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