Kalium tert-butoxidopløsninger en organisk forbindelse med molekylformlen C4H9OK, CAS 865-47-4. Det er en vigtig organisk base, mere basisk end kaliumhydroxid. På grund af induktionseffekten af (CH3) 3CO - trimethyl har det stærkere alkalinitet og aktivitet end andre kaliumalkoholer, så det er en god katalysator. Derudover, som en stærk base, er kalium-tert-butanol meget udbredt i organisk syntese af kemisk industri, medicin, pesticider osv., såsom esterudveksling, kondensation, omlejring, polymerisation, ringåbning og produktion af tungmetal-orthoestere.
|
Kemisk formel |
C4H9KO |
|
Præcis masse |
112 |
|
Molekylvægt |
112 |
|
m/z |
112 (100.0%), 114 (7.2%), 113 (4.3%) |
|
Elementær analyse |
C, 42.81; H, 8.08; K, 34.84; O, 14.26 |
|
|
|
Kalium-tert-butoxid (kemisk formel: C ₄ H ₉ KO, CAS-nummer: 865-47-4) er en vigtig organisk base. De tre methylgrupper i tert-butoxidgruppen (- OC (CH3) ∝) i dens molekylære struktur øger dens alkalinitet og reaktivitet betydeligt gennem induktionseffekter, hvilket gør den til en uundværlig katalysator og reaktionsreagens inden for kemiteknik, medicin, pesticider osv.
Kerneapplikationer inden for organisk syntese
1. Kondensationsreaktionskatalysator
Kalium tert-butoxidopløsninger en effektiv katalysator for klassiske reaktioner som Darzens-kondensering og Stobbe-kondensering. For eksempel kan den i Darzens-reaktionen katalysere dannelsen af epoxyestere fra aldehyder og alfa-halogenerede estere med et udbytte på over 85%.
Denne reaktion er et afgørende trin i syntesen af naturlige produkter såsom vitamin A og binyrebarkhormoner. Derudover kan kalium-tert-butoxid i Stobbe-kondensering fremme kondensationen af diethylsuccinat med aldehyder, hvilket genererer umættede esterforbindelser til syntese af duftstoffer og farmaceutiske mellemprodukter.
2. Omlejringsreaktionsinitiator
I Pinacol-omlejringsreaktionen udløser kalium-tert-butoxid omlejringen af carbocations ved at fange hydroxylprotonen af tilstødende dioler, hvilket resulterer i dannelsen af aldehyder eller ketoner. For eksempel, ved at bruge pinal alkohol som råmateriale, kan pinal keton syntetiseres effektivt med et udbytte på over 90% under katalyse af kalium tert-butoxid.
Denne reaktion har vigtig værdi i den totale syntese af naturlige produkter, såsom konstruktionen af paclitaxel-sidekæder.
3. Ringåbningsreaktionspromotor
I ringåbningsreaktionen af epoxyforbindelser kan kalium-tert-butoxid selektivt angribe epoxyringens minoritetssubstitutionspunkter og generere trans-ringåbningsprodukter. For eksempel, ved at bruge ethylenoxidderivater som råmaterialer, kan - hydroxyetherforbindelser syntetiseres under katalyse af kalium-tert-butoxid, som bruges som mellemprodukter til syntese af ikke-steroidt anti-inflammatorisk lægemiddel ibuprofen.
4. Aggregationsinitiativtager
Kalium-tert-butoxid er en klassisk initiator til anionisk polymerisation, især velegnet til syntese af polyolefiner. I THF-opløsning kan det initiere polymerisationen af isopren, hvilket producerer cis-1,4-polyisopren (hovedkomponenten i naturgummi). Derudover kan kombinationen af kalium-tert-butoxid og rutheniumcarbenkompleks ved ringåbningsmetatesepolymerisation (ROMP) effektivt syntetisere cykliske olefinpolymerer til fremstilling af højtydende elastomerer.
