Раствор трет-бутоксида калияпредставляет собой органическое соединение с молекулярной формулой C4H9OK, CAS 865-47-4. Это важное органическое основание, более щелочное, чем гидроксид калия. Благодаря индукционному эффекту (СН3)3СО – триметила он обладает более сильной щелочностью и активностью, чем другие калийные спирты, поэтому является хорошим катализатором. Кроме того, как сильное основание трет-бутанол калия широко используется в органическом синтезе в химической промышленности, медицине, пестицидах и т. д., например, в переэтерификации, конденсации, перегруппировке, полимеризации, раскрытии кольца и производстве ортоэфиров тяжелых металлов.
|
Химическая формула |
C4H9KO |
|
Точная масса |
112 |
|
Молекулярный вес |
112 |
|
m/z |
112 (100.0%), 114 (7.2%), 113 (4.3%) |
|
Элементный анализ |
C, 42.81; H, 8.08; K, 34.84; O, 14.26 |
|
|
|
Трет-бутоксид калия (химическая формула: C ₄ H ₉ KO, номер CAS: 865-47-4) является важным органическим основанием. Три метильные группы трет-бутоксида (- OC (CH3) ∝) в его молекулярной структуре значительно повышают его щелочность и реакционную способность за счет индукционных эффектов, что делает его незаменимым катализатором и реакционным реагентом в области химической технологии, медицины, пестицидов и т. д.
Основные приложения в области органического синтеза
1. Катализатор реакции конденсации.
Раствор трет-бутоксида калияявляется эффективным катализатором классических реакций, таких как конденсация Дарценса и конденсация Штоббе. Например, в реакции Дарценса он может катализировать образование сложных эфиров эпоксидных смол из альдегидов и альфа-галогенированных эфиров с выходом более 85%.
Эта реакция является решающим шагом в синтезе натуральных продуктов, таких как витамин А и гормоны коры надпочечников. Кроме того, при конденсации Стоббе трет-бутоксид калия может способствовать конденсации диэтилсукцината с альдегидами, образуя ненасыщенные эфирные соединения для синтеза ароматизаторов и фармацевтических промежуточных продуктов.
2. Инициатор реакции перегруппировки.
В реакции перегруппировки пинакола трет-бутоксид калия запускает перегруппировку карбокатионов, захватывая гидроксильный протон соседних диолов, что приводит к образованию альдегидов или кетонов. Например, используя пинальный спирт в качестве сырья, можно эффективно синтезировать пиналь-кетон с выходом более 90% при катализе трет-бутоксида калия.
Эта реакция имеет важное значение для общего синтеза натуральных продуктов, таких как построение боковых цепей паклитаксела.
3. Промотор реакции раскрытия кольца.
В реакции раскрытия кольца эпоксидных соединений трет-бутоксид калия может избирательно атаковать неосновные точки замещения эпоксидного кольца, образуя продукты раскрытия транс-кольца. Например, используя в качестве сырья производные этиленоксида, можно синтезировать - гидроксиэфирные соединения при катализе трет-бутоксида калия, которые используются в качестве промежуточных продуктов для синтеза нестероидного противовоспалительного препарата ибупрофена.
4. Инициатор агрегации
Трет-бутоксид калия является классическим инициатором анионной полимеризации, особенно подходящим для синтеза полиолефинов. В растворе ТГФ он может инициировать полимеризацию изопрена с образованием цис-1,4-полиизопрена (основного компонента натурального каучука). Кроме того, при метатезисной полимеризации с раскрытием цикла (ROMP) комбинация трет-бутоксида калия и карбенового комплекса рутения может эффективно синтезировать циклические олефиновые полимеры для получения высокоэффективных эластомеров.
Ключевое сырье для фармацевтической и пестицидной промышленности.
1. Синтез промежуточных лекарственных препаратов
Трет-бутоксид калия играет важную роль в синтезе антибиотиков. Например, при модификации боковой цепи цефалоспориновых антибиотиков он может катализировать реакции переэтерификации, вводить защитные или функциональные группы и повышать стабильность лекарства. Кроме того, при синтезе противоопухолевого препарата паклитаксела трет-бутоксид калия катализирует реакцию конденсации ключевых промежуточных продуктов, увеличивая общий выход более чем на 35%.
2. Приготовление активных ингредиентов пестицидов.
