Diethylzinc CAS 557-20-0

Phương pháp này trực tiếp tạo ra diethylzine thông qua phản ứng oxy hóa-khử giữa etan halogen hóa (chẳng hạn như iodoethane, bromoethane) và bột kẽm hoạt tính. Công thức phản ứng là:
2 C₂H₅X + Zn → (C₂H₅)₂Zn + ZnX₂
Trong đó X là nguyên tử halogen (I, Br). Trong quá trình phản ứng, sự chuyển điện tử trên bề mặt bột kẽm thúc đẩy sự phá vỡ liên kết halogen cacbon trong hydrocacbon halogen hóa, hình thành liên kết kẽm cacbon và cuối cùng tạo ra sản phẩm mục tiêu.

Tiền xử lý bột kẽm
Thiết bị: Chai thủy tinh 1000mL có ống đáy
Thao tác: Thêm 600g bột kẽm (loại 6N), đưa khí hydro khô vào để tạo bọt nhẹ trong xi lanh khí đuôi, từ từ tăng nhiệt độ lên 200 độ và giữ trong 30 phút, quan sát sự ngưng tụ hơi nước trên thành ống khí đuôi, xác nhận việc loại bỏ lớp oxit, sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng.
Mục tiêu: Loại bỏ lớp oxit trên bề mặt của bột kẽm, làm lộ ra các tâm hoạt động và nâng cao hiệu suất phản ứng.

Xây dựng môi trường trơ
Thiết bị: Bình thủy tinh 4 cổ 1000mL (có ống ngưng tụ hình cầu, phễu áp suất không đổi, ống bọc nhiệt kế, que khuấy inox)
Vận hành: Kết nối hệ thống nitơ, đổ đầy nitơ và thay thế 3 lần để đảm bảo hàm lượng oxy trong hệ thống phản ứng dưới 0,1ppm.

Khởi động phản ứng và kiểm soát nhiệt độ
Hoạt động:
Thêm bột kẽm đã xử lý trước và lần lượt nhỏ 10mL dung dịch hỗn hợp iodoethane/bromoethane (tỷ lệ thể tích 1:1), 10g iodua dạng đồng (chất xúc tác) và 30gdiethyl kẽm(người khởi xướng).
Khi nhiệt độ tăng lên 58-60 độ, trào ngược sẽ tăng tốc. Sau khi đun nóng đến 80 độ, dung dịch hỗn hợp còn lại được thêm vào. Sau khi thêm dung dịch vào, nó được làm nóng đến 140 độ và giữ ở nhiệt độ đó trong 1 giờ.

Những điểm chính:
Giai đoạn kích hoạt yêu cầu kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ và phản ứng phụ;
Đồng iodua có thể làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng và rút ngắn thời gian bắt đầu (thường là<40 minutes);
Chiến lược gia nhiệt theo giai đoạn có thể cân bằng tốc độ phản ứng và độ tinh khiết của sản phẩm.
Tách và tinh chế sản phẩm

Hoạt động:
Khi được làm nguội tự nhiên đến 70 độ, vật liệu sẽ đông cứng lại. Sau khi làm mát hoàn toàn, hãy kết nối thiết bị nhận nhiệt độ-thấp (nhận nhiệt độ chai<-35 ℃).
Chưng cất chân không (áp suất -0,08 đến -0,09MPa) được sử dụng để thu thập các phần nhiệt độ pha khí ở 30-50 độ, và chưng cất thứ cấp được sử dụng để thu thập hỗn hợp ở 50-60 độ.
Chỉ số độ tinh khiết: Độ tinh khiết của kẽm Diethyl Lớn hơn hoặc bằng 99,9%, nồng độ tạp chất kẽm Nhỏ hơn hoặc bằng 10ppm, nồng độ tạp chất chì Nhỏ hơn hoặc bằng 1ppm.

Khi một doanh nghiệp nào đó sử dụng ấm phản ứng 500L để sản xuất-quy mô lớn, doanh nghiệp đó sẽ đạt được mức tăng 30% công suất sản xuất hàng năm thông qua những cải tiến sau:

Trộn sơ bộ nguyên liệu: trộn sơ bộ iodoethane và bromoethane theo tỷ lệ 1:1,2 để giảm sự dao động về thời gian thêm từng giọt;
Làm nóng theo thang độ: Đặt chương trình kiểm soát nhiệt độ ba giai đoạn là 80 độ, 120 độ và 140 độ để rút ngắn thời gian cách nhiệt xuống còn 45 phút;
Chưng cất liên tục: Áp dụng quy trình loạt tháp chưng cất hai giai đoạn, giai đoạn đầu tiên tách các hydrocacbon halogen hóa không phản ứng và giai đoạn thứ hai làm sạch kẽm dietyl, với độ tinh khiết của sản phẩm là 99,95%.

Sử dụng phản ứng phân hủy kép của nhôm alkyl (như triethylaluminum) và kẽm clorua để tạo ra kẽm dietyl, phương trình phản ứng là:
ZnCl₂ + 2 Al(C₂H₅)₃ → (C₂H₅)₂Zn + 2 Al(C₂H₅)₂Cl
Phương pháp này đạt được sự tổng hợp có tính chọn lọc cao bằng cách kiểm soát tỷ lệ mol của chất phản ứng (thường là ZnCl ₂: Al (C ₂ H ₅) ∝=1:2.2) và các điều kiện phản ứng (chẳng hạn như nhiệt độ và dung môi).

