Nye Kemiske Horisonter - Danmarks Tekniske Universitet: Kemisk ...

More documents

Recommendations

Info

Ofte består homogene katalysatorer af ladede metalkomplekser, som nemt lader sig opløse i katalytiske mængder i ioniske væsker. Derfor fi ndes der da også talrige eksempler på organiske koblings-, reduktions- og oxidationsreaktioner, der er foretaget i ioniske væsker med homogene metalkomplekskatalysatorer. I nogle tilfælde kan ioniske væsker også i sig selv være katalytisk aktive. Dette gælder blandt andet for vigtige petrokemiske reaktioner såsom cykloadditioner og alkyleringsreaktioner – såkaldte Diels-Alder og Friedel-Crafts reaktioner – med ioniske væsker indeholdende - AlCl anionen. 4 Efter en reaktion er foretaget med en homogen katalysator, er det ofte forbundet med problemer – både i økonomiske, tekniske og miljømæssige henseender – at få oprenset produktet og få genindvundet den homogene katalysator, idet katalysatoren jo er opløst i reaktionsblandingen. Tilsvarende kan det være vanskeligt at udføre en homogen proces i et kontinuert reaktionsdesign. Derfor er man ofte interesseret i at udforme sin homogene katalysator på en alternativ måde, så den kan indgå i et reaktionsdesign, hvor man har sit katalysatorsystem på fast form, mens reaktanter, produkter (og evt. opløsningsmiddel) er på SILP katalysator partikel OC H Rh CO P P Reaktanter Produkter OC H Rh P CO P Netværk af porer Ionisk væskefilm væske- eller gasform – dvs. i en separat fase. Dette medfører nemlig, at man nemt kan adskille sin katalysator fra produktet og tillader desuden kontinuere reaktionsdesign. SILP katalysatorer – faste ionisk væskekatalysatorer En smart måde hvorpå man kan danne en fast homogen, ionisk væske-baseret katalysatorer er gennem de systemer, man betegner som supported ionic liquid-phase (SILP) katalysatorsystemer. Her bliver de katalytiske komponenter (typisk et metalkompleks) opløst i en ionisk væske, som efterfølgende fordeles i porerne i et porøst bæremateriale som en tynd væskefi lm. På denne måde bevarer man fordelen ved at have de katalytisk aktive komponenter opløst i en ionisk væske samtidig med, at katalysatoren fremstår som et fast stof. I fi gur 10 (venstre) er opbygningen af et SILP katalysatorsystem illustreret. Under reaktion med en SILP katalysator, hvor både reaktanter og produkter er gasformige, ledes reaktantgassen kortvarigt hen over den tynde ioniske væskefi lm, hvor den vil reagere med de opløste katalysatorkomponenter. Efter Figur 10. Skematisk opbygning af en supported ionic liquid-phase (SILP) katalysator, som indeholder opløste metalkomplekser i en ionisk væskefi lm, der er fordelt på et bæremateriale (venstre). Forskellige SILP katalysatorer (højre). Foto: Marco Haumann (Universität Erlangen-Nürnberg, Tyskland) og Anders Riisager. Ioniske væsker – fremtidens designeropløsningsmidler? 55
56 reaktionen vil produkterne forlade det faste katalysatorsystem uden at være blevet blandet med den aktive katalysatorfase. Dette betyder, at katalysatoren kan genbruges direkte uden først at skulle adskilles fra produktet, hvilket naturligvis leder til et mere simpelt og billigere procesforløb i forhold til reaktioner udført med traditionelle homogene katalysatorer. Hidtil er SILP gasfasekatalyse demonstreret for hydrogenering af alkener, fremstilling af aldehyder ud fra alkener (hydroformylering) og fremstilling af eddikesyre ud fra methanol (carbonylering). Der arbejdes ligeledes på at udvikle SILP katalysatorsystemer, så de kan fungere som katalysatorer i kontinuerte væskefase reaktioner. Her kan det udnyttes, at det er muligt at udforme den ioniske væske, så den ikke er opløselig i reaktionsvæskefasen. Designes den ioniske væske for eksempel