Przedstawiono protokół syntezy niesymetrycznych ekstraktorów kwasu dialkilofosfinowego o wysokiej czystości, biorąc za przykład kwas (2,3-dimetylobutyl)(2,4,4'-trimetylopentylo)fosfinowy.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiono protokół syntezy niesymetrycznych ekstraktorów kwasu dialkilofosfinowego o wysokiej czystości, biorąc za przykład kwas (2,3-dimetylobutyl)(2,4,4'-trimetylopentylo)fosfinowy.
Przedstawiamy syntezę kwasu (2,3-dimetylobutyl)(2,4,4'-trimetylopetylo)fosfinowego jako przykład, aby zademonstrować metodę syntezy niesymetrycznych ekstraktantów kwasu dialkilofosfinowego o wysokiej czystości. Jako źródło fosforu wybrano niskotoksyczny podfosforyn sodu do reakcji z olefiną A (2,3-dimetylo-1-butenem) w celu wytworzenia półproduktu kwasu monoalkilofosfinowego. Amantadyna została przyjęta w celu usunięcia produktu ubocznego kwasu dialkilofosfinowego, ponieważ tylko kwas monoalkilofosfinowy może reagować z amantadyną, tworząc sól kwasu amantadyno-monoalkilofosfinowego, podczas gdy kwas dialkilofosfinowy nie może reagować z amantadyną ze względu na dużą przeszkodę steryczną. Oczyszczony kwas monoalkilofosfinowy poddano następnie reakcji z olefiną B (diizobutylenem) w celu uzyskania niesymetrycznego kwasu dialkilofosfinowego (NSDAPA). Nieprzereagowany kwas monoalkilofosfinowy można łatwo usunąć za pomocą prostej obróbki końcowej kwasu zasadowego, a inne zanieczyszczenia organiczne można oddzielić poprzez wytrącanie soli kobaltowej. Strukturę kwasu (2,3-dimetylobutylo)(2,4,4'-trimetylopetylo)fosfinowego potwierdzono za pomocą 31P NMR, 1H NMR, ESI-MS i FT-IR. Czystość oznaczono metodą miareczkowania potencjometrycznego, a uzyskane wyniki wskazują, że czystość może przekraczać 96%.
Kwaśne ekstraktory fosforoorganiczne są szeroko stosowane w tradycyjnej dziedzinie hydrometalurgii do ekstrakcji i separacji jonów ziem rzadkich1,2, metale nieżelazne (takie jak Co/Ni3,4), rzadkie metale (takie jak Hf/Zr5, V6,7), aktynowce8, itp. W ostatnich latach przyciągnęły one również większą uwagę w dziedzinie recyklingu surowców wtórnych i utylizacji odpadów płynnych wysokiego poziomu9. Najczęściej stosowanymi ekstraktorami są kwas di-(2-etyloheksylo)fosforowy (D2EHPA lub P204), ester mono-2-etyloheksylowy kwasu 2-etyloheksylofosforowego (EHEHPA, PC 88A lub P507) i kwas di-(2,4,4'-trimetylo)-fosfinowy (Cyanex272), które są przedstawicielami odpowiednio kwasów dialkilofosforowych, monoalkilowych estrów kwasu alkilofosforowego i kwasów dialkilofosfinowych. Ich kwasowość zmniejsza się w następującej kolejności: P204 > P507 > Cyanex 272. Odpowiednia zdolność ekstrakcji, zdolność ekstrakcji i kwasowość oddzielania są rzędu P204 > P507 > Cyanex 272, a wydajność separacji jest w odwrotnej kolejności. Te trzy ekstraktory są skuteczne w większości przypadków. Jednak nadal istnieją pewne warunki, w których nie są one tak wydajne: w separacji ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, których głównymi problemami są słaba selektywność i wysoka kwasowość oddzielania w przypadku P204 i P507, niska zdolność ekstrakcji oraz tendencja do emulsji podczas ekstrakcji w przypadku Cyanex 272. W związku z tym w ostatnich latach większą uwagę przyciągnęło opracowanie nowych ekstraktorów.
Klasa ekstrahentów kwasu dialkilofosfinowego jest uważana za jeden z najważniejszych aspektów badawczych mających na celu opracowanie nowych ekstraktantów. Ostatnie badania wykazały, że zdolność ekstrakcji kwasów dialkilofosfinowych zależy w dużej mierze od struktury podstawnika alkilowego10,11. Może to być szeroki zakres od znacznie wyższego niż w przypadku P507 do niższego niż w przypadku Cyanex 27212. Jednak eksploracja nowych ekstrahentów kwasu dialkilofosfinowego jest ograniczona do komercyjnej struktury olefin10,12,13,14,15,16. Chociaż ekstrahanty kwasu dialkilofosfinowego można również syntetyzować metodą reakcji Grignarda, warunki reakcji są rygorystyczne12,17.
