Epooksida adalah eter tiga anggota yang memiliki struktur cincin yang sangat tegang yang mengandung dua karbon dan oksigen (misalnya, oksiran). Karena regangan dalam struktur ini, epooksida cukup reaktif dan mewakili gugus fungsional yang berharga untuk melakukan berbagai reaksi.
Karena itu, epooksida berguna dalam sintesis polimer, farmasi dan kimia halus. Epooksida umum termasuk dua bahan kimia komoditas, Propylene Oxide (PO) dan Ethylene Oxide (EO), yang memiliki sejumlah aplikasi.
Propilen Oksida (PO)
PO digunakan sebagai reagen dalam produksi poliuretan. Epooksida diubah menjadi poliol dan kemudian bereaksi dengan isosiaat untuk membentuk poliuretana. PO juga diubah menjadi polipropilen glikol melalui polimerisasi pembuka cincin.
Dalam jumlah besar, propilen oksida dibuat dengan hidroklorinasi atau oksidasi organoperoksida.
Etilen Oksida (EO)
EO digunakan dalam sintesis etilen glikol, yang memiliki banyak aplikasi yang mencakup fungsi sebagai anti-beku dan dalam produksi polimer, seperti poliester dan polietilen tereftalat. Gas Etilen Oksida digunakan dalam aplikasi medis sebagai agen sterilisasi untuk instrumen bedah.
Etilen oksida dapat dibuat dalam jumlah besar dengan proses hidroklorinasi atau baru-baru ini, dengan mereaksikan oksigen dengan propilen pada suhu dan tekanan tinggi dengan adanya katalis.
Sintesis struktur oxirane dimulai dengan reagen yang mengandung ikatan rangkap (yaitu, alkena). Satu metode epooksidasi menggunakan asam peroksi, di mana gugus asam karboksilat mengandung oksigen elektropositif. Atom oksigen elektrofilik bertindak balas dengan ikatan nukleofilik C=C dalam molekul substrat dan atom oksigen elektropositif digabungkan sebagai sebahagian daripada struktur oxirane tiga anggota. Metode lain untuk epooksidasi adalah melalui sintesis halohidrin di mana hidrobrominasi atau hidroklorinasi ikatan C=C membentuk halohidrin yang sesuai. Ini kemudian diolah dengan basa, seperti natrium hidroksida, dan reaksi intra-molekul terjadi untuk menghasilkan epoksida.
Struktur epooksida oksirane menyediakan gugus yang sangat berfungsi untuk sintesis organik. Karena bukaan cincin epooksida dapat dilanjutkan melalui mekanisme Sn1 atau Sn2, struktur produk akhir tergantung pada mekanisme mana yang terjadi dan, pada gilirannya, bergantung pada variabel reaksi. Pembukaan cincin Sn2 dimulai oleh nukleofil basa yang kuat. Misalnya, jika alkoksida atau reagen Grignard adalah nukleofil, alkohol atau glikol tersubstitusi terbentuk. Epooksida akan mengalami pembukaan cincin Sn1 di hadapan air jika reaksinya dikatalisis asam, sekali lagi mengarah pada pembentukan alkohol tersubstitusi. Nukleofil lain yang akan membuka epooksida termasuk molekul yang mengandung, misalnya, gugus amino atau merkato. Epooksida akan bereaksi dengan:
Ada penelitian substansial dalam penggunaan epooksida dan karbon dioksida dalam kopolimerisasi pembukaan cincin (ROCOP) untuk mensintesis polikarbonat serta dalam sintesis karbonat siklik. Hal ini dihasilkan dari upaya untuk semakin menerapkan metode kimia berkelanjutan dalam produksi bahan kimia tersebut. Metode yang banyak diterapkan untuk mensintesis polikarbonat adalah melalui reaksi fosgen dengan bis-fenol A. Mempertimbangkan polusi dan masalah kesehatan yang terkait dengan fosgen dan bisfenol A, kemampuan untuk menggunakan gas rumah kaca (CO2) untuk mensintesis polikarbonat cukup menarik dari perspektif kimia "hijau".
Kopolimerisasi CO2 dan epooksida untuk membentuk polikarbonat membutuhkan penggunaan katalis. Sebagian besar upaya penelitian dikaitkan dengan mengidentifikasi katalis yang memungkinkan sintesis dalam kondisi reaksi yang semakin menguntungkan, dan/atau untuk membuat polimer polikarbonat dengan sifat fisik dan kimia spesifik yang disesuaikan dengan berbagai aplikasi praktis. Kelas katalis yang telah dipelajarimeliputi :
Kemampuan untuk menggabungkan wawasan reaksi real-time dengan kontrol presisi dan pelacakan parameter kritis, memungkinkan ahli kimia dan insinyur untuk membuat keputusan berbasis data yang cepat.
Spektrometer FTIR dan Raman In-situ
Reaktor Sintesis Kimia dan Kalorimetri Reaksi
ReactIR sangat ideal untuk mempelajari reaksi epooksida dan epoksida.