således, at den er meget hydrofob (vandskyende), så er det muligt at lede en vandig opløsning af reaktanterne hen over katalysatoren uden de aktive katalysatorkomponenter fjernes fra den ioniske væske. Det skal dog bemærkes, at der i et sådant reaktionssystem altid vil være en risiko for en mekanisk medrivning af den ioniske væskefi lm fra bærematerialet pga. væskestrømningen. Tilsvarende kan den ioniske væskekatalysatorfase blive fjernet fra bærematerialet under reaktionen, hvis produktfasen og den ioniske væske har bare en lille gensidig opløselighed. Dette vil føre til et reaktionssystem, hvor det er nødvendigt at skille katalysatoren fra produktet – ganske som det er tilfældet for reaktioner med homogene katalysatorsystemer – som beskrevet ovenfor. I sådanne tilfælde vil SILP systemet således ikke have nogen åbenlyse fordele frem for almindelige homogene katalysator systemer. SILP katalysatorer har, ligesom for gasfasereaktionerne, været forsøgt anvendt i væskefase reaktioner til blandt andet alken hydrogenering og -hydroformylering. Ioniske væsker – fremtidens designeropløsningsmidler? Hidtil dog kun med begrænset succes, idet medrivning af ionisk væske synes uundgåelig. Ioniske væsker som industrielle opløsningsmidler i dag og i fremtiden Ioniske væsker har gennemgået en rivende udvikling inden for det seneste årti. Dette har resulteret i opdagelse og udvikling af fl ere nye og spændende ioniske væsketeknologier. Disse har efterfølgende affødt mange nye kemiske anvendelser, hvor der er draget nytte af forbedrede materialeegenskaber, reaktioner og procesdesign. Et fåtal af disse nye anvendelser er forsøgt beskrevet i dette kapitel. Nogle af de tidlige anvendelser som blev udviklet med ioniske væsker, er allerede blevet implementeret industrielt. Dette gælder for eksempel den opløsningsmiddelfrie BASIL proces til fremstilling af fosforholdige organiske forbindelser, som blev introduceret af BASF i slutningen af 2004. I denne proces fjernes uønsket saltsyre ved at omdanne det til den ioniske væske methylimidazoliumchlorid, som efterfølgende nemt kan dekanteres fra produktet pga. spontan dannelse af et to-fase væskesystem. Faseseparationen medfører ligeledes, at yderligere oprensning af produktet er unødvendigt. Til sammenligning blev der i det tidligere procesdesign anvendt en stor mængde af methylenchlorid som opløsningsmiddel, der skulle frafi ltreres store mængder af udfældet chloridsalt, og det var nødvendigt at destillere produktet fra reaktionsblandingen. Den mest betydende forskel mellem de to processer er dog, at det med det nye procesdesign blev muligt at fremstille titusinde gange så meget produkt på den samme tid og langt billigere. Det er et argument, som kan overbevise både proces- og kemiingeniører samt den mest kritiske skeptiker af teknologier med ioniske væsker.
Page 1 and 2:
Nye Kemiske Horisonter
Page 5 and 6: Stor tak til Carlsbergs Mindelegat
Page 7 and 8: Er du også på vej mod mod nye kem
Page 10 and 11: Af ph.d. studerende Anne Mette Frey
Page 12 and 13: Alternative energikilder I dag fi n
Page 14 and 15: Oxygen Fuldstændig forbrænding Ov
Page 16 and 17: Kapitlets forfattere: Fra venstre p
Page 18 and 19: Tabel 1. I tabellen ses hvor meget
Page 20 and 21: Plantebestanddele Vigtige byggesten
Page 22 and 23: kelforurening og store lugtgener. D
Page 24: har en stor betydning for luftkvali
Page 27 and 28: 26 Af ph.d. studerende Lars Ulrik N
Page 29 and 30: 28 F O + O H N NH Figur 3. I fi gur
Page 31 and 32: En bakterie kommer ind i kroppen Kr
Page 33 and 34: 32 HOOC NH2 Ab 38C2 HOOC NH O Figur
Page 35 and 36: 34 Organokatalyse Som vi så i forr
Page 37 and 38: 36 Som det ses i fi gur 10, er den
Page 39 and 40: 38 O O Ved reduktion af en dobbeltb