Nøgleråvarer til medicinal- og pesticidindustrien
1. Syntese af lægemiddelmellemprodukter
Kalium tert-butoxid spiller en vigtig rolle i antibiotikasyntese. For eksempel i sidekædemodifikationen af cephalosporin-antibiotika kan det katalysere esterudvekslingsreaktioner, indføre beskyttende eller funktionelle grupper og øge lægemiddelstabiliteten. I syntesen af anti-tumorlægemiddel paclitaxel katalyserer kalium-tert-butoxid desuden kondensationsreaktionen af nøglemellemprodukter, hvilket øger det samlede udbytte til over 35 %.
2. Fremstilling af pesticidaktive ingredienser
Ved syntesen af pyrethroide pesticider, såsom cypermethrin, virker kalium-tert-butoxid som en basekatalysator for at fremme esterudvekslings- og ringslutningsreaktioner, hvilket genererer cyclopropancarboxylsyreesterforbindelser med insekticid aktivitet.
Dens katalytiske effektivitet er betydeligt højere end kaliumhydroxid, med en 50 % reduktion i reaktionstid og en 30 % reduktion i-biprodukter.
3. Kiral lægemiddelsyntese
The combination of potassium tert butoxide and chiral ligands can achieve asymmetric catalysis. For example, in Sharpless asymmetric epoxidation reaction, it synergistically interacts with titanium complexes to synthesize epoxides with high enantioselectivity (ee value>95 %) til syntese af chirale lægemidler såsom - receptorblokker propranolol.
Inden for nye materialer og specialkemikalier
1. Syntese af flydende krystalmaterialer
Kalium tert-butoxidopløsninger et vigtigt reagens til syntesen af flydende krystalmonomerer. Ved fremstillingen af fluorerede cyclohexanbaserede flydende krystaller kan de f.eks. katalysere dehydrohalogeneringsreaktionen for at generere flydende krystalmonomerer med høj -renhed, som bruges som alignment filmmaterialer til TFT-LCD-skærme. Reaktionsbetingelserne er milde (kan udføres ved stuetemperatur), og selektiviteten er så høj som 99%.2. Fremstilling af elektroniske kemikalier
I halvlederfremstilling bruges kalium-tert-butoxid til at rense metalurenheder på overfladen af siliciumwafers. Dens stærke alkalinitet kan opløse metaloxider som aluminium og kobber, mens den steriske hindring af tert-butyl hæmmer korrosion af siliciumsubstrater.
Eksperimenter har vist, at et 0,1 mol/L kalium-tert-butoxid har en korrosionshastighed på mindre end 0,1 nm/min på siliciumwafers, hvilket opfylder kravene til avancerede processer.
3. Ændring af biologisk nedbrydelige materialer
Kalium-tert-butoxid kan katalysere kædeforlængelsen af polymælkesyre (PLA) og forbedre materialets termiske stabilitet ved at indføre tert-butylestergrupper. For eksempel kan den ved 180 grader øge molekylvægten af PLA fra 100000 til 500000 og smeltepunktet fra 170 grader til 220 grader, hvilket gør den velegnet til områder som 3D-print forbrugsstoffer og medicinske suturer.
Generelt er der to hovedproduktionsprocesser tilkalium tert-butoxidopløsning, den ene er metalproces, den anden er alkaliproces.
Fremstilling af fast kaliumalkoxidprodukt: Det fremstilles hovedsageligt af flydende kaliumalkoxid gennem fordampning, koncentrering og tørring.
1. Metalmetode:
Tilsæt metalkalium til den nyligt fordampede tert-butylalkohol under nitrogenmiljøet, vend tilbage til kaliumet for fuldstændig opløsning, hold temperaturen i 1 time, fordamp det overskydende tert-butylalkohol, og tør det resterende hvide faste stof under vakuum-dekompression ved 180~190 grader i et oliebad i mere end 10 timer for at opnå kaliumtert-alkoholen, men som har brug for kalium-ter-alkoholen, som opbevares og bruges under nitrogen, og kan ikke møde luft og vand, ellers bliver den lyserød, og udbyttet er mere end 99 % baseret på kalium.