При синтезе пиретроидных пестицидов, таких как циперметрин, трет-бутоксид калия действует как основной катализатор, стимулируя реакции переэтерификации и циклизации, образуя сложные эфиры циклопропанкарбоновой кислоты с инсектицидной активностью.
Его каталитическая эффективность значительно выше, чем у гидроксида калия: время реакции сокращается на 50 %, а количество побочных-продуктов — на 30 %.
3. Хиральный синтез лекарств.
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%) для синтеза хиральных препаратов, таких как блокатор рецепторов - пропранолол.
В области новых материалов и специальной химии
1. Синтез жидкокристаллических материалов.
Раствор трет-бутоксида калияявляется важным реагентом для синтеза жидкокристаллических мономеров. Например, при получении жидких кристаллов на основе фторированного циклогексана они могут катализировать реакцию дегидрогалогенирования с образованием жидкокристаллических мономеров высокой-чистоты, которые используются в качестве выравнивающих пленочных материалов для TFT-ЖК-дисплеев. Условия реакции мягкие (можно проводить при комнатной температуре), а селективность достигает 99%.2. Приготовление электронных химикатов
В производстве полупроводников трет-бутоксид калия используется для очистки металлических примесей на поверхности кремниевых пластин. Его сильная щелочность может растворять оксиды металлов, таких как алюминий и медь, а стерические препятствия трет-бутила подавляют коррозию кремниевых подложек.
Эксперименты показали, что трет-бутоксид калия с концентрацией 0,1 моль/л имеет скорость коррозии кремниевых пластин менее 0,1 нм/мин, что соответствует требованиям современных процессов.
3. Модификация биоразлагаемых материалов.
Трет-бутоксид калия может катализировать реакцию удлинения цепи полимолочной кислоты (PLA) и повышать термическую стабильность материала за счет введения групп трет-бутилового эфира. Например, при 180 градусах он может увеличить молекулярную массу PLA с 100 000 до 500 000, а температуру плавления со 170 до 220 градусов, что делает его подходящим для таких областей, как расходные материалы для 3D-печати и медицинские шовные материалы.
В целом существует два основных производственных процесса дляраствор трет-бутоксида калия, один - металлический процесс, другой - щелочной.
Получение твердого алкоголята калия: его в основном получают из жидкого алкоголята калия путем выпаривания, концентрирования и сушки.
1. Металлический метод:
Добавьте металлический калий во вновь испаренный трет-бутиловый спирт в атмосфере азота, верните в калий для полного растворения, поддерживайте температуру в течение 1 часа, выпарите избыток трет-бутилового спирта и высушите оставшееся белое твердое вещество при вакуумной декомпрессии при 180–190 градусах на масляной бане в течение более 10 часов, чтобы получить кристаллический порошок трет-бутилового спирта калия, который необходимо хранить и использовать в атмосфере азота и который не может соприкасаться с воздухом и водой, в противном случае он станет розовым. и выход составляет более 99% в пересчете на калий.
Недостатками этого метода являются:
Во-первых, металлический калий необходимо защитить азотом, когда его разрезают на куски;
Во-вторых, время контакта металлического калия с воздухом увеличивается, и металлический калий окисляется;
В-третьих, таблетки калия легко собирать, что уменьшает площадь реакционного контакта и увеличивает нагрузку на перемешивающий реактор.
В 2002 году Лю Юй предложил новый процесс синтеза трет-бутилового спирта калия металлическим методом. В качестве растворителя реакционной системы использовали о-ксилол. Температура кипения о-ксилола составляет 114 градусов, а металлический калий в растворителе может находиться в расплавленном состоянии (т.е. калиевый песок). Не обязательно резать калий на листы, калиевый блок можно сразу поставить в реактор. Более того, площадь контакта реакции увеличивается, что способствует протеканию реакции.
Кроме того, добавление трет-бутилового спирта позволяет эффективно контролировать реакцию. Этот метод устраняет недостатки общего производственного процесса, имеет высокую работоспособность в промышленности и способствует безопасному производству. Полученный твердый трет-бутиловый спирт калия имеет высокое содержание и низкое содержание свободной щелочи, что имеет очевидную экономическую и социальную выгоду.
Керстин Ширле Арндт и др. предложили метод получения алкоксида калия щелочного металла путем реакции щелочного металла (щелочноземельного металла) со спиртом в своем патенте в 2002 году. Этот метод использует различную растворимость алкоксида щелочного металла и алкоксида щелочноземельного металла в спирте для очистки продукта, но обратите внимание на то, чтобы реагентного спирта добавлялось слишком много, иначе он образует большую смесь, что повлияет на чистоту продукта.
