Изучение процесса разделения и очистки промышленной смеси пространственных и структурных изомеров перфторированных циклоалканов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-00791

НазваниеИзучение процесса разделения и очистки промышленной смеси пространственных и структурных изомеров перфторированных циклоалканов

Руководитель Лупачев Егор Владимирович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова Разделение изомеров, перфторциклоалканы, перфтордекалины, экстрактивная ректификация, азеотропная ректификация, кристаллизационное разделение, разделяющий агент

Код ГРНТИ61.13.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Химия и технология фторорганических соединений активно развивается в последние десятилетия. Фторсодержащие соединения обладают рядом уникальных свойств, что и определяет широкий спектр их практического применения. В частности, перфторуглероды, насыщенные углеродные цепи, в которых все атомы H заменены на F, не встречаются в живых системах, однако, используются в биоинженерии, для модификации биомолекул, в качестве перфузионной жидкости для переноса веществ через клеточную мембрану. Перфторированные группы применяют для очистки, в масс-спектрометрии и (19F) ЯМР исследованиях в сложных средах. Расширение области применения фторорганических соединений стимулирует исследования, направленные на разработку методов их синтеза и технологий выделения и очистки из реакционных смесей. Поставленная в проекте задача представляет собой комплексное изучение процесса разделения и очистки промышленной смеси близкокипящих пространственных (цис- и транс- изомеры перфтордекалина) и структурных (перфтор диэтил- и бутилциклогексан) изомерных продуктов процесса электрохимического фторирования декалина. Актуальность планируемых в настоящем проекте исследований обусловлена необходимостью обеспечения рынка перспективным сырьём для медицины и других областей. Перфтордекалин является компонентом кровезаменителей, как, например, отечественный кровезамещающий препарат Перфторан и зарубежный Флуосол, разработанный корпорацией "Зеленый крест" в 1980-х годах. Перфтордекалин рассматривается как кислородсодержащая среда для использования в жидкостном дыхании, в качестве газопереносящей среды, как инертный растворитель со специфическими свойствами для синтеза. Гомологи перфтордиэтил и бутилциклогексана используют в качестве мономера при производстве лиофобных полимерных пленок, индикаторов для оценки утечек CO2 в истощенном нефтяном пласте. Перфтор трет-бутилциклогексан выступает в качестве индикатора для клинического МРТ. Применение перфторированных органических соединений в медицине обуславливает жёсткие требования к чистоте полученных соединений. Однако, количество работ в области технологии разделения перфторированных циклических алканов значительно меньше числа исследований посвященных их синтезу и применению. В современной химической технологии важное место занимают дистилляционные методы разделения, которые основаны на перераспределении веществ между жидкостью и паром. При исследовании процессов разделения можно выделить два типа задач. Один из них связан с изучением процессов, протекающих в конкретных технологических аппаратах. При этом имеет существенное значение, например, вопрос об обеспечении в ректификационных колоннах наиболее эффективного использования различия в составах жидкости и пара. Необходимым в данном случае является исчерпывающая информация о фазовом равновесии разделяемой смеси. Трудности при разделении и очистке смеси перфторированных циклоалканов возникают из-за наличия изомеров с близкими физико-химическими свойствами. Для достижения необходимой чистоты продукта требуется большое число ступеней разделения, что приводит к росту габаритов разделительного обородования и повышенному энергопотреблению. Для интенсификации процессов разделения и очистки при производстве перфторированных циклических алканов в настоящем проекте предполагается изучение сложных физико-химических взаимодействий между компонентами раствора, исследование топологии концентрационного симплекса системы, а также направленный поиск разделяющих агентов и использование совокупности специальных методов – экстрактивной, азеотропной и гетероазеотропной ректификации в сочетании с кристаллизационными методами, что позволит снизить стоимость востребованных в медицине химических веществ. Данные, которые будут полученны в ходе реализации проекта, определяют практическую значимость настоящей работы и высокую степень ее научной новизны.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Полковниченко А.В., Лупачев Е.В., Кисель А.В., Квашнин С.Я., Кулов Н.Н. Perfluoro(7-methylbicyclo[4.3.0]nonane) and Perfluoro(butylcyclohexane): Physicochemical, Thermophysical, and Spectral Data Journal of Chemical and Engineering Data, V. 68, №3, P. 499–517 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.jced.2c00588

