Спосіб амінування ненасиченої сполуки в тонких плівках

Спосіб амінування ненасиченої сполуки в тонких плівках, що включає дисперсійне середовище та дисперсну фазу, який відрізняється тим, що 3 ліком відомого способу є низька кратність виготовленої піни, стінки сот піни мають товщину більше 1000 нанометрів, в них не може проявитися в повній мірі поверхневий ефект. Крім того, відомий спосіб передбачає застосування складного технологічного обладнання. Метою корисної моделі є розробка способу підвищення виходу цільового продукту, зниження виходу побічних продуктів та зниження кількості стічних вод при амінуванні ненасиченої сполуки в водному розчині. Поставлена задача досягається способом амінування ненасиченої сполуки в тонких плівках, що включає дисперсійне середовище та дисперсну фазу, реакцію проводять в тонких плівках високократної піни, при цьому один із реагентів знаходиться в дисперсійному середовищі, інший в дисперсній фазі, в якості дисперсійного середовища використовують розчини реагентів або розчини ненасиченої сполуки, а в якості дисперсної фази використовують реакційноздатний газ або суміш газів, при цьому високократну піну виготовляють за допомогою генератора високократної піни. Генератори високократної піни виготовляються промисловістю і застосовуються, як правило, для гасіння пожеж нафтопродуктів, пожеж в шахтах та на свердловинах. Відомі типи промислових генераторів високократної піни таких, як ГВП-40, ГВПВ-400, LG-200, Turbex MK-II та інші. Кратність піни, яка визначається, як відношення об’єму виготовленої піни до об’єму рідини, що пішла на її виготовлення, в таких генераторах піни може сягати від 500 до 2000 і більше. Товщина стінок сот (плівок) високократної піни на виході з генератора може коливатися в межах від кількох сотень до тисячі А і з часом зменшується, в результаті стікання розчинника з внутрішніх шарів плівок, до кількох десятків А [4]. Таким чином, відношення загальної товщини плівки до товщини адсорбційних шарів коливається в межах від 1 до 10, тобто це величини одного порядку. Такі тонкі плівки безумовно відносяться до категорії нанотехнології. Продуктивність генераторів високократної піни, яка визначається кількістю використаної рідини в одиницю часу може коливатися від 10л/хв. до 1000л/хв. і порівняна з продуктивністю промислових хімічних реакторів. Іноді продуктивність генератора піни визначають за кількістю піни, виготовленої за одиницю часу або вказують співвідношення - кількість піни до кількості рідини, звідки просто визначається кратність піни. Конструктивно генератор високократної піни складається з конусоподібної трубки до ширшого кінця якої, прилаштовані металеві сітки. В тонший кінець трубки вмонтована форсунка для напилення рідини (розчину реагента) на сітку, та штуцер, для продуву газу. Газ, проходячи через сітки, видуває із щілин в сітках бульбашки піни. Металеві сітки роблять, як правило змінними, а розмір щілин в сітках коливається в мажах від 0,1 до 5,0мм. Для виготовлення піни обирають сітки з параметрами, що відповідають призначенню піни, її кратності та властивостям. Властивості піни, виготовленої за допомогою генератора визначаються кількома факторами, серед яких головними є в'яз 51608 4 кість рідини та її поверхневий натяг, швидкість подачі рідини на сітки, швидкість продуву газу, розміри щілин в сітках, наявність піноутворювача. Регулювання кратності піни здійснюють у відповідності з інструкцією по експлуатації генератора піни. Для регулювання швидкості потоку та тиску рідини і газу генератори піни облаштовані системою кранів та манометрів. Для одержання технічного результату згідно запропонованому способу застосовують лабораторный генератор типу ГВП з продуктивністю по рідині 3,0-25,0мл/сек., облаштований набором сіток з розмірами щілин в сітках від 0,2 до 5,0мм. Кратність піни визначають ваговим методом за вагою зразка піни об'ємом 3 літра. Для