Достоинствами металлического метода являются: высокое содержание трет-бутоксида калия и низкое содержание свободной щелочи. Трет-бутиловый спирт калия, полученный металлическим методом, обладает лучшей каталитической активностью. Недостатки: существуют серьезные проблемы, такие как низкая безопасность и возможность взрыва при производстве. Из-за высокой цены металлического калия, сложности транспортировки и хранения себестоимость продукции высока. Этот метод имеет тенденцию постепенно устраняться. Норма прибыли от инвестиций в метод металла ниже, чем средняя норма прибыли в тонкой химической промышленности, поэтому этот метод имеет определенные риски для рыночной конкурентоспособности.
2. Щелочной метод:
Его получают реакцией трет-бутилового спирта с гидроксидом калия.
Обычный процесс приготовления щелочи имеет следующие четыре основных недостатка: высокий расход пара; Поскольку трет-бутиловый спирт легко улетучивается, это приводит к относительно серьезному загрязнению воздуха; Поскольку реакция является сбалансированной обратимой реакцией, в жидкой фазе трет-бутилового спирта калия на дне башни неизбежно присутствует высокое содержание воды, что не отвечает требованиям использования тонких химикатов в медицине и других отраслях промышленности; Сточные воды содержат часть трет-бутилового спирта, который требует дополнительной очистки перед сбросом в окружающую среду, что увеличивает стоимость последующей-очистки.
Способ получения трет-бутанола калия азеотропной реактивной перегонкой был предложен Ван Хуаолем, Го Гуанъюанем и другими. Азеотропные агенты (такие как циклогексан) использовались для удаления воды, образующейся в реакции, так что баланс сместился вправо. В процессе реакции реакционный материал образует тонкую жидкую пленку в реакционной башне.
Реакция происходит только на границе раздела газ-жидкость. Вода, образующаяся в результате реакции, со временем переводится в газовую фазу и, наконец, покидает реакционную систему в виде азеотропа. Требуется, чтобы внутренние части реакционной башни были заполнены наполнителями с большой удельной поверхностью, чтобы можно было плавно удалить воду из реагента для получения трет-бутоксида калия.
Получение трет-бутоксида калия щелочным методом имеет очевидные технические, экономические и безопасные преимущества перед металлическим методом. Однако полностью удалить воду, образующуюся в результате реакции, невозможно. Кроме того, трет-бутанол калия более щелочной, чем гидроксид калия. Трет-бутанол калия гидролизуется при контакте с водой, поэтому в трет-бутаноле калия присутствуют примеси гидроксида калия. В реакции фармацевтического синтеза примесь гидроксида калия часто оказывает побочный эффект, который может разлагать реагенты или продукты. Поэтому содержание гидроксида калия в трет-бутоксиде калия следует контролировать в очень низких пределах.
Процесс получения трет-бутоксида калия щелочным методом прост, удобен в эксплуатации и требует меньше инвестиций в оборудование. Однако содержание воды в трет-бутоксиде калия, полученном этим способом, велико, и побочные продукты трудно удалить, что влияет на качество продукта.
Химическая реакцияраствор трет-бутоксида калия:
В процессе получения трет-бутоксида калия традиционным металлическим методом образуется водород, что имеет проблемы с безопасностью. Тан Шучэн и Дуань Чжэнкан в 2004 году предложили новый процесс синтеза алкоксида калия, то есть реакцию спирта с аминосоединением щелочного металла с получением алкоксида калия.
При получении калиевого трет-бутилового спирта R в уравнении представляет собой третичный бутил. Тан Шучэн и Дуань Чжэнкан представили метод получения алкоксида щелочного металла с использованием толуола или гептана в качестве растворителя реакционной системы и реакции спирта с аминосоединением щелочного металла.
В этом методе в качестве реагентов используются аминосоединения щелочного металла вместо самого щелочного металла, так что выделяющийся в результате реакции газ представляет собой аммиак, а не водород, что имеет высокую эффективность в промышленности и способствует безопасному производству. Он характеризуется менее суровыми условиями реакции, меньшим риском в производственном процессе, особенно простым процессом последующей-обработки продукта, который значительно сокращает время высыхания реакционной среды и продуктов реакции, а чистота и выход продукта являются идеальными.
