Образование карвеола в ходе гидрирования карвона на Pd/Al2O3 в мягких условиях

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследовано жидкофазное гидрирование карвона до карвеола с использованием катализатора Pd/Al2O3 в мягких условиях протекания реакции. Карвон, обладающий тремя различными функциональными группами, является сложным объектом для селективного гидрирования, эндо- и экзо- >С=С<-связи и карбонильная группа обладают различной реакционной способностью. Целью исследования являлось увеличение селективности по карвеолу – важному промышленному продукту пищевой, парфюмерной и фармацевтической отраслей. Установлены оптимальные условия гидрирования карвона до карвеола – растворитель толуол и температура 323 К. Показано, что селективность по карвеолу в мягких условиях достигает 20%. Результаты исследования демонстрируют потенциал применения катализатора Pd/Al2O3 для эффективного и селективного гидрирования карвона в промышленности. Настоящее исследование может стать основой для разработки новых технологий получения карвеола с высокими селективностью и выходом, что имеет важное значение для повышения эффективности и устойчивости химических процессов в различных отраслях промышленности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Ю. Осадчая

Ивановский государственный химико-технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: osadchayatyu@gmail.com
Россия, 153000 Иваново

А. В. Афинеевский

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: osadchayatyu@gmail.com
Россия, 153000 Иваново

Д. А. Прозоров

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: osadchayatyu@gmail.com
Россия, 153000 Иваново

Ф. Карденас-Лизана

Университет Хериот-Уотта

Email: osadchayatyu@gmail.com

Институт механики, технологических процессов и энергетики

Великобритания, Эдинбург, EH14 4AS

Список литературы

  1. Bhatia S.P., McGinty D., Letizia C.S., Api A.M. // Food Chem. Toxicol. 2008. V. 46. № 11. P. S85–S87. https://doi.org/10.1016/j.fct.2008.06.074
  2. Duetz W.A., Fjällman A.H., Ren S., Jourdat C., Witholt B. // Appl. Environ. Microbiol. 2001. V. 67. № 6. P. 2829–2832. https://doi.org/10.1128/AEM.67.6.2829-2832.2001
  3. Costa V.V., da Silva Rocha K.A., de Sousa L.F., Robles-Dutenhefner P.A., Gusevskaya E.V. // J. Mol. Cat. A: Chem. 2011. V. 345. Р. 69–74. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2011.05.020
  4. de Miguel S.R, Román-Mart´ınez M.C., Cazorla-Amorós D., Jablonski E.L., Scelza O.A. // Cat. Today. 2001. V. 66. № 2–4. P. 289–295. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(00)00657-X
  5. Chapman H.A., Herbal K., Motherwell W.B. // Synlett. 2010. V. 4. № 3. P. 595–598. https://doi.org/10.1055/s-0029-1219373
  6. Stekrova M., Kumar N., Mäki-Arvela P., Ardashov O.V., Volcho K.P., Salakhutdinov N.F., Murzin D.Yu. // Materials. 2013. V. 6. № 5. P. 2103–2118. https://doi.org/10.3390/ma6052103
  7. Anikeev V.I., Sivcev V.P., Il'ina I.V., Korchagina D.V., Statsenko O.B., Volcho K.P., Salakhutdinov N.F. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2013. V. 87. № 3. P. 382–387. https://doi.org/10.7868/S0044453713030023
  8. Black P.J. Catalytic electronic activation: The addition of nucleophiles to an allylic alcohol. Doctoral thesis, United Kingdom, University of Bath, 2002. 192 p.
  9. Bicas J.L., Dionísio A.P., Pastore G.M. // Chem. Rev. 2009. V. 109. № 9. P. 4518–4531. https://doi.org/10.1021/cr800190y
  10. Fahlbusch K.-G., Hammerschmidt F.-J., Panten J., Pickenhagen W., Schatkowski D., Bauer K., Garbe D., Surburg H. Flavors and fragrances. In: Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry. V. 15. Elvers B., Hawkins S., Russey W. (eds.). Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. P. 73–198. https://doi.org/10.1002/14356007.a11_141
  11. Demidova Y.S., Suslov E.V., Simakova O.A., Volcho K.P., Salakhutdinov N.F., Simakova I.L., Murzin D.Y. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 420. P. 142–148. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.04.013
  12. Schmidt E., Wanner J. Adulteration of essential oils. In: Handbook of essential oils: Science, technology and application. 3rd Edn. Can Baser K.H., Buchbauer G. (eds.). USA, Boca Raton, CRC Press, 2020. P. 543–580.
  13. Melo C.I., Bogel-Łukasik R., Bogel-Łukasik E. // J. Supercrit. Fluids. 2012. V. 61. P. 191–198. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2011.10.005
  14. Montero G.E.R., Stassi J.P., de Miguel S.R., Zgolicz P.D. // React. Chem. Eng. 2023. V. 8. № 12. Р. 3133–3149. https://doi.org/
  15. Samarov A.A., Vostrikov S.V., Glotov A.P., Verevkin S.P. // Chemistry. 2024. V. 6. № 4. P. 706–722. https://doi.org/10.3390/chemistry6040042
  16. Heterogenized homogeneous catalysts for fine chemicals production: materials and processes. V. 33. Barbaro P., Liguori F. (eds.). USA: Boston, Springer, 2010. 470 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-3696-4
  17. Benavente P., Cárdenas-Lizana F., Keane M.A. // Cat. Comm. 2017. V. 96. P. 37–40. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2017.03.026
  18. Malkar R.S., Yadav G.D. // Curr. Catal. 2020. V. 9. № 1. P. 32–58. https://doi.org/10.2174/2211544708666190613163523
  19. Vilella I.M.J., de Miguel S.R., Scelza O.A. // J. Mol. Cat. A: Chem. 2008. V. 284. № 1–2. P. 161–171. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2008.01.017
  20. Gilbert L., Mercier C. Solvent effects in heterogeneous catalysis: Application to the synthesis of fine chemicals. In: Studies in surface science and catalysis. V. 78. Guisnet M. (ed.). Amsterdam, Elsevier, 1993. Р. 51. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(08)63303-0
  21. Wehrli J.T., Baiker A., Monti D.M., Blaser H.U., Jalett H.P. // J. Mol. Cat. 1989. V. 57. № 2. P. 245–257. https://doi.org/10.1016/0304-5102(89)80234-2
  22. Augustine R.L. Advances in catalysis. V. 25. Eley D.D., Selwood P.W., Weisz P.B. (eds.). New York, Academic Press, 1976. P. 56.
  23. Blaser H.U., Jalett H.P., Wiehl J. // J. Mol. Catal. 1991. V. 68. № 2. P. 215–222. https://doi.org/10.1016/0304-5102(91)80076-F
  24. Bertero N.M., Trasarti A.F., Apesteguía C.R., Marchi A. // J. App. Catal. A: Gen. 2011. V. 394. № 1–2. P. 228–238. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.01.003
  25. Li M., Wang X., Cárdenas-Lizana F., Keane M.A. // Catal. Today. 2017. V. 279. № 1. P. 19–28. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.06.030
  26. Cárdenas-Lizana F., Lamey D., Gómez-Quero S., Perret N., Kiwi-Minsker L., Keane M.A. // Catal. Today. 2011. V. 173. № l. P. 53–61. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2011.03.084
  27. Cárdenas-Lizana F., Hao Y., Crespo-Quesada M., Yuranov I., Wang X., Keane M.A., Kiwi-Minsker L. // ACS Catal. 2013. V. 3. № 6. P. 1386–1396. https://doi.org/10.1021/cs400194
  28. Petrier C., Luche J.-L. // Tetrahedron lett. 1987. V. 28. № 21. P. 2351–2352. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(00)96120-3
  29. Li M., Hao Y., Cárdenas-Lizana F., Yiu H.H.P., Keane M.A. // Top. Catal. 2015. V. 58. P. 149–158. https://doi.org/10.1007/s11244-014-0354-9
  30. Molnar A., Sarkany A., Varga M. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2001. V. 173. № 1. P. 185–221. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(01)00150-9
  31. Shorthouse L.J., Roberts A.J., Raval R. // Surf. Sci. 2001. V. 480. № 1–2. P. 37–46. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(01)00991-8
  32. Brunner E. // J. Chem. Eng. Data. 1985. V. 30. № 3. P. 269–273. https://doi.org/10.1021/je00041a010
  33. Saboktakin M.R., Tabatabaie R.M., Maharramov A., Ramazanov M.A. // Synth. Comm. 2011. V. 41. № 10. P. 1455–1463. https://doi.org/10.1080/00397911.2010.486510

