Ưu điểm của phản ứng xúc tác nước trong tổng hợp THFDM

Nước là dung môi phổ biến trên trái đất, không độc hại và không gây ô nhiễm. Nó tốt hơn các dung môi hữu cơ truyền thống về tính thân thiện với môi trường. trong THFDM Trong quá trình tổng hợp, dung môi hữu cơ truyền thống không chỉ dễ bay hơi, có độc tính cao mà còn có hại cho môi trường và người vận hành. Nước làm dung môi không gây ra những vấn đề này. Việc sử dụng hệ thống xúc tác nước có thể làm giảm đáng kể sự phát thải các dung môi có hại và giảm nguy cơ ô nhiễm không khí và nước.
Cải thiện tốc độ phản ứng và độ chọn lọc
Hiệu ứng hòa tan trong hệ xúc tác nước giúp tăng tốc độ phản ứng. Do tính phân cực và liên kết hydro mạnh, nước có thể ổn định các trạng thái trung gian hoặc chuyển tiếp, từ đó thúc đẩy phản ứng. Ví dụ, trong quá trình hydro hóa furfural để tạo ra THFDM, tính phân cực của nước có thể làm tăng tốc độ phản ứng hydro hóa carbonyl và olefin. Đặc biệt thông qua chất xúc tác hai chức năng, sự có mặt của nước giúp tăng cường cung cấp proton, từ đó thúc đẩy quá trình khử và tăng hiệu quả hình thành vòng THF.
Độ phân cực cao và liên kết hydro của nước cũng có thể ảnh hưởng đến trung tâm hoạt động của chất xúc tác và làm tăng khả năng hấp phụ của chất nền trên bề mặt chất xúc tác. Ví dụ, khi có chất xúc tác gốc niken hoặc đồng, nước có thể giúp kích hoạt các phân tử cơ chất, giúp các nguyên liệu thô dựa trên sinh khối như rượu furfural hoặc rượu furfuryl tương tác với chất xúc tác dễ dàng hơn, do đó làm tăng tính chọn lọc của phản ứng. Xúc tác pha nước đôi khi có thể làm giảm đáng kể sự xuất hiện của các phản ứng phụ, chẳng hạn như phản ứng khử quá mức hoặc phản ứng phân hủy không cần thiết, do đó làm tăng hiệu suất sản phẩm mục tiêu THFDM.
Giảm tiêu thụ năng lượng
Nhiệt dung riêng cao và độ dẫn nhiệt của nước làm cho nó trở thành môi trường phản ứng tốt, có khả năng cung cấp đủ năng lượng để duy trì các phản ứng ở nhiệt độ thấp. So với nhiều hệ dung môi hữu cơ truyền thống đòi hỏi nhiệt độ và áp suất cao, phản ứng pha nước thường được thực hiện trong điều kiện ôn hòa hơn, giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng bên ngoài và do đó giảm tiêu thụ năng lượng. Đặc điểm giảm nhu cầu năng lượng này không chỉ tuân thủ các nguyên tắc hóa học xanh mà còn giảm chi phí phản ứng, điều này có thể cải thiện đáng kể lợi ích kinh tế, đặc biệt là trong tổng hợp công nghiệp quy mô lớn.