Ulemperne ved denne metode er:
For det første skal kaliummetallet beskyttes af nitrogen, når det skæres i stykker;
For det andet øges kontakttiden mellem metalkalium og luft, og metalkalium oxideres;
For det tredje er kaliumtabletterne nemme at samle, hvilket reducerer reaktionskontaktområdet og øger belastningen af reaktorens omrøring.
I 2002 foreslog Liu Yu en ny proces til syntetisering af kalium-tert-butylalkohol ved metalmetode. O-xylen blev anvendt som opløsningsmidlet i reaktionssystemet. Kogepunktet for o-xylen er 114 grader, og metallet kalium i opløsningsmidlet kan være i smeltet tilstand (dvs. kaliumsand). Det er ikke nødvendigt at skære kalium i plader, og kaliumblokken kan sættes direkte ind i reaktoren. Desuden øges reaktionens kontaktareal, hvilket er befordrende for reaktionen.
Derudover kan droppe tert-butylalkohol effektivt kontrollere reaktionen. Denne metode overvinder manglerne ved den generelle produktionsproces, har en stærk funktion i industrien og er befordrende for sikker produktion. Den opnåede faste kalium-tert-butylalkohol har et højt indhold og lavt frit alkali, hvilket har åbenlyse økonomiske og sociale fordele.
Kerstin Schierle Arndt et al. foreslog en metode til fremstilling af alkalimetalkaliumalkoxid ved at reagere alkalimetal (jordalkalimetal) med alkohol i deres patent i 2002. Denne metode gør brug af den forskellige opløselighed af alkalimetalalkoxid og jordalkalimetalalkoxid i alkohol til at rense produktet, men vær opmærksom på at sikre, at reaktantblandingen tilsættes for meget, ellers vil det danne en ren produkt.
Fordelene ved metalmetoden er: højt indhold af kalium-tert-butoxid og lavt frit alkali. Kalium-tert-butylalkohol fremstillet ved metalmetoden har bedre katalytisk aktivitet. Ulemper: der er alvorlige problemer såsom dårlig sikkerhed og let eksplosion i produktionen. På grund af den høje pris på metalkalium og vanskeligheden ved transport og opbevaring er produktionsomkostningerne høje. Denne metode har en tendens til at blive elimineret gradvist. Investeringsfortjenesten for metalmetoden er lavere end den gennemsnitlige fortjeneste for den fine kemiske industri, så denne metode har visse risici i markedets konkurrenceevne.
2. Alkalimetode:
Det opnås ved at omsætte tert-butylalkohol med kaliumhydroxid.
Den almindelige alkalifremstillingsproces har følgende fire hovedulemper: højt dampforbrug; Fordi tert-butylalkohol er let at fordampe, fører det til relativt alvorlig luftforurening; Fordi reaktionen er en afbalanceret reversibel reaktion, er der uundgåeligt et højt indhold af vand i den flydende fase af kalium-tert-butylalkohol i tårnbunden, som ikke opfylder kravene til brug af finkemikalier i medicin og andre industrier; Spildevandet indeholder en del af tert-butylalkohol, som kræver yderligere behandling, før det udledes i miljøet, hvilket øger omkostningerne ved efterbehandling.-
Metoden til fremstilling af kalium-tert-butanol ved azeotropisk reaktiv destillation blev foreslået af Wang Huaol, Guo Guangyuan og andre. Azeotrope midler (såsom cyclohexan) blev brugt til at fjerne vandet dannet i reaktionen, så balancen flyttede til højre. I reaktionsprocessen danner reaktionsmaterialet en tynd væskefilm i reaktionstårnet.
Reaktionen finder kun sted ved gas-væskegrænsefladen. Vandet, der dannes ved reaktionen, overføres til gasfasen med tiden og forlader til sidst reaktionssystemet i form af azeotrop. Det er påkrævet, at reaktionstårnets indre skal fyldes med fyldstoffer med stort specifikt overfladeareal, således at vandet i reaktanten kan fjernes jævnt for at fremstille kalium-tert-butoxid.
