طرق تحضير حمض التيرفثاليك

حمض التريفثاليك (TPA) هو مركب عضوي حيوي يستخدم في المقام الأول في إنتاج البوليسترات ، مثل البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) ، والذي يستخدم في المنسوجات والبلاستيك والتعبئة. فهم مختلفطرق تحضير حمض التيرفثاليكيعد ضروريًا للصناعات التي تهدف إلى تحسين عمليات الإنتاج وتحسين جودة الإنتاجية. سوف تتعمق هذه المقالة في الطرق الأكثر شيوعًا لإعداد حمض التيرفثاليك ، وتسليط الضوء على مبادئها ومزاياها وقيودها.

1. أكسدة الزيلين: الطريقة الأكثر شيوعًا

الطريقة الصناعية السائدة لتحضير حمض التيرفثاليك تنطوي على الأكسدة الحفازة للزيلين. تتم هذه العملية في وجود نظام محفز الكوبالت والمنغنيز والبرومين (Co-Mn-Br) في حمض الخليك كمذيب. يتم إدخال الهواء كعامل مؤكسد ، ويتم التفاعل تحت ظروف درجة حرارة وضغط مرتفعة.

• آلية: يتم تحويل p-xylene إلى حمض التيرفثاليك من خلال سلسلة من مراحل الأكسدة الوسيطة ، بما في ذلك تشكيل حمض p-toluic و 4-carboxybenzaldehyde (4-cba). يتم تنفيذ التفاعل عادة في مفاعلات مصممة للتعامل مع الضغوط العالية ودرجات الحرارة ، حوالي 180-230 درجة مئوية و 15-30 بار ، لتحقيق تحويل فعال.
• المزاياتوفر هذه الطريقة إنتاجية عالية من حمض التريفثاليك بدرجة نقاء عالية ، وهو أمر حاسم لمزيد من البلمرة في الحيوانات الأليفة. يعزز النظام الحفاز المشترك-Mn-Br معدل التفاعل ، مما يجعل العملية قابلة للتطبيق اقتصاديًا للإنتاج على نطاق واسع.
• القيودالعيب الرئيسي لهذه العملية هو إنتاج النفايات الثانوية ، بما في ذلك كميات صغيرة من 4-كبا ، والتي يمكن أن تؤثر على نقاء TPA. بالإضافة إلى ذلك ، يشكل استخدام حمض الأسيتيك تحديات بيئية وتآكل ، مما يتطلب استراتيجيات فعالة لإدارة النفايات وصيانة المعدات.

2-تحلل الأمونيا لحمض البوتوليك: نهج بديل

طريقة أخرى لتحضير حمض التريفثاليك هي تحلل الأمونيا لحمض التولويك ، والذي ينطوي على تفاعل حمض التولويك مع الأمونيا. يشكل هذا التفاعل وسيطًا يسمى تيريفثالاميد ، والذي يتم بعد ذلك تحلله لإنتاج حمض التيرفثاليك.

• آليةيبدأ التفاعل بتحويل حمض p-toluic إلى تيريفثالاميد عن طريق التفاعل مع الأمونيا في درجات حرارة مرتفعة. ثم يتعرض تيريفثالاميد المتكوّن للتحلل المائي ، باستخدام إما وسط حمضي أو أساسي ، لإنتاج حمض التريفثاليك.
• المزاياتوفر هذه الطريقة طريقًا من المحتمل أن يستخدم الموارد المتجددة كمواد وسيطة ، مما يقلل من الاعتماد على كلوريد البولي زيلين البترولي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يسمح بظروف رد فعل أكثر سيطرة ويمكن تكييفها لمقاييس إنتاج محددة.
• القيودومع ذلك ، فإن طريقة تحلل الأمونيوم أقل استخدامًا في التطبيقات واسعة النطاق نظرًا لكفاءتها الكلية المنخفضة وتكاليفها المرتفعة مقارنة بأكسدة الزيلين. تعتبر العملية أكثر ملاءمة للتطبيقات الصغيرة الحجم أو المتخصصة حيث يتم إعطاء الأولوية لمرونة المواد الأولية على الكفاءة الاقتصادية.