Однако амины металлов дороги, а амины калия по-прежнему загрязняют окружающую среду, поэтому этот метод пригоден только для лабораторного приготовления.
В 1962 году Уильям Х. Шехтер и др. предложили метод получения трет-бутоксида калия путем взаимодействия трет-бутилкарбоната калия с гидроксидом бария, то есть оксиды щелочноземельных металлов реагируют с алкилкарбонатами щелочных металлов с образованием алкоксидов щелочных металлов.
Лучше нагреть реакцию до 50–150 градусов, чтобы увеличить скорость реакции. Поместите трет-бутилкарбонат калия и оксид бария в трет-бутиловый спирт, нагрейте их до температуры кипения трет-бутилового спирта и кипятите с обратным холодильником для реакции в течение восьми часов. После реакции отфильтруйте раствор, чтобы удалить побочный продукт, карбонат бария, а затем перегоните часть, растворенную в трет-бутиловом спирте, чтобы удалить растворитель.
Преимущество этого метода заключается в том, что побочный продукт-нерастворим в трет-бутиловом спирте и легко отделяется, а затем раствор продукта перегоняется с получением твердого калиевого трет-бутилового спирта высокой чистоты. Недостаток заключается в том, что полученный карбонат бария нельзя использовать повторно, что приводит к образованию отходов, и он не пригоден для крупномасштабного-производства.
Дональд Дж. Лодер, Дональд Д. Ли и другие в 1942 году изобрели метод получения алкоксида щелочного металла путем взаимодействия спирта с солью щелочного металла слабой кислоты. Растворите соль щелочного металла слабой кислоты в спирте до получения насыщенного раствора. Когда для системы, в которой протекает реакция, в основном устанавливается равновесие твердого тела-жидкости, реакция практически прекращается. Отфильтруйте нерастворимую соль щелочного металла из полученного раствора смеси и регенерируйте соль щелочного металла:
В этом реакционном процессе относительная растворимость образующегося бикарбоната калия невелика, и его можно легко отделить от трет-бутилового спирта; Растворимость полученного трет-бутилового спирта калия в трет-бутиловом спирте относительно высока, поэтому можно приготовить соответствующий раствор трет-бутилового спирта калия.
Недостатком этого метода является то, что реакция не является полной и трудно отделить образующийся трет-бутоксид калия от карбоната и бикарбоната калия.
Способ получения алкоголята калия с использованием амальгамы калия вместо металлического калия. Амальгама калия реагирует с трет-бутиловым спиртом с образованием трет-бутилового спирта калия, ртути без щелочного металла и выделяется водород.
Адольф Гербер, Отто Лешхорн и др. в 1956 году изобрел улучшенный жидкофазный процесс. С помощью простого и дешевого устройства амальгама спирта и калия практически полностью прореагировала с получением трет-бутоксида ртути и калия без калия при определенных условиях.
Высокодисперсная амальгама самотеком поступает в верхнюю часть реакционного аппарата с катализатором, противотоком реагирует со спиртом и образует амальгаму без щелочного металла. Размер катализатора составляет 2–3 мм. Используйте сопло для введения амальгамы в реакционное устройство, введите слой, содержащий катализатор, используйте боковые линии для циркуляции спиртового раствора полученного алкоксида, смешайте со свежим спиртом и направьте противоток с амальгамой вверх из реактора. Это не только улучшит условия реакции, но и увеличит концентрацию алкоксида в растворе продукта. Однако этот метод не подходит для промышленного производства из-за больших энергозатрат и высокой стоимости.
Например, чтобы получить трет-бутоксид калия из метилата калия, сначала приготовьте метанольный раствор метилата калия, а затем приготовьте трет-бутоксид калия из метилата калия.
Арнольд Ленц, Карл Хасс и др. в 1968 году предположил, что алкоксиды щелочных металлов низкоуглеродных спиртов реагируют с многоуглеродными спиртами с образованием алкоксидов щелочных металлов многоуглеродных спиртов.
Усовершенствованный метод реакции обмена одноатомных спиртов использован для получения алкоксида щелочного металла многоуглеродного спирта.
R1 представляет собой низкоуглеродное основание, а R2 представляет собой многоуглеродное основание. При получении трет-бутилового спирта калия R1 представляет собой метил, а R2 представляет собой трет-бутил.
