اسید گلیوکسیلیکیک ترکیب آلی با فرمول مولکولی c2h2o3 است که از یک گروه آلدهید (-cho) و یک گروه کربوکسیل (-cooh) تشکیل شده است. فرمول ساختاری آن هوکو، CAS 298-12-4 و وزن مولکولی آن 74.04 است. مایع شفاف زرد روشن. محلول در آب، کمی محلول در اتانول، اتر، بنزن و غیره. ماده ای سمی با تحریک و خورنده است. LD50 خوراکی موش 70 میلی گرم بر کیلوگرم است. اپراتورها باید به پوشیدن وسایل محافظت از کار توجه داشته باشند و هنگام لمس پوست با آب فراوان بشویید. می توان از آن برای سنتز وانیلین، اتیل وانیلین، جاسمونآلدئید (کاپسایسین)، پی متوکسی بنزآلدئید (آنی سالدئید) و غیره استفاده کرد. همچنین می تواند در تولید عامل تصفیه آب هیدروکسی فسفر کربوکسیلیک اسید، به عنوان عامل اتصال عرضی پلیمری، افزودنی آبکاری و کود عنصری با کارایی بالا (اتیلن دی آمین دی-او-هیدروکسی فنیل سدیم بزرگ فریک استات اددا FENa) و غیره استفاده شود. این کاربردها شامل حفاظت از محیط زیست، علم مواد و سایر زمینه ها.
روش 1: روش اسید دی کلرواستیک
1. تهیه دی کلرواستیک اسید: متانول و کلر وارد راکتور شده و تحت عمل کاتالیزور کلر می شوند تا دی کلرواستیک اسید تولید شود. معادله شیمیایی این مرحله عبارت است از: CH3OH+Cl2 → h2c2o2+HCl.
2. چگالش دی کلرواستیک اسید و متوکسید سدیم: دی کلرواستیک اسید و متوکسید سدیم مخلوط شده و تحت دما و فشار مناسب برای تولید دی متوکسی استات سدیم متراکم می شوند. معادله شیمیایی این مرحله عبارت است از: h2c2o2+CH3ONa → h2c2o2 · ch3o2na.
3. هیدرولیز دی متوکسی استات سدیم: دی متوکسی استات سدیم با اسید کلریدریک مخلوط شده و در دما و فشار معین هیدرولیز می شود تا اسید گلیوکسیلیک و متانول تولید شود. معادله شیمیایی این مرحله عبارت است از: h2c2o2 · ch3o2na+HCl → h2c2o2 · HCl+CH3OH.
4. جداسازی و خالص سازی: اسید گلیوکسیلیک و متانول جدا شده و بیشتر خالص می شوند تا اسید گلیوکسیلیک با خلوص بالا به دست آید. این مرحله معمولاً از روش‌های تقطیر، تبلور و سایر روش‌ها استفاده می‌کند.
از طریق مراحل فوق می توان اسید گلیوکسیلیک را با روش دی کلرواستیک اسید سنتز کرد. لازم به ذکر است که کل فرآیند باید تحت شرایط دما و فشار خاص انجام شود و شرایط واکنش شیمیایی باید به طور دقیق کنترل شود تا از کیفیت و عملکرد محصولات اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، توجه به مسائل ایمنی نیز ضروری است، به ویژه هنگامی که کلرزنی، تراکم، هیدرولیز و سایر واکنش ها انجام می شود، باید اقدامات ایمنی مربوطه برای جلوگیری از انفجار، خوردگی و سایر حوادث ایمنی انجام شود.
سنتز اسید گلیوکسیلیک توسط اسید دی کلرواستیک یک روش مهم تولید مواد شیمیایی آلی است که چشم انداز و ارزش کاربردی گسترده ای دارد. به منظور اطمینان از توسعه پایدار و کارایی آن، تقویت تحقیقات و نوآوری فناوری و اتخاذ اقدامات مربوطه حفاظت از محیط زیست و فناوری های صرفه جویی در انرژی برای کاهش هزینه های تولید و آلودگی محیط زیست ضروری است.
در عمل، فرآیند مصنوعی را می توان در صورت نیاز بهینه و تنظیم کرد. به عنوان مثال، در واکنش تراکم اسید دی کلرواستیک با متوکسید سدیم، می توان مقدار مناسبی کاتالیزور را برای بهبود سرعت واکنش و گزینش پذیری اضافه کرد. در واکنش هیدرولیز، خلوص و بازده هیدرولیز را می توان با کنترل دما و غلظت واکنش بهبود بخشید. علاوه بر این، بازیابی و استفاده مجدد از محصولات جانبی نیز می تواند برای تحقق استفاده موثر از منابع و کاهش هزینه های تولید مورد تحقیق و توسعه قرار گیرد.
روش 2: روش کاهش ازن زنی انیدرید مالئیک
مراحل دقیق به شرح زیر است:
1. تهیه انیدرید مالئیک: ابتدا باید اسید مالئیک و انیدرید واکنش داده شود تا انیدرید مالئیک تولید شود. معادله شیمیایی این مرحله عبارت است از: c4h2o4+C2H2O2 → 2ch2o2. در عمل، اسید مالئیک معمولاً در مقدار مناسبی از حلال حل می شود، سپس انیدرید به آرامی اضافه می شود و دما برای جلوگیری از بروز واکنش های جانبی کنترل می شود.
2. واکنش ازن زنی: سپس انیدرید مالئیک تولید شده با محلول پراکسید هیدروژن واکنش داده می شود تا ازن زنی محصول میانی تولید شود. معادله شیمیایی این مرحله عبارت است از: ch2o2+H2O2 → ch2o2 · H2O. واکنش ازن زنی به شرایط دما و فشار خاصی نیاز دارد و معمولاً در یک راکتور خاص انجام می شود. در فرآیند واکنش، غلظت و سرعت افزودن پراکسید هیدروژن باید به شدت کنترل شود تا ایمنی واکنش تضمین شود.