Fremstillingen af kalium-tert-butoxid ved alkalimetoden har åbenlyse tekniske, økonomiske og sikkerhedsmæssige fordele i forhold til metalmetoden. Det er dog umuligt helt at fjerne vandet, der dannes i reaktionen. Derudover er kalium-tert-butanol mere basisk end kaliumhydroxid. Kalium tert-butanol hydrolyseres, når det møder vand, så kaliumhydroxid-urenheder findes i kalium-tert-butanol. I den farmaceutiske syntesereaktion spiller urenheden kaliumhydroxid ofte en bivirkning, som kan nedbryde reaktanterne eller produkterne. Derfor bør indholdet af kaliumhydroxid i kalium-tert-butoxid kontrolleres inden for et meget lavt interval.
Processen med fremstilling af kalium-tert-butoxid ved alkalimetoden er enkel, nem at betjene og mindre udstyrsinvestering. Vandindholdet i kalium-tert-butoxid fremstillet ved denne proces er dog højt, og-biprodukterne er svære at fjerne, hvilket påvirker produktkvaliteten.
Kemisk reaktion afkalium tert-butoxidopløsning:
I processen med at fremstille kalium-tert-butoxid ved traditionel metalmetode dannes der hydrogen, hvilket har sikkerhedsproblemer. Tang Shucheng og Duan Zhengkang foreslog en ny proces til syntese af kaliumalkoxid i 2004, det vil sige reaktionen af alkohol med alkalimetalaminoforbindelse til fremstilling af kaliumalkoxid.
Ved fremstilling af kalium-tert-butylalkohol er R i ligningen tertiær butyl. Tang Shucheng og Duan Zhengkang introducerede metoden til fremstilling af alkalimetalalkoxid ved at bruge toluen eller heptan som opløsningsmidlet i reaktionssystemet og reaktionen af alkohol med alkalimetalaminoforbindelse.
Denne metode anvender alkalimetalaminoforbindelser i stedet for alkalimetal i sig selv som reaktanter, således at gassen, der frigives fra reaktionen, er ammoniak i stedet for brint, hvilket er stærkt funktionsdygtigt i industrien og er befordrende for sikker produktion. Det er kendetegnet ved mindre hårde reaktionsbetingelser, mindre risiko i produktionsprocessen, især den simple efter-behandlingsproces af produktet, som i høj grad forkorter tørretiden for reaktionsmediet og reaktionsprodukterne, og produktets renhed og udbytte er ideelle.
Metalaminater er dog dyre, og kaliumaminater forårsager stadig miljøforurening, så denne metode er kun egnet til laboratorieforberedelse.
I 1962 foreslog William H. Schechter et al. en fremgangsmåde til fremstilling af kalium-tert-butoxid ved at omsætte tert-butyl-kaliumcarbonat med bariumhydroxid, dvs. jordalkalimetaloxider reagerer med alkylalkalimetalcarbonater til dannelse af alkalimetalalkoxider.
Det er bedre at opvarme reaktionen til 50 grader ~ 150 grader for at øge reaktionshastigheden. Anbring tert-butyl-kaliumcarbonat og bariumoxid i tert-butylalkohol, opvarm dem til kogepunktet for tert-butylalkohol og tilbagesval til reaktion i otte timer. Efter reaktionen filtreres opløsningen for at fjerne-biproduktet bariumcarbonat, og derefter destilleres delen opløst i tert-butylalkohol for at fjerne opløsningsmidlet.
Fordelen ved denne metode er, at-biproduktet er uopløseligt i tert-butylalkohol og let at adskille, og derefter destilleres produktopløsningen for at opnå et fast kalium-tert-butylalkoholprodukt med høj renhed. Ulempen er, at produktet bariumcarbonat ikke kan genbruges, hvilket forårsager spild og ikke er egnet til stor-produktion.