виготовлення високократної піни за допомогою генератора в якості газової фази застосовують підібрані експеримертальним шляхом газові суміші аміаку з азотом або з повітрям у співвідношенні від 1:2 до 1:20. Застосування газових сумішей пов'язане з тим, що за допомогою одного лише аміаку не вдається створити необхідного тиску на сітках генератора, крім того, в результаті дифузії аміаку тиск в сотах піни зменшується, що може бути причиною передчасного руйнування пінного шару. В якості дисперсного середовища застосовують водні розчини ненасиченої сполуки. В якості ненасиченої сполуки застосовують 3-сульфолен, очищений у відповідності з відомими препаративними методиками [1, 2]. Контроль виходу продуктів реакції здійснюють за препаративними методиками, описаними в наведених вище аналогах. Склад продуктів реакції підтверджувався фізичними константами, елементним аналізом та хроматографічно. Високократна піна генерувалася в герметичну посудину, в якій автоматично підтримувався атмосферний тиск, з метою попередження передчасного руйнування пінного шару при зміні тиску. Для виготовлення стабільної високократної піни застосовують, як правило, поверхнево-активні речовини (ПАР), які активно знижують поверхневий натяг на межі поділу фаз та сприяють піноутворенню. Вибір ПАР є однією з найбільш відповідальних операцій при проведенні реакції в пінному шарі. Застосовані ПАР повинні бути не тільки хорошими піноутворювачами, але й повинні бути інертними відносно вихідних реагентів та продуктів реакції. В даній роботі в якості ПАР випробувано алкілбензолсульфонати натрію (марлон A, ALF, АМ-70), а також деякі неіоногенні ПАР. Реакції проводять при кімнатній температурі та атмосферному тиску. Суть запропонованого технічного рішення підтверджується наступними конкретними прикладами виконання. Приклад 1 Готують 1,0л одномолярного розчину 3сульфолену в воді. З цією метою наважку 118г 3сульфолену розчиняють в 950мл бідистилату. В цьому ж розчині розчиняють 1,0г піноутворювача. Розчин термостатують при 20+1°С, поступово доводячи об'єм розчину до 1 літра. 5 51608 На вільному ході налаштовують генератор високократної піни використовуючи в якості рідини водний розчин піноутворювача, а в якості газу азот. При цьому добиваються, щоб витрати водного розчину та газу відповідали еквімолярному співвідношенню реагентів, з невеликим (10-15%), надлишком аміаку, а кратність піни була в межах 1500-2000. Заливають розчин 3-сульфолену в посудину для подачі розчину в форсунку генератора піни. Відкривають кран подачі суміші аміаку з азотом на сітку генератора, а потім подають на сітку генератора розчин 3-сульфолену. Суміш газів, проходячи через сітку генератора видавлює бульбашки піни, які збираються в посудину. Частину піни відбирають в калібрований стакан для визначення кратності піни. Виготовлена піна через 8-10 хвилин руйнується. Тривалість процесу генерації піни 20 сек. Розмір щілин в сітці генератора 0,2мм. Швидкість подачі розчину 3-сульфолену на сітку 5,0мл/сек. (0,005моль/сек.). Швидкість подачі аміаку 0,0055моль/сек. Продукти реакції відбирають із реакційної посудини (реактора) через зливний кран, розділяють та аналізують згідно методик, описаних в відомих аналогах [1, 2]. Витрачено 100мл розчину 3-сульфолену. Одержано 160л піни. Кратність піни-1600. Вихід 3амінотіолан-1,1-діоксиду - 98,7%. Селективність 98,5%. Приклад 2 Готують 1,0л 1,5-молярного розчину 3сульфолену в воді. З цією метою наважку 177г 3сульфолену розчиняють в 950мл бідистилату. В цьому ж розчині розчиняють 0,7г піноутворювача. Розчин термостатують при 20+1°С, поступово доводячи об'єм розчину до 1 літра. На вільному ході налаштовують генератор високократної піни використовуючи в якості рідини водний розчин піноутворювача, а в якості газу суміш аміаку з азотом у співвідношенні 1:10. При цьому добиваються, щоб витрати водного розчину та газу відповідали еквімолярному