweitzer J.-M., Cabiac A., Schuurman Y. Kinetic study of the selective hydrogenation of acetylene over supported palladium under tail-end conditions // Catalysts. 2019. V. 9. P. 180. https://doi.org/10.3390/catal9020180.
  41. Molero H., Bartlett B.F., Tysoe W.T. The hydrogenation of acetylene catalyzed by palladium: hydrogen pressure dependence // J. Catal. 1999. V. 181. P. 49-56.
  42. Borodzinski A., Bond G.C. selective hydrogenation of ethyne in ethene-rich streams on palladium catalysts, Part 2: Steady-state kinetics and effects of palladium particle size, carbon monoxide, and promoters // Catal. Rev. 2008. V. 50. P. 379-469. https://doi.org/10.1080/01614940802142102
  43. Al-Wadhaf H.A., Karpov V.M., Katsman E.A. Activity and selectivity of carbon supported palladium catalysts prepared from bis(η3-allyl)palladium complexes in phenylacetylene hydrogenation // Catal. Commun. 2018. V. 116. P. 67-71. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.08.010.
  44. Berenblyum A.S., Katsman E.A., Al-Wadhaf H.A. Supported palladium nanomaterials as catalysts for petroleum chemistry: 2. Kinetics and specific features of the mechanism of selective hydrogenation of phenylacetylene in the presence of carbon-supported palladium nanocatalysts // Petrol. Chemistry. 2015. V. 55. № 2. P. 118-126. https://doi.org/10.1134/S0965544115020048
  45. Беренблюм А.С., АльВадхав Х.А., Кацман Е.А. Нанесенные палладиевые наноматериалы как катализаторы для нефтехимии: 2. Кинетика и особенности механизма селективного гидрирования фенилацетилена в присутствии палладиевого нанокатализатора на угле // Нефтехимия. 2015. Т. 55. № 2. C. 125-133.

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».