طرق إعداد ميثاكريلات الميثيل

ميثاكريلات الميثيل (MMA) هو مونومر حاسم يستخدم في إنتاج ميثاكريلات بولي ميثيل (PMMA) ، بلاستيك شفاف ومتين. لديها تطبيقات واسعة النطاق في مختلف الصناعات ، من مكونات السيارات إلى الأجهزة الطبية والدهانات. فهم الـطرق إعداد ميثاكريلات الميثيلوهو أمر حيوي للصناعات التي تهدف إلى تحسين كفاءة الإنتاج وتخفيض التكاليف وضمان الاستدامة البيئية.

1. عملية الأسيتون سيانوهيدرين (أتش)

الـعملية سيانوهيدرين الأسيتون (أتش)هي واحدة من أكثر الطرق المستخدمة على نطاق واسع للإنتاج الصناعي لميثاكريلات الميثيل. تتضمن هذه الطريقة تفاعل الأسيتون مع سيانيد الهيدروجين لإنتاج سيانويد الأسيتون ، الذي يتم تحلله بعد ذلك لتشكيل ميثاكريلاميد. يتم بعد ذلك استيريميد الميثاكريلاميد مع الميثانول لإنتاج MMA.

الخطوات الرئيسية:

• تشكيل الأسيتون سيانوهيدرين:يتفاعل الأسيتون مع سيانيد الهيدروجين (HCN) في وجود قاعدة.

  [ \ النص {(الفصل}3)2 \ text{CO} \ text{HCN} → \ text{(CH}3)2 \ text{C(OH)CN} ]

• التحلل المائي للأسيتون سيانوهيدرين:يخضع السيانوهيدرين للتحلل المائي لتشكيل الميثاكريلاميد.

  [ \ النص {(الفصل}3)2 \ text{C(OH)CN} → \ text{CH}2 = ج (ش}3)\ text{CONH}_ 2 ]

• الأسترة:ميثاكريلاميد يستخلص مع الميثانول ، مما ينتج ميثاكريلات الميثيل.

  [ \ نص {CH}2 = ج (ش}3)\ text{CONH}2 \ text{CH}3 \ text{OH} → \ text{CH}2 = ج (ش}3)\ text{COOCH}_ 3 ]

الـعملية تشكفاءة عالية ومناسبة تماما للإنتاج على نطاق واسع. ومع ذلك ، فإنه يولد منتجات ثانوية خطرة مثل الأمونيا وسيانيد الهيدروجين ، مما يثير مخاوف بيئية وسلامة.

2. عملية أكسدة الأيزوبيوتيلين (C4)

طريقة أخرى شعبية لإعداد ميثيل ميثاكريليتينطوي علىأكسدة الأيزوبوتيلين. تقوم هذه الطريقة بتحويل الأيزوبوتيلين إلى ميثاكرولين (MAL) من خلال تفاعل أكسدة انتقائي. ثم يتأكسد الميثاكرولين بعد ذلك إلى حمض الميثاكريلك (MAA) ، الذي يتم استيرته مع الميثانول لإنتاج MMA.

الخطوات الرئيسية:

• أكسدة الأيزوبوتيلين إلى الميثاكريولين:يتفاعل الإيسوبوتيلين مع الأكسجين في وجود محفز لتشكيل الميثاكريولين.

  [ \ نص {CH}2 = ج (ش}3)\ text{H} \ text{O}2 → \ text{CH}2 = C(CH}_ 3)\ text{CHO} ]

• أكسدة الميثاكرولين إلى حمض الميثاكريلك:يخضع الميثاكرولين لمزيد من الأكسدة لحمض الميثاكريلك.

  [ \ نص {CH}2 = ج (ش}3)\ text{CHO} \ text{O}2 → \ text{CH}2 = C(CH}_ 3)\ text{COOH} ]

• الاسترات مع الميثانول:أخيرًا ، يتفاعل حمض الميثاكريليك مع الميثانول لإنتاج MMA.

  [ \ نص {CH}2 = ج (ش}3)\ text{COOH} \ text{CH}3 \ text{OH} → \ text{CH}2 = ج (ش}3)\ text{COOCH}3 ]

تتجنب هذه العملية استخدام المواد السامة مثل سيانيد الهيدروجين ، مما يجعله أكثر ملاءمة للبيئة مقارنة بطريقة الأش. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام عملية أكسدة الأيزوبوتيلين بشكل شائع بسبب عائدها العالي وتأثيرها البيئي المنخفض.

3-العمليات القائمة على الإيثيلين (عملية ألفا)

نهج أكثر حداثةإعداد ميثيل ميثاكريليتهو الـعملية ألفا، والتي تستخدم الإيثيلين كمادة البداية. يتفاعل الإيثيلين مع أول أكسيد الكربون والميثانول في وجود محفز البلاديوم لإنتاج MMA مباشرة. تتجاوز هذه العملية تشكيل المركبات الوسيطة مثل الميثاكرولاين وحمض الميثاكريلك ، مما يقلل من عدد الخطوات المعنية.

الخطوات الرئيسية:

• كربنة الإثيلين:يتفاعل الإيثيلين ، المشترك ، والميثانول مع محفز قائم على البلاديوم ، مما يشكل MMA في تفاعل من خطوة واحدة.

  [ \ نص {C}2 \ text{H}4 \ text{CO} \ text{CH}3 \ text{OH} → \ text{CH}2 = ج (ش}3)\ text{COOCH}3 ]

تعتبر عملية ألفا مفيدة بسبب بساطتها ، واقتصاد الذرة العالي ، وتقليل توليد النفايات. ومع ذلك ، فإنه يتطلب محفزات باهظة الثمن ويعمل تحت ضغط عالٍ ، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات الصناعية المتقدمة.

4-النُهج المستدامة القائمة على البيولوجيا

استجابة لزيادة المخاوف البيئية ،الطرق القائمة على البيولوجيالإنتاج ميثيل ميثاكريليت تكتسب الاهتمام. تستخدم هذه العمليات مواد خام متجددة ، مثل السكريات أو الكتلة الحيوية ، لتوليد MMA من خلال التخمير أو المسارات الأنزيمية. على سبيل المثال ، تستخدم بعض الطرق كائنات دقيقة معدلة وراثياً لإنتاج حمض الميثاكريليك من الكتلة الحيوية ، والتي يتم بعد ذلك استيرتها مع الميثانول لإنتاج حمض الميثاكريلك.

على الرغم من أن المقاربات الحيوية لا تزال في مرحلة التطوير ، إلا أنها تبشر بالحد من بصمة الكربون المرتبطة بإنتاج MMA. ويبقى التحدي هو توسيع نطاق هذه العمليات إلى المستويات الصناعية مع الحفاظ على كفاءة التكلفة.

خاتمة

الـطرق إعداد ميثاكريلات الميثيلتختلف على نطاق واسع ، ولكل منها مجموعة من المزايا والتحديات. الطرق التقليدية مثل عملية سيانوهيدرين الأسيتون راسخة ولكنها تأتي مع مخاوف بيئية. توفر عملية أكسدة الأيزوبيوتيلين بديلاً أكثر خضرة ، في حين أن الأساليب الأحدث مثل عملية ألفا والنُهج القائمة على الأحياء تقود الطريق نحو إنتاج أكثر استدامة. مع استمرار إعطاء الأولوية للصناعات للمسؤولية البيئية ، من المرجح أن تركز الابتكارات المستقبلية في إنتاج MMA على تحسين هذه العمليات لزيادة الكفاءة والاستدامة.