NSDAPA, której dwie alkile są różne, otwiera drzwi do eksploracji nowych ekstraktantów. Sprawia, że struktury kwasu dialkilofosfinowego są bardziej zróżnicowane, a jego wydajność ekstrakcji i separacji można precyzyjnie dostroić, modyfikując obie jego struktury alkilowe. Tradycyjna metoda syntezy NSDAPA wykorzystywała PH3 jako źródło fosforu, co ma wiele wad, takich jak wysoka toksyczność, rygorystyczne warunki reakcji i trudne oczyszczanie. Niedawno informowaliśmy o nowej metodzie syntezy NSDAPA przy użyciu podfosforynu sodu jako źródła fosforu (patrz Rysunek 1) i pomyślnie zsyntetyzowaliśmy trzy NSDAPAs18. Ten szczegółowy protokół może pomóc nowym praktykom powtórzyć eksperymenty i opanować metodę syntezy ekstraktów NSDAPA. Jako przykład weźmiemy kwas (2,3-dimetylobutylo)(2,4,4'-trimetyloptylo)fosfinowy. Nazwy i struktury olefiny A, półproduktu kwasu monoalkilofosfinowego, olefiny B i odpowiadającego jej NSDAPA przedstawiono w tabeli 1.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Synteza kwasu mono-(2,3-dimetylobutylo)fosfinowego 18,19
2. Oczyszczanie kwasu mono-(2,3-dimetylobutylo)fosfinowego
3. Synteza kwasu (2,3-dimetylobutylo)(2,4,4'-trimetylopetylo)fosfinowego
4. Oczyszczanie kwasu (2,3-dimetylobutyl)(2,4,4'-trimetylopetylo)fosfinowego
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Widma 31P NMR dla kwasu mono-(2,3-dimetylobutyl)fosfinowego zarejestrowano przed i po oczyszczaniu metodą z użyciem amantadyny (Rysunek 1a-b). Widma 31P NMR, 1H NMR, widma MS oraz widma FT-IR dla kwasu (2,3-dimetylobutyl)(2,4,4'-trimetylopentyl)fosfinowego (patrz odpowiednio Rysunek 3, Rysunek 4, Rysunek 5 i
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Najbardziej krytycznym etapem w ramach protokołu jest synteza kwasu monoalkilofosfinowego (ryc. 1a). W tej reakcji lepsza jest wyższa wydajność i mniej produktu ubocznego kwasu dialkilofosfinowego. Zwiększenie stosunku molowego NaH2PO2 / olefiny A poprawi wydajność i zahamuje wytwarzanie produktu ubocznego kwasu dialkilofosfinowego. Jednak duża dawka NaH2PO2 również zwiększy koszt i spowoduje problem z mieszaniem. Preferowany stosu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk o Przyrodzie Chin (21301104), Fundusze Badań Podstawowych dla Uniwersytetów Centralnych (FRF-TP-16-019A3) oraz Państwowe Kluczowe Laboratorium Inżynierii Chemicznej (SKL-ChE-14A04).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 2,3-dimetylo-1-buten | Adamas Reagent Co., Ltd. | Wzór molekularny: C6H12, czystość ≥ 99% | |
| diizobutylen | Szanghaj Aladyn Bio-Chemia Technologia Co., LTD | Wzór molekularny: C8H16, czystość 97% | |
| kwas octowy | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | Wzór molekularny: C2H4O2, czystość ≥ 99,5% | |
| di-tert-butylnperoxide | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | Wzór molekularny: C8H18O2, czystość ≥ 97.0% | |
| tetrahydrofuran | Beijing Chemical Works | Wzór cząsteczkowy: C4H8O, czystość A.R. | |
| eter etylowy | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | Wzór cząsteczkowy: C4H10O, czystość ≥ 99,7% | |
| octan etylu | Xilong Chemical Co., Ltd. | Wzór molekularny: C4H8O2, czystość ≥ 99,5% | |
| aceton | Beijing Chemical Works | Wzór cząsteczkowy: C3H6O, czystość ≥ 99,5% | |
| wodorotlenek sodu | Xilong Chemical Co., Ltd. | Wzór cząsteczkowy: NaOH, czystość ≥ 96,0% | |
| stężony kwas siarkowy | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | Wzór cząsteczkowy: H2SO4, czystość 95-98% | |
| kwas solny | Beijing Chemical Works | Wzór cząsteczkowy: HCl, czystość 36-38% | |
| chlorek sodu | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | Wzór cząsteczkowy: NaCl, czystość ≥ 99,5% | |
| bezwodny siarczan magnezu | Instytut Przemysłu Chemicznego | Wzór cząsteczkowy: MgSO4, czystość ≥ 99.0% |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.