2. Полковниченко А.В., Лупачев Е.В., Кисель А.В., Квашнин С.Я., Кулов Н.Н. РАЗДЕЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ СМЕСИ ПРОДУКТОВ ФТОРИРОВАНИЯ ДЕКАЛИНА ИЛИ НАФТАЛИНА. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПЕРФТОР(7-МЕТИЛБИЦИКЛО[4.3.0]НОНАНА) ОТ БЛИЗКОКИПЯЩИХ ПРИМЕСЕЙ МЕТОДОМ ГЕТЕРОАЗЕОТРОПНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ Теоретические основы химической технологии, том 57, № 5, с. 495–506 (год публикации - 2023)
10.31857/S0040357123050172

3. Полковниченко А.В., Кулов Н.Н., Кисель А.В., Курицын Н.Н., Квашнин С.Я., Лупачев Е.В. РАЗДЕЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ СМЕСИ ПРОДУКТОВ ФТОРИРОВАНИЯ ДЕКАЛИНА ИЛИ НАФТАЛИНА. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ ЦИС- И ТРАНС-ПЕРФТОРДЕКАЛИНА И ПЕРФТОРБУТИЛЦИКЛОГЕКСАНА Теоретические основы химической технологии, том 57, № 6, с. 638–645 (год публикации - 2023)
10.31857/S0040357123060179

4. Лупачев Е.В., Вошкин А.А., Кисель А.В., Кулов Н.Н., Заходяева Ю.А., Полковниченко А.А. Separation of an Industrial Mixture of Decalin or Naphthalene Fluorination Products: Cis-Perfluorodecalin, Trans-Perfluorodecalin and Perfluoro(butylcyclohexane): Physicochemical, Thermophysical, and Spectral Data Processes, V. 11, №11, 3208 (год публикации - 2023)
10.3390/pr11113208

5. Полковниченко А.В., Лупачев Е.В., Кисель А.В., Квашнин С.Я., Кулов Н.Н. Perfluoro(7-methylbicyclo[4.3.0]nonane) Purification from Close-Boiling Impurities by Heteroazeotropic Distillation Method Engineering Proceedings, V. 37, № 1, 72 (год публикации - 2023)
10.3390/ECP2023-14621

6. Кисель А.В., Полковниченко А.В., Лупачев Е.В., Курицын Н.Н., Квашнин С.Я., Кулов Н.Н. The Process of Isolation, Using Crystallization of Cis- and Trans-Isomers, of Perfluorodecalines from an Industrial Mixture of Electrochemical Fluorination of Napthaline Engineering Proceedings, V. 37, № 1, 85 (год публикации - 2023)
10.3390/ECP2023-14640

7. Лупачев Е.В., Полковниченко А.В., Кулов Н.Н. ВЫДЕЛЕНИЕ БЛИЗКОКИПЯЩЕЙ ПРИМЕСИ, ПЕРФТОРБУТИЛЦИКЛОГЕКСАНА, ИЗ СМЕСИ ЦИС- ТРАНС-ПЕРФТОРДЕКАЛИНОВ XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2023. – 366 с., с. 331 (год публикации - 2023)

8. Полковниченко А.В., Лупачев Е.В., Квашнин С.Я., Кулов Н.Н. ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФТОРИРОВАНИЯ ДЕКАЛИНА ИЛИ НАФТАЛИНА: ПЕРФТОР-7-МЕТИЛБИЦИКЛО[4.3.0] НОНАН И ПЕРФТОРБУТИЛЦИКЛОГЕКСАН XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2023. – 366 с., с. 335 (год публикации - 2023)

9. Кисель А.В., Лупачев Е.В., Полковниченко А.В., Квашнин С.Я., Кулов Н.Н. РАЗДЕЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ СМЕСИ ПРОДУКТОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФТОРИРОВАНИЯ ДЕКАЛИНА ИЛИ НАФТАЛИНА III Всероссийская конференция им. академика В.И. Овчаренко "Органические радикалы и органическая электрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты", ноября 2023 г. Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, г. Москва, с. 47 (год публикации - 2023)

10. Кисель А.В., Лупачев Е.В., Полковниченко А.В., Квашнин С.Я., Вошкин А.А. Новая ресурсосберегающая технология разделения и очистки перфторированных циклоалканов XIV Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2024. – 358 с., XIV Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2024. С.303 (год публикации - 2024)

Публикации