Lợi thế:
Chi phí nguyên liệu thấp: giá triethylalumin chỉ bằng 1/5 iodoethane;
Sản phẩm phụ-có thể tái chế: Diethyl nhôm clorua (Al (C ₂ H ₅) ₂ Cl) có thể được tái chế làm thuốc thử alkyl hóa;
Tính khả thi công nghiệp cao: điều kiện phản ứng nhẹ (từ nhiệt độ phòng đến 80 độ), độ ăn mòn thiết bị thấp.

Thử thách:
Yêu cầu về độ tinh khiết đối với nguyên liệu thô rất nghiêm ngặt: nồng độ hydrua trong triethylaluminum cần được kiểm soát trong khoảng 0,01-0,10wt%, nếu không có thể xảy ra hiện tượng kết tủa và làm tắc nghẽn thiết bị;
Khó khăn trong việc tách sản phẩm cao: điểm sôi của diethylzine và diethylaluminum clorua gần nhau (98 độ đối với diethylzine và 150 độ đối với diethylaluminum clorua), đòi hỏi phải sử dụng kỹ thuật chưng cất chân không hoặc chưng cất chiết xuất.

Chuẩn bị nguyên liệu:
Trộn triethylaluminum (độ tinh khiết lớn hơn hoặc bằng 99,5%) với dầu trắng (chất pha loãng) theo tỷ lệ thể tích 1:1 để giảm cường độ phản ứng;
Kẽm clorua (loại khan) được sấy khô ở nhiệt độ cao 200 độ trong 4 giờ để loại bỏ nước tinh thể.

Kiểm soát phản ứng:
Dưới sự bảo vệ nitơ, từ từ thêm kẽm clorua vào dung dịch triethylaluminum và kiểm soát tốc độ cho ăn để nhiệt độ không vượt quá 60 độ;
Sau khi phản ứng hoàn tất, pha loãng hệ thống với n-hexan (dung môi) để giảm độ nhớt và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tách.

Tách sản phẩm:
Chưng cất giảm áp suất (áp suất -0,095MPa):
Giai đoạn 1: Thu các phân đoạn 30-50 độ (triethylaluminum chưa phản ứng);
Giai đoạn 2: Thu các phân đoạn ở 60-150 độ, trong đó 60-98 độ là diethyl kẽm và 98-150 độ là diethyl nhôm clorua.
Xác minh độ tinh khiết: Thông qua phát hiện sắc ký khí (GC), độ tinh khiết của diethylzine Lớn hơn hoặc bằng 99,9% và độ tinh khiết của diethylalumin clorua lớn hơn hoặc bằng 99,5%.

Tận dụng hoạt tính xúc tác bề mặt của hợp kim đồng kẽm (Zn Cu) hoặc hợp kim kẽm natri (Zn Na) để thúc đẩy sự hình thành liên kết kẽm carbon trong etan halogen hóa. Lấy hợp kim đồng kẽm làm ví dụ, phương trình phản ứng là:
Zn-Cu + C₂H₅X → C₂H₅ZnX → (C₂H₅)₂Zn + ZnX₂
Đồng hoặc natri trong hợp kim có thể làm thay đổi cấu trúc điện tử của kẽm, làm giảm năng lượng kích hoạt phản ứng và tăng tốc độ phản ứng.

Chuẩn bị hợp kim:
Đun chảy và trộn bột kẽm và bột đồng (tỷ lệ khối lượng 9:1) trong môi trường trơ ​​và đúc chúng thành hợp kim khối;
Nghiền thành bột 200 lưới cho các phản ứng tiếp theo.

Tối ưu hóa phản ứng:
Kiểm soát nhiệt độ: Gia nhiệt theo độ dốc 30-150 độ để tránh quá nhiệt cục bộ;
Gia tốc giọt: Gia tốc giọt của hỗn hợp dung dịch iodoethane/bromoethane (tỷ lệ thể tích 1:1) là 2-3mL/phút;
Cường độ trộn: Sử dụng khuấy từ (tốc độ 500 vòng/phút) để đảm bảo đủ độ phân tán của bột hợp kim.

Thanh lọc sản phẩm:
Chưng cất giảm áp suất (áp suất -0,1 MPa):
Điểm sôi ban đầu: Thu thập<50 ℃ fractions (unreacted halogenated hydrocarbons);
Phân đoạn chính: Thu thập các phân đoạn ở 50-98 độ với độ tinh khiết Lớn hơn hoặc bằng 99,5%;
Tail fraction:>Phần 98 độ (tạp chất có độ sôi cao).

Một doanh nghiệp nào đó áp dụng phương pháp hợp kim đồng kẽm để xây dựng dây chuyền sản xuất với sản lượng hàng năm là 10 tấndiethyl kẽm. Những cải tiến chính bao gồm:

Chuẩn bị liên tục hợp kim: Thiết kế một thiết bị nguyên tử hóa nóng chảy để đạt được khả năng sản xuất bột hợp kim liên tục với phân bố kích thước hạt D50=150 μ m;
Thiết kế lò phản ứng: Sử dụng lò phản ứng tầng sôi để tăng cường khả năng tiếp xúc với pha rắn-khí và rút ngắn thời gian phản ứng xuống còn 4 giờ;
Chưng cất tiết kiệm năng lượng: Sử dụng công nghệ bơm nhiệt để thu hồi nhiệt thải trong quá trình chưng cất, giảm 40% năng lượng tiêu thụ.