Ada banyak literatur di jurnal polimer dan katalis tentang penggunaan spektroskopi FTIR in-situ dalam penyelidikan reaksi pembukaan cincin, termasuk polimerisasi pembukaan cincin (ROP) dan kopolimerisasi (ROCOP). ReactIR digunakan untuk mengukur kinetika reaksi dan untuk mendukung mekanisme reaksi yang diusulkan dalam ROCOP. Teknologi ini digunakan untuk menentukan efektivitas berbagai katalis untuk CO2-Epoxide ROCOP sebagai fungsi parameter reaksi seperti tekanan CO2 dan suhu reaksi. Karena spektroskopi inframerah menengah dapat membedakan karbonat siklik, polikarbonat dan polieter, ReactIR dapat melacak pembentukan produk dan produk sampingan dalam reaksi epooksida ini. Selain itu, karena reaksi CO2-Epoksida biasanya dilakukan pada tekanan dan suhu tinggi, teknologi probe in-situ ReactIR memungkinkan pengukuran dalam kondisi reaksi aktual, terus melacak kemajuan reaksi – tanpa perlu mengganggu reaksi untuk pengambilan sampel offline.
Lihat eDemo Langsung dari kantor atau kantor rumah Anda sesuai jadwal Anda.
Xu, Y., Lin, L., He, CT, Qin, J., Li, Z., Wang, S., Xiao, M., & Meng, Y. (2017). Investigasi kinetik dan mekanistik untuk kopolimerisasi CO2 dan sikloheksen oksida yang dikatalisis oleh kompleks trizink. Kimia Polimer, 8(23), 3632–3640. https://doi.org/10.1039/c7py00403f
Penulis melaporkan menggunakan kompleks trizinc yang dikoordinasikan dengan ligan basa Schiff untuk secara efisien mengkopolimerisasi CO2 dan sikloheksen oksida. Melalui pemantauan IR in-situ, mereka menentukan urutan reaksi dan energi aktivasi produk polikarbonat dan karbonat siklik dan menunjukkan ketergantungan informasi kinetik pada konsentrasi katalis dan sikloheksen oksida, serta tekanan CO2 .
Untuk mendapatkan data kinetik, ReactIR melacak perubahan dalam absorbansi getaran peregangan karbonil untuk polikarbonat (1756 cm-1) dan karbonat siklik (1827 cm−1) sebagai fungsi waktu. Dalam percobaan terpisah yang memvariasikan konsentrasi katalis dan sikloheksen, para peneliti menentukan bahwa katalis dan monomer memiliki ketergantungan linier pada konsentrasi masing-masing. Selanjutnya, mereka menentukan bahwa urutan laju reaksi untuk tekanan CO2 juga salah satu untuk rentang tekanan yang dipilih. Eksperimen tambahan dilakukan untuk menetapkan energi aktivasi untuk dua produk reaksi menggunakan data dari pengukuran ReactIR. Mereka melaporkan bahwa plot Arrhenius mengungkapkan bahwa penghalang aktivasi untuk polikarbonat dan karbonat siklik masing-masing adalah 17,8 kJ mol−1 dan 83,1 kJ mol−1. Dari informasi yang diperoleh dari eksperimen ini, penulis mengusulkan mekanisme reaksi terperinci.
Anderson, TS, & Kozak, CM (2019). Polimerisasi epooksida pembukaan cincin dan kopolimerisasi pembukaan cincin CO2 dengan epooksida oleh katalis amino-bis (fenolat) seng. Jurnal Polimer Eropa, 120,109237. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.109237
Para penulis melaporkan bahwa kompleks seng bimetal amino-bis (fenolat) dengan kokatalis mampu mensintesis polieter dan poli (eter-kokarbonat) dari epooksida dan CO2. Ko-katalis mempengaruhi sifat polimer yang disintesis seperti berat molekul dan dispersitas. Dengan tidak adanya CO2 , cincin kompleks seng membuka sikloheksen oksida membentuk poli (sikloheksen oksida).
Untuk kopolimerisasi CO2 dengan epoksida, ReactIR digunakan untuk melacak pita untuk karbonat siklik (1810cm-1), polieter (1089 cm-1) dan polikarbonat (1750 cm-1). Ketika sistem awalnya bertekanan dengan CO2, polieter terbentuk, seperti yang ditunjukkan oleh keberadaan pita 1089 cm-1, tetapi segera setelah itu (20 menit) 1750 cm-1 dari polikarbonat hadir dan terus meningkat selama 18 jam. Dengan melacak pita 1750 cm-1, laju pembentukan polikarbonat sebagai fungsi CO2 diukur, dan tekanan optimal untuk pembentukan awal polikarbonat ditemukan 20 bar. Penulis mendalilkan bahwa pada tekanan yang lebih tinggi, langkah penentu laju adalah pembukaan cincin epoksida, sedangkan penyisipan CO2 membatasi laju pada tekanan yang lebih rendah.