Donald J. Loder, Donald D. Lee og andre opfandt en metode til fremstilling af alkalimetalalkoxid ved at reagere alkohol med alkalimetalsalt af svag syre i 1942. Opløs alkalimetalsaltet af svag syre i alkohol, indtil der opnås en mættet opløsning. Når den faste-væskeligevægt grundlæggende er etableret for det system, hvori reaktionen finder sted, er reaktionen grundlæggende afsluttet. Filtrer det uopløselige alkalimetalsalt fra den opnåede blandingsopløsning og regenerér alkalimetalsaltet:
I denne reaktionsproces er den relative opløselighed af dannet kaliumbicarbonat lille, og den kan let adskilles fra tert-butylalkohol; Opløseligheden af produktet kalium-tert-butylalkohol i tert-butylalkohol er relativt høj, så den tilsvarende kalium-tert-butylalkoholopløsning kan fremstilles.
Ulempen ved denne metode er, at reaktionen ikke er fuldstændig, og det er vanskeligt at adskille produktet kalium-tert-butoxid fra kaliumcarbonat og kaliumbicarbonat.
Metoden til fremstilling af kaliumalkoxid med kaliumamalgam i stedet for metalkalium. Kaliumamalgam reagerer med tert-butylalkohol og producerer kalium-tert-butylalkohol, kviksølv uden alkalimetal, og brint frigives.
Adolf Gerber, Otto Leschhorn, et al. opfandt en forbedret væskefaseproces i 1956. Ved hjælp af et simpelt og billigt apparat blev alkoholen og kaliumamalgamet stort set fuldstændigt omsat for at opnå kviksølv og kalium-tert-butoxid uden kalium under visse betingelser.
Højt dispergeret amalgam strømmer ind i toppen af reaktionsanordningen med katalysator ved hjælp af tyngdekraften, reagerer med alkohol modstrøm og genererer amalgam uden alkalimetal. Katalysatorens størrelse er 2 mm ~ 3 mm. Brug en dyse til at indføre amalgamet i reaktionsanordningen, gå ind i lejet indeholdende katalysator, brug sidelinjer til at cirkulere alkoholopløsningen af det opnåede alkoxid, bland med frisk alkohol, og modstrøm med amalgamet opad fra reaktoren. Dette vil ikke kun forbedre reaktionsbetingelserne, men også øge koncentrationen af alkoxid i produktopløsningen. Denne metode er dog ikke egnet til industriel produktion på grund af dets store energiforbrug og høje omkostninger.
For at fremstille kalium-tert-butoxid ud fra kaliummethoxid skal du for eksempel først fremstille methanolopløsningen af kaliummethoxid og derefter fremstille kalium-tert-butoxid fra kaliummethoxid.
Arnold Lenz, Karl Hass, et al. foreslog i 1968, at alkalimetalalkoxider af lavcarbonalkoholer reagerer med multicarbonalkoholer til dannelse af alkalimetalalkoxider af multicarbonalkoholer
En forbedret metode til monovalent alkoholudvekslingsreaktion anvendes til fremstilling af alkalimetalalkoxid af multicarbonalkohol.
R1 er lavkulstofbase og R2 er multikulstofbase. Ved fremstilling af kalium-tert-butylalkohol er R1 methyl, og R2 er tert-butyl.
Alkoholudvekslingsreaktionen mellem lavere alkalimetalalkoholer og multialkoholer udføres med alkoholdampen fra højere alkoholer som udvekslingsreaktionsmedium. Efter reaktionen fjernes de resterende lavere alkoholer i produktet ved destillation.
Dekalium tert-butoxidopløsningopnået ved denne metode har højt indhold og kan bruges i høj-teknologisk og høj-værdifelter. En lille mængde urenheder indeholdt deri er kaliummethoxid. Det minder meget om kalium-tert-butoxid i egenskaber og funktioner. Når det bruges som katalysator inden for medicin, pesticider og andre områder, kan kaliummetoxid spille den samme rolle som kalium-tert-butoxid. Imidlertid indeholder kalium-tert-butoxid fremstillet ved metalmetode, alkalimetode og andre metoder kaliumhydroxidurenheder, som ofte spiller en bivirkning i den farmaceutiske syntesereaktion, idet den nedbryder fedtet i reaktanterne eller produkterne. Derudover kan denne metode fuldstændig realisere industriel produktion. Fremstillingen af kaliummethoxid og kalium-tert-butanol udføres på samme tid. Under denne proces genbruges methanoldamp og tertiær butanoldamp for at spare omkostninger. Produktet fremstillet ved metoden har høj renhed, lav pris og enkel betjening.