3. واکنش احیا: سپس، اکسید بدبو با عامل کاهنده واکنش می دهد و اسید گلیوکسیلیک تولید می کند. معادله شیمیایی این مرحله عبارت است از: ch2o2 · H2O+NAH → CH3COOH+NaOH. هیدرید معمولاً به عنوان عامل کاهنده در واکنش احیا استفاده می شود، مانند سدیم، پتاسیم و غیره. در طول فرآیند واکنش، کنترل دما و فشار برای اطمینان از واکنش احیای کامل ضروری است. در عین حال توجه به موارد ایمنی مانند جلوگیری از نشت هیدروژن نیز ضروری است.
4. جداسازی و خالص سازی محصول: در نهایت اسید گلیوکسیلیک تولید شده از محلول واکنش جدا شده و خالص می شود. این مرحله معمولاً از روش‌های تقطیر، تبلور و سایر روش‌ها استفاده می‌کند. اسید گلیوکسیلیک و سایر ناخالصی های فرار را می توان با تقطیر جدا کرد، در حالی که اسید گلیوکسیلیک را می توان با کریستالیزاسیون برای خالص سازی بیشتر از محلول جدا کرد. در فرآیند جداسازی و تصفیه محصول، باید به کنترل دما و پایداری عملکرد توجه شود تا از هدر رفتن و خراب شدن محصول جلوگیری شود.
روش احیای ازن زنی مالئیک انیدرید یک روش متداول برای سنتز اسید گلیوکسیلیک با بازده و خلوص بالا است. با این حال، این روش نیاز به مصرف تعداد زیادی مواد اولیه مانند مالئیک انیدرید و پراکسید هیدروژن دارد و مقدار مشخصی فاضلاب و گاز زائد تولید می کند. بنابراین، اقدامات مربوط به حفاظت از محیط زیست و فن آوری های صرفه جویی در انرژی لازم است برای کاهش هزینه های تولید و آلودگی محیط زیست انجام شود.
روش 3: اکسیداسیون شیمیایی
مراحل اساسی به شرح زیر است:
1. تهیه مواد اولیه: ابتدا مواد اولیه مورد نیاز مانند اسید فرمیک، استات یا اتیلن گلیکول را تهیه کنید. این مواد اولیه اساس سنتز اسید گلیوکسیلیک هستند.
2. واکنش اکسیداسیون: ماده خام با اکسیدان واکنش داده و اسید گلیوکسیلیک تولید می کند. اکسیدان های رایج عبارتند از اسید نیتریک، پرمنگنات پتاسیم، پراکسید هیدروژن و غیره. معادله شیمیایی این مرحله به مواد خام و اکسیدان های مورد استفاده بستگی دارد. برای مثال، با استفاده از اسید فرمیک به عنوان ماده خام و اسید نیتریک به عنوان اکسیدان، معادله واکنش این است: HCOOH+2hno3 → hcoono2+2H2O. اگر از استات به عنوان ماده خام و پرمنگنات پتاسیم به عنوان اکسیدان استفاده شود، معادله واکنش عبارت است از: CH3COO (-)+MnO4 (-)+H (+) → CH3COOH+Mn (IV). اگر از اتیلن گلیکول به عنوان ماده خام و از پراکسید هیدروژن به عنوان اکسیدان استفاده شود، معادله واکنش hoch2ch2oh+H2O2 → ohccho{19}}H2O است.
3. جداسازی و خالص سازی محصول: پس از تکمیل واکنش، اسید گلیوکسیلیک تولید شده باید از محلول واکنش جدا و خالص شود. این مرحله معمولاً از روش‌های استخراج، تقطیر، کریستالیزاسیون و سایر روش‌ها استفاده می‌کند. از طریق این روش ها می توان اسید گلیوکسیلیک را از سایر ناخالصی ها جدا کرد تا محصولاتی با خلوص بالا بدست آورد.
4. پس از درمان: در نهایت، اسید گلیوکسیلیک پس از جداسازی و خالص سازی پس از درمان مانند خشک کردن، بسته بندی و غیره انجام می شود. این مرحله برای اطمینان از کیفیت و ایمنی محصول است.
اکسیداسیون شیمیایی یک روش رایج برای سنتز اسید گلیوکسیلیک با بازده و خلوص بالا است. با این حال، این روش نیاز به مصرف تعداد زیادی اکسیدان و مواد اولیه دارد و مقدار مشخصی فاضلاب و گازهای زائد تولید می کند. بنابراین، اقدامات مربوط به حفاظت از محیط زیست و فن آوری های صرفه جویی در انرژی لازم است برای کاهش هزینه های تولید و آلودگی محیط زیست انجام شود.
در کاربردهای عملی، انتخاب روش‌های سنتز مناسب باید با توجه به نیازها و شرایط واقعی به طور جامع در نظر گرفته شود. روش های مختلف سنتز دارای مزایا و معایب مختلفی مانند هزینه، کارایی، حفاظت از محیط زیست و غیره هستند. بنابراین، هنگام انتخاب روش های سنتز، لازم است به طور همه جانبه عوامل مختلفی در نظر گرفته شود تا مناسب ترین روش تعیین شود. علاوه بر این، تقویت تحقیقات و نوآوری های فناورانه برای ارتقای توسعه پایدار صنایع شیمیایی آلی و پیشرفت اجتماعی-اقتصادی نیز ضروری است.