Реакцию обмена спиртов между низшими спиртами щелочных металлов и полиспиртами проводят с использованием паров спиртов высших спиртов в качестве среды реакции обмена. После реакции остаточные низшие спирты в продукте удаляют перегонкой.
раствор трет-бутоксида калияПолученные этим методом данные имеют высокое содержание и могут использоваться в высокотехнологичных и-областях высоких технологий. Небольшое количество содержащихся в них примесей представляет собой метоксид калия. По свойствам и функциям он очень похож на трет-бутоксид калия. При использовании в качестве катализатора в медицине, пестицидах и других областях метоксид калия может играть ту же роль, что и трет-бутоксид калия. Однако трет-бутоксид калия, полученный металлическим методом, щелочным методом и другими методами, содержит примеси гидроксида калия, который часто играет побочный эффект в реакции фармацевтического синтеза, разлагая жир в реагентах или продуктах. Кроме того, этим методом можно полностью реализовать промышленное производство. Приготовление метилата калия и трет-бутанола калия осуществляют одновременно. Во время этого процесса пары метанола и пара третичного бутанола перерабатываются для экономии затрат. Продукт, полученный методом, имеет высокую чистоту, низкую стоимость и простоту эксплуатации.
Размер рынка и тенденция роста
Объем мирового рынка оценивается в 200 миллионов долларов США в 2024 году и, по прогнозам, достигнет 350 миллионов долларов США к 2033 году, при этом среднегодовой темп роста составит примерно 6,5% в период с 2026 по 2033 год. Азиатско-Тихоокеанский регион (особенно Китай) является основным двигателем роста. Ожидается, что внутренний спрос в Китае будет расти на 9–11% в год, а общий объем потребления достигнет 63 000 тонн к 2030 году. Ключевыми драйверами роста становятся электронные химикаты и новые энергетические материалы.
Ключевые возможности роста
Зеленая химия и катализ без переходных металлов
Будучи сильным основанием, не содержащим переходных металлов, он способствует экологизации реакций, таких как добавки Дарценса и Михаэля, обеспечивая высокоселективный синтез АФИ и агрохимических промежуточных продуктов. Новые пути синтеза, включая свободное соединение металлов и свободнорадикальные реакции, расширяют его применение в конструировании гетероциклов и синтезе хиральных центров, что соответствует целям углеродной нейтральности и требованиям атомной экономики.
Расширение новых областей применения
При электрохимическом хранении энергии он служит добавкой к электролиту для литий-ионных батарей и суперконденсаторов, регулируя свойства интерфейса и улучшая ионную проводимость и стабильность цикла. В функциональных материалах он применяется при синтезе проводящих полимеров, MOF/COF и производстве полупроводниковых электронных химикатов, что открывает значительные возможности для внутренней замены.
Модернизация технологических процессов
Технологии реакционной дистилляции и непрерывного производства заменяют традиционные периодические процессы, повышая чистоту (электронная степень выше или равна 99,99%), снижая потребление энергии и содержание примесей. Оптимизация экологически чистых растворителей и технологий безводной бескислородной упаковки обеспечивает безопасность, защиту окружающей среды и высокую эффективность производства.
Часто задаваемые вопросы
Для чего используется трет-бутоксид калия?
Трет-бутоксид калия широко используется в исследованиях, посвященных:Органический синтез: служит сильным основанием в различных органических реакциях, способствуя депротонированию слабых кислот и образованию углерод-углеродных связей. Это особенно ценно при синтезе сложных органических молекул.
Как получить трет-бутоксид калия?
Бутоксид по реакции водного раствора едкого поташа с трет. бутилового спирта в насадочной ректификационной колонне, удаление воды перегонкой с использованием реагента и удаление спиртовых растворов калия трет.
Растворим ли трет-бутоксид калия в воде?
Т-бутоксид калия представляет собой бесцветное твердое вещество, котороегидролизуется в воде, но имеет хорошую растворимость в органических растворителях, таких как трет-бутанол, ТГФ.
Какую опасность представляет трет-бутоксид калия?
Краткая характеристика опасности H228Легковоспламеняющееся твердое веществоH252 Самонагревание-в больших количествах; может загореться. H314 Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз. Меры предосторожности P210 Беречь от источников тепла, искр, открытого огня и горячих поверхностей.. - Курить запрещено.
горячая этикетка : Раствор трет-бутоксида калия cas 865-47-4, поставщики, производители, завод, опт, купить, цена, оптом, продажа