Markedsstørrelse og væksttendens
Den globale markedsstørrelse er anslået til USD 200 millioner i 2024 og forventes at nå USD 350 millioner i 2033 med en CAGR på cirka 6,5 % fra 2026 til 2033. Asien og Stillehavsregionen (især Kina) er den vigtigste vækstmotor. Den indenlandske efterspørgsel i Kina forventes at vokse med en årlig hastighed på 9%-11%, og det samlede forbrug når op på 63.000 tons i 2030. Elektroniske kemikalier og nye energimaterialer dukker op som vigtige vækstdrivere.
Vigtige vækstmuligheder
Grøn kemi og overgangsmetalfri katalyse
Som en overgangsmetalfri stærk base fremmer den grønnere reaktioner såsom Darzens og Michael-tilsætninger, hvilket muliggør en meget selektiv syntese af API og agrokemiske mellemprodukter. Nye syntetiske ruter, herunder metalfri kobling og frie radikaler, udvider dets anvendelser inden for heterocyklisk konstruktion og syntese af kirale centre, i overensstemmelse med mål for kulstofneutralitet og krav til atomøkonomi.
Udvidelse af nye applikationsfelter
Ved elektrokemisk energilagring tjener det som et elektrolytadditiv til lithium-ion-batterier og superkondensatorer, der regulerer grænsefladeegenskaber og forbedrer ionisk ledningsevne og cyklusstabilitet. I funktionelle materialer anvendes det i syntesen af ledende polymerer, MOF'er/COF'er og fremstilling af elektroniske halvlederkemikalier, hvilket giver betydelig plads til hjemmesubstitution.
Opgraderinger af procesteknologi
Reaktionsdestillation og kontinuerlig produktionsteknologi erstatter traditionelle batchprocesser, forbedrer renheden (elektronisk kvalitet større end eller lig med 99,99%), reducerer energiforbruget og urenhedsindholdet. Optimering af grønne opløsningsmidler og vandfri iltfri emballeringsteknologi driver produktionen mod sikkerhed, miljøbeskyttelse og høj effektivitet.
FAQ
Hvad bruges kalium-tert-butoxid til?
Kalium-tert-butoxid anvendes i vid udstrækning i forskning med fokus på:Organisk syntese: Det tjener som en stærk base i forskellige organiske reaktioner, hvilket letter deprotoneringen af svage syrer og muliggør dannelsen af kulstof-kulstofbindinger. Dette er særligt værdifuldt i syntesen af komplekse organiske molekyler.
Hvordan laver man kalium-tert-butoxid?
Butoxid ved omsætning af vandig kaustisk kaliumchloridopløsning med tert. butylalkohol i en pakket destillationskolonne, fjernelse af vandet ved destillation med et sugemiddel og udtagning af de alkoholiske opløsninger af kalium tert.
Er kalium-tert-butoxid opløseligt i vand?
Kalium-t-butoxid er et farveløst fast stof, somhydrolyseres i vand, men har god opløselighed i organiske opløsningsmidler, såsom tert-butanol, THF.
Hvad er farerne ved kalium-tert-butoxid?
Faresætning(er) H228Brandfarligt fast stofH252 Selv-opvarmning i store mængder; kan gå i brand. H314 Forårsager svære forbrændinger af huden og øjenskader. Sikkerhedssætning(er) P210 Holdes væk fra varme/gnister/åben ild/varme overflader. - Rygning forbudt.
Populære tags: kalium tert-butoxidopløsning cas 865-47-4, leverandører, producenter, fabrik, engros, køb, pris, bulk, til salg