Phản ứng hữu cơ trong dung môi cacbon dioxit siêu tới hạn ppsx

Phản ứng hữu cơ trong dung môi cacbon dioxit
siêu tới hạn
I. Khái niệm về lưu chất siêu tới hạn (supercritical fluid)
Lưu chất siêu tới hạn được định nghĩa là trạng thái vật lý
của một chất nào đó ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao hơn
nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn. Thật ra định nghĩa ban
đầu về lưu chất siêu tới hạn còn có thêm điều kiện áp suất
phải nhỏ hơn giá trị có thể biến đổi chất đó sang trạng thái
rắn. Tuy nhiên điều kiện này thường được bỏ qua do giá trị
áp suất này vô cùng lớn và thực tế hầu như không gặp
Dưới đây là giản đồ pha của cacbon dioxit, điểm (304,1K,
73,75 atm) là điểm tới hạn của cacbon dioxit

II. Cái nhìn chung dưới góc độ hóa học xanh
Dung môi không độc hại, không gây cháy nổ và chi phí
thấp hơn so với dung môi hữu cơ thông hường.
Các khí hydro, oxy hay CO… tan tốt trong cacbon dioxit
siêu tới hạn, có nghĩa là các phản ứng hydro hóa, oxy hóa
hay cacbonyl hóa xảy ra nhanh hơn.
Do có độ nhớt thấp và khả năng khuếch tán cao nên tốc độ
phản ứng sẽ tăng lên
Khả năng chịu nén cao giúp có thể điều chỉnh được tỷ trọng
dung môi, có nghĩa là điều chỉnh được các tính chất vật lý
phụ thuộc vào tỷ trọng như hằng số điện môi hay độ nhớt,
cũng có thể nói rằng việc điều chỉnh tính chất dung môi chỉ
cần thay đổi nhiệt độ và áp suất hỗn hợp nên có thể không
chế phản ứng theo hướng mong muốn
Trơ và bền với các tác nhân oxy hóa
Dễ dàng tách lấy sản phẩm do chỉ cần giảm áp suất hay
nhiệt độ thì cacbon dioxit lại trở về dạng khí. Điều này giúp
dễ dàng tách lấy các xúc tác ra khỏi hệ thống phản ứng và

làm tăng tuổi thọ xúc tác
III. Phản ứng hữu cơ trong cacbon dioxit siêu tới hạn
Có thể thực hiện được nhiều phản ứng trong dung môi này
với một kết quả tốt hơn so với trong dung môi hữu cơ bình
thường, cả việc dùng xúc tác đồng thể hay dị thể


IV. Kỹ thuật tiến hành phản ứng
Hệ thống phản ứng với dung môi cacbon dioxit siêu tới hạn

Trong hệ thống đơn giản này thì cacbon dioxit được dẫn từ
bình khí qua hệ thống nén rồi sau đó làm lạnh để đưa vào
hệ thống phản ứng.
Vào những năm đầu tiên của thế kỷ XXI, một kỹ thuật mới
hơn đã được sử dụng để tiến hành các phản ứng xúc tác dị
thể là hệ thống hai pha cacbon dioxit siêu tới hạn – dung
môi xanh khác (thường là nước hay chất lỏng ion). Chẳng
hạn sơ đồ tiến hành phản ứng hydro hóa sau


Trong phản ứng này tác chất và xúc tác được đưa vào trong
pha hòa tan với cacbon dioxit siêu tới hạn còn chất phản
ứng được đưa vào pha nước, sản phẩm tạo thành ngay lập
tức được chiết ở pha nước và tách ra ngoài. Quy trình này
tiện lợi hơn rất nhiều vì không phải tốn thêm thời gian để
hóa hơi cacbon dioxit.