співвідношенню 6 реагентів, з невеликим (10-15%), надлишком аміаку, а кратність піни була в межах 1500-2000. Заливають розчин 3-сульфолену в посудину для подачі розчину в форсунку генератора піни. Відкривають кран подачі суміші аміаку з азотом на сітку генератора, а потім подають на сітку генератора розчин 3-сульфолену. Суміш газів, проходячи через сітку генератора видавлює бульбашки піни, які збираються в посудину. Частину піни відбирають в калібрований стакан для визначення кратності піни. Виготовлена піна через 7-10 хвилин руйнується. Тривалість процесу генерації піни 15 сек. Розмір щілин в сітці генератора 0,3мм. Швидкість подачі розчину 3-сульфолену на сітку 5,0мл/сек. (0,0075моль/сек.). Швидкість подачі аміаку 0,008моль/сек. Продукти реакції відбирають із реакційної посудини (реактору) через зливний кран, разділяють та аналізують згідно методик, описаних в відомих аналогах [1, 2]. Витрачено 80мл розчину 3-сульфолену. Одержано 125л піни. Кратність піни - 1560. Вихід 3амінотіолан-1,1-діоксиду- 97,5%. Селективність 98%. Решта прикладів амінування 3-сульфолену виконані аналогічно прикладу 1, мінялись лише концентрації 3-сульфолену та кратність піни. Результати амінування 3-сульфолену в плівках піни різної кратності наведено в таблиці. В цій же таблиці наведено результати амінування 3сульфолену відомими способами. Із даних таблиці видно, що амінування 3-сульфолену згідно запропонованого способу (приклади 1 та 2) дозволяє суттєво підвищити вихід цільового продукту реакції, її селективність та зменшити кількість стічних вод за рахунок підвищення концентрації реагентів. Навпаки, при амінуванні 3-сульфолену в піні середньої (приклад 3) та низької кратності (приклади 4 та 5), виходи 3-амінотіолан-1,1-діоксиду майже не відрізняються від описаних в відомих аналогах, виходів цього продукту в аміачній воді (об'ємі розчину). Таблиця Амінування 3-сульфолену в плівках піни різної кратності та в об'ємі розчину за прикладами Номер приклад) 1 2 3 4 5 Аналог Аналог Розчинник Вода Вода Вода Вода Вода Рідкий аміак Вода Концентрація, 3сульфолену, моль/л 1,0 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0 0,1 Таким чином, як видно із наведених прикладів, спосіб амінування ненасиченої сполуки в тонких плівках високократної піни має наступні переваги в порівнянні з відомими способами амінування в розчинах: Кратність піни, г/см3 1600 1560 300 100 50 В розчині В розчині Вихід 3-амінотіолан1,1-діоксиду, % 98,7 97,5 83,5 80,7 75,0 80,0 90,0 1. Тривалість реакції амінування в тонких плівках зменшується на 2 порядки в порівнянні з тривалістю реакції в зрідженому аміаку та в 10-15 раз в порівнянні з амінуванням у водному розчині (аміачній воді). 7 51608 2. На 15-18% зростає вихід цільового продукту, 3-амінотіолан-1,1-діоксиду, а вихід побічних продуктів реакції відповідно зменшується. 3. Зменшується кількість забруднених стічних вод за рахунок підвищення концентрації реагентів. Одержані експериментальні дані підтверджують новизну технічного рішення. Запропонований спосіб амінування ненасиченої сполуки в тонких плівках високократної піни є прикладом практичного застосування нанотехнології в органічному синтезі. Спосіб проведення газорідинної реакції в тонких плівках може бути застосований для синтезу інших практично важливих продуктів. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 Перелік посилань 1. Пархоменко П.И. 3-амино-1,1диоксидтетрагидротиофен-хлоргидрат // Методы получения реактивов и особо чистых веществ. - М: НИИТЭХИМ, 1975. - Вып.28. - С.5-7 2. А.с.1385557 СССР МКІ CO7D 333/48, 1987. 3. „Способ проведения газожидкостных многофазных реакций и вихревой центробежный барботажный реактор для его осуществления». Заявка РФ №2002131403, опубліковано 27.05.2004. 4. В.К. Тихомиров. - Пены. Теория и практика их получения и разрушения. - М.: Химия, 1983. - С. 85-86. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601