3. الهدرجة الحفزية لثنائي ميثيل تيريفثالات (DMT)

الهدرجة الحفازة لثنائي ميثيل تيريفثالات (DMT) هي طريقة أخرى تستخدم لتحضير حمض التيرفثاليك ، على الرغم من أنها أقل شيوعًا. يخضع DMT ، وهو مشتق استر من حمض التيرفثاليك ، للهيدروجين ، الذي ينتج حمض التريفثاليك مع الميثانول كمنتج ثانوي.

• آليةيحدث هذا التفاعل تحت غاز الهيدروجين عالي الضغط مع محفز ، مثل البلاديوم على الكربون (Pd/C). يمكن استعادة الميثانول المنتج في العملية وإعادة استخدامه ، مما يجعل هذه الطريقة فعالة نسبيًا من حيث استخدام الموارد.
• المزاياهذه الطريقة مفيدة بشكل خاص في المناطق التي تتوفر فيها DMT بسهولة أكبر أو حيث يمكن تنفيذ عملية حلقة مغلقة لاسترداد الميثانول. يوفر مسار تفاعل أنظف مع عدد أقل من الشوائب.
• القيودعلى الرغم من مزاياه ، فإن طريقة تحضير حمض التيرفثاليك هذه ليست مفضلة عمومًا للإنتاج الضخم بسبب الحاجة إلى محفزات باهظة الثمن ومعدات هدرجة عالية الضغط. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب التفاعل تحكمًا دقيقًا لتجنب ردود الفعل الجانبية غير المرغوب فيها ، مما يضيف تعقيدًا إلى العملية.

4. طرق الكيمياء الخضراء الناشئة

مع تزايد المخاوف البيئية ، كان البحث في طرق أكثر استدامة لإعداد حمض التيرفثاليك هو التركيز الرئيسي. أحد هذه النهج هو استخدام الكتلة الحيوية المتجددة كمادة البداية. عن طريق تحويل الفورانات المشتقة من الكتلة الحيوية ، مثل حمض 2 ، 5-فوراندكاربوكسيليك (FDCA) ، يمكن للباحثين توليف TPA الحيوي.

• آلية: ينطوي هذا عادة على تحويل FDCA من خلال تفاعلات حفازة تحاكي التوليف التقليدي TPA ولكن مع بصمة كربون أقل. التقدم في التحفيز واختيار المذيبات يجعل هذا المسار أكثر قابلية للتطبيق.
• المزاياتوفر هذه الطريقة فوائد بيئية كبيرة ، بما في ذلك تقليل انبعاثات غازات الدفيئة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري غير المتجدد. كما أنه يدعم مفهوم الاقتصاد الدائري في الصناعة الكيميائية.
• القيودلا تزال التكنولوجيا في مراحل البحث والاختيار ولم تصل بعد إلى مستويات الكفاءة المطلوبة للإنتاج على نطاق واسع. تشمل التحديات تحسين أنظمة المحفز وتقليل تكلفة المواد الأولية المتجددة.

خاتمة

وفي الختام ، فإنطرق تحضير حمض التيرفثاليكتختلف من حيث الكفاءة والتكلفة والأثر البيئي. لا تزال الأكسدة الحفزية للزيلين هي الطريقة الصناعية السائدة بسبب عائدها وكفاءتها العالية ، على الرغم من التحديات المتعلقة بإدارة المنتج الثانوي. توفر بدائل مثل تحلل الأمونيا لحمض p-toluic وهيدرجة DMT مزيدًا من المرونة ولكنها أقل استخدامًا بسبب ارتفاع التكاليف والتعقيد. إن مقاربات الكيمياء الخضراء الناشئة تبشر بمستقبل أكثر استدامة ولكنها تتطلب المزيد من التطوير. فهم هذه الأساليب أمر بالغ الأهمية للصناعات التي تهدف إلى تحسين عمليات الإنتاج الخاصة بها مع الموازنة بين الاعتبارات الاقتصادية والبيئية.