I. Khái niệm về lưu chất siêu tới hạn (supercritical fluid)
Lưu chất siêu tới hạn được định nghĩa là trạng thái vật lý của một chất nào đó ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao hơn nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn. Thật ra định nghĩa ban đầu về lưu chất siêu tới hạn còn có thêm điều kiện áp suất phải nhỏ hơn giá trị có thể biến đổi chất đó sang trạng thái rắn. Tuy nhiên điều kiện này thường được bỏ qua do giá trị áp suất này vô cùng lớn và thực tế hầu như không gặp
Dưới đây là giản đồ pha của cacbon dioxit, điểm (304,1K, 73,75 atm) là điểm tới hạn của cacbon dioxit
II. Cái nhìn chung dưới góc độ hóa học xanh
Dung môi không độc hại, không gây cháy nổ và chi phí thấp hơn so với dung môi hữu cơ thông hường.
Các khí hydro, oxy hay CO… tan tốt trong cacbon dioxit siêu tới hạn, có nghĩa là các phản ứng hydro hóa, oxy hóa hay cacbonyl hóa xảy ra nhanh hơn.
Do có độ nhớt thấp và khả năng khuếch tán cao nên tốc độ phản ứng sẽ tăng lên
Khả năng chịu nén cao giúp có thể điều chỉnh được tỷ trọng dung môi, có nghĩa là điều chỉnh được các tính chất vật lý phụ thuộc vào tỷ trọng như hằng số điện môi hay độ nhớt, cũng có thể nói rằng việc điều chỉnh tính chất dung môi chỉ cần thay đổi nhiệt độ và áp suất hỗn hợp nên có thể không chế phản ứng theo hướng mong muốn
Trơ và bền với các tác nhân oxy hóa
Dễ dàng tách lấy sản phẩm do chỉ cần giảm áp suất hay nhiệt độ thì cacbon dioxit lại trở về dạng khí. Điều này giúp dễ dàng tách lấy các xúc tác ra khỏi hệ thống phản ứng và làm tăng tuổi thọ xúc tác
III. Phản ứng hữu cơ trong cacbon dioxit siêu tới hạn
Có thể thực hiện được nhiều phản ứng trong dung môi này với một kết quả tốt hơn so với trong dung môi hữu cơ bình thường, cả việc dùng xúc tác đồng thể hay dị thể
IV. Kỹ thuật tiến hành phản ứng
Hệ thống phản ứng với dung môi cacbon dioxit siêu tới hạn
Trong hệ thống đơn giản này thì cacbon dioxit được dẫn từ bình khí qua hệ thống nén rồi sau đó làm lạnh để đưa vào hệ thống phản ứng.
Vào những năm đầu tiên của thế kỷ XXI, một kỹ thuật mới hơn đã được sử dụng để tiến hành các phản ứng xúc tác dị thể là hệ thống hai pha cacbon dioxit siêu tới hạn – dung môi xanh khác (thường là nước hay chất lỏng ion). Chẳng hạn sơ đồ tiến hành phản ứng hydro hóa sau
Trong phản ứng này tác chất và xúc tác được đưa vào trong pha hòa tan với cacbon dioxit siêu tới hạn còn chất phản ứng được đưa vào pha nước, sản phẩm tạo thành ngay lập tức được chiết ở pha nước và tách ra ngoài. Quy trình này tiện lợi hơn rất nhiều vì không phải tốn thêm thời gian để hóa hơi cacbon dioxit.
Tài liệu tham khảo
1. Koichi Mikami., Green reaction media in organic synthesis., Blackwell Publishing, 2005
2. PGS TS Phan Thanh Sơn Nam., Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, tập 1 – ĐHQGTPHCM, 2008
3. Kerton F. M., Alternative solvent in green chemistry ., RSC publishing, 2009
Leave a Reply