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Теплоты реакции восстановления карвона. Рисунок создан на основании данных работы [15].

Скачать (62KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микрофотографии катализатора Pd/Al2O3 (a,б), распределение частиц Pd по диаметру (в).

Скачать (461KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость начальной скорости расходования карвона (R) в этаноле при 300 К от размера частиц катализатора (верхняя ось абсцисс, ▲) и от скорости перемешивания (нижняя ось абсцисс, ●) для реакции на Pd/Al2O3-катализаторе.

Скачать (146KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость начальной скорости жидкофазного гидрирования карвона в этаноле от массы катализатора при различных температурах: 273 К (▲), 300 К (■),323 К (●).

Скачать (72KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профиль температурно-программируемой десорбции водорода для катализотора Pd/Al2O3: экспериментальные данные (а), после вычитания базовой линии и деконволюции (б). Цветными линиями 1–7 обозначены разные формы водорода, участвующие в реакции гидрирования. Данные по формам адсорбированного водорода представлены в табл. 2. Номера линий соответствуют номерам в табл. 2.

Скачать (209KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость содержания продуктов реакции от времени: ☆ – карвон, ■ – карвоментон, ● – карвотанацетон, ▲ – карвакрол,▼ – дигидрокарвон, ♦ – карвоментол. Условия реакции: этанол, 300 К, катализатор Pd/Al2O3.

Скачать (139KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Предполагаемая последовательность реакций, протекающих при гидрировании карвона в карвоментол (маршрут I, сплошная стрелка), карвеол (маршрут II, штриховая стрелка), дигидрокарвон (маршрут III, штриховая стрелка) и карвакрол (маршрут IV, двойная стрелка, и V, пунктирная стрелка).

Скачать (108KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменение селективности S карвотанацетона (а), карвакрола (б), карвоментона (в), дигидрокарвона (г), карвеола (д) от конверсии карвона Xкарвон в реакционной смеси при атмосферном давлении и Т = 305 К в различных растворителях: ■ – этанол, ● – метанол, ▲ – гексан, ▼ – толуол.

Скачать (321KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Кинетическая кривая получения карвеола (зависимость количества образованного карвеола от времени реакции жидкофазного гидрирования карвона) в исследуемых растворителях при Р = 1 атм и Т = 323 К: ■ – этанол, ● – метанол, ▲ – гексан, ▼ – толуол.

Скачать (110KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

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».