Page 41 and 42: 40 Ved reaktionen vist på fi gur 1
Page 44 and 45: Af civilingeniør-studerende Andrea
Page 46 and 47: Ioniske væsker er - i modsætning
Page 48 and 49: Hvorfor er ioniske væsker væsker?
Page 50 and 51: mindelige fysiske egenskaber sammen
Page 52 and 53: afsvovlet diesel
Page 54 and 55: teressante. Ioniske væsker har nem
Page 58: Figur 11. Ved BASF’s BASIL proces
Page 61 and 62: 60 Af specialestuderende Sofi e Egh
Page 63 and 64: 62 Disse tetraedre danner 3-dimensi
Page 65 and 66: 64 Et reaktionsskema for udskiftnin
Page 67 and 68: 66 kan foregå inde i strukturen. I
Page 69 and 70: 68 Katalysatorer til en drømmereak
Page 71 and 72: 70 Zeolitter i fremtiden Verden ove
Page 74 and 75: Computerkemi - en opdagelsesrejse i
Page 76 and 77: Tempoet gjorde det umuligt at forud
Page 78 and 79: Figur 3: De to systemer, som kunne
Page 80 and 81: sig den øgede kompleksitet, når d
Page 82 and 83: Kapitlets forfattere: Civilingeniø
Page 84 and 85: Vi har også gennemført nogle bere
Page 86 and 87: Bæredygtig kemi i fremtiden 85
Page 88: Figur 19. Det sidste TS-kompleks er
Page 91 and 92: 90 Af ph.d. studerende Johan Hygum
Page 93 and 94: 92 1.000.000 € 100.000 € 10.000
Page 95 and 96: 94 spalter vand (fi gur 3). For nyl
Page 97 and 98: 96 Eddikesyre 2,4 Mtons 12% MTBE 9,
Page 99 and 100: 98 O NH3, H2O2 katalysator Figur 8.
Page 101 and 102: 100 HO O HO OH HO O OH Figur 9. Str
Page 103 and 104: 102 HO HO O H 2N O Figur 11. Syntes
Page 105 and 106: 104 DDT (Dichlordiphenyltrichloreth
Page 107 and 108:
106 ihjel. Et sekundært pesticid k
Page 109 and 110:
108 Tabel 1. Top-10 over de mest s
Page 111 and 112:
110 H 3C Figur 16. Tidlige HMGR-hæ
Page 113 and 114:
112 H 3C H 3C O HO H H O O O Figur
Page 115 and 116:
114 Bæredygtig kemi i fremtiden
Page 117 and 118:
116 af sygdommen. En tidligere bete
Page 119 and 120:
118 Me O Ph N Ph Figur 3. Semisynte
Page 121 and 122:
120 Isolation Et naturstof isoleres
Page 123 and 124:
122 O O H HO OH OH OH HO OH O OH Ph
Page 125 and 126:
124 Epothilone A og B Flere interes
Page 127 and 128:
126 til for at holde den usynlige t
Page 129 and 130:
128 O H N SiMe2t-Bu S S Figur 13. M
Page 131 and 132:
130 sistens er et problem, der ikke
Page 133 and 134:
132 tibiotikum med en hidtil uovert
Page 135 and 136:
134 Solceller - et strålende svar
Page 137 and 138:
136 den, nemlig 1,7·10 5 TW. Hvis
Page 139 and 140:
138 Solceller i praksis Inden for s
Page 141 and 142:
140 Kapitlets forfattere er fra ven
Page 143 and 144:
142 Siliciumsolceller Langt den mes
Page 145 and 146:
144 hvorved der dannes et elektron-
Page 147 and 148:
146 sorbere synligt lys således, a
Page 149 and 150:
148 Kan man fi lme en kemisk reakti
Page 151 and 152:
150 Kemi - hvad er det? Før vi gå
Page 153 and 154:
152 hvilket ledte ham til opdagelse
Page 155 and 156:
154 Kapitlets forfattere er fra ven
Page 157 and 158:
156 Figur 4. Skematisk illustration
Page 159 and 160:
158 Eksempel 1. Det første trin i
Page 161 and 162:
160 alise-ringer af processen, dvs.
Page 163 and 164:
162 Bæredygtig kemi i fremtiden
Page 165 and 166:
164 Af civilingeniør-studerende Na
Page 167 and 168:
166 Hvad er polymerer? Polymerer er
Page 169 and 170:
168 Bæredygtig kemi i fremtiden Fi
Page 171 and 172:
170 DBS - PPy Figur 7. Polypyrrol d
Page 173 and 174:
172 Cyklisk Voltammetri (CV) Metode
Page 175 and 176:
174 Faktorer der påvirker ionvandr
Page 177 and 178:
176 Kationstørrelse og valens: Det
Page 179 and 180:
178 100 80 60 40 20 Kraft pr. Areal
Page 181 and 182:
180 Ordliste aldolase enzym der kat
Page 183:
182 phenylringe benzenringe polypep
show all

Nye Kemiske Horisonter - Danmarks Tekniske Universitet: Kemisk ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?