Способ получения титансодержащего металлоорганического каркасного соединения

Изобретение относится к получению титансодержащего соединения, используемого в качестве адсорбента и фотокатализатора. Заявлен способ получения металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]_6. Производят взаимодействие терефталевой кислоты с бутоксидом титана в растворителе. Процесс осуществляют при кипении в течение 6-7 часов при атмосферном давлении. Технический результат заключается в повышении безопасности и экономичности процесса при повышении выхода целевого продукта. 1 ил., 1 табл.

 

Введение

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению титансодержащего металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆, которое можно использовать в процессах адсорбции из жидкой фазы для очистки сточных вод в производствах органических красителей, а также в качестве фотокатализатора.

Уровень техники

Известен способ получения титансодержащего металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆ (М. Dan-Hardi, С.Serre, Т. Frot, L. Rozes, G. Maurin, С.Sanchez and G. Ferey J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 10857).

Способ реализуется следующим образом. В раствор, содержащий смесь диметилформамида и метанола (в соотношении по объему 9:1), вводят терефталевую кислоту и тетраизопропоксид титана. Далее полученную смесь перемешивают, помещают в автоклав и выдерживают при температуре 150°C в течение 15 часов. Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, образовавшуюся твердую фазу отфильтровывают, промывают последовательно ацетоном, диметилформамидом, метанолом, и высушивают при умеренной температуре (190-200°C). Выход продукта составляет порядка 56%.

Недостатками этого способа являются:

- использование токсичного метанола;

- низкая экономичность, обусловленная:

- необходимостью использования специального оборудования, работающего под давлением;

- большой энергоемкостью процесса из-за большой длительности процесса, осуществляемого при высокой температуре;

- недостаточно высокий выход целевого продукта.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является разработка способа получения титансодержащего металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆ путем взаимодействия терефталевой кислоты с алкоксидом титана в растворителе, включающем диметилформамид, при нагревании, который позволил бы повысить безопасность, экономичность процесса и выход целевого продукта.

Поставленная задача решена способом получения титансодержащего металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆ путем взаимодействия терефталевой кислоты с алкоксидом титана в растворителе, включающем диметилформамид, при нагревании, в котором процесс проводят при атмосферном давлении в течение 6-7 часов при кипении, в качестве алкоксида титана используют бутоксид титана, а в качестве растворителя, включающего диметилформамид, используют диметилформамид.

Изобретение позволяет:

- повысить безопасность процесса за счет исключения из синтеза токсичного метанола;

- повысить экономичность процесса за счет исключения необходимости использования специального дорогостоящего оборудования, работающего под давлением, и значительного снижения энергозатрат за счет существенного сокращения длительности процесса синтеза;

- получить целевой продукт с более высоким выходом.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Для реализации способа используют следующие вещества:

диметилформамид - ГОСТ 20289-74

терефталевая кислота - CAS 100-21-0 (Aldrich)

бутоксид титана - CAS 5593-70-4 (Aldrich)

ацетон - ГОСТ 2768-84

Способ реализуется следующим образом:

В 300 мл диметилформамида загружают 16.6 г (0.1 М) терефталевой кислоты и нагревают реакционную массу до кипения при перемешивании. После полного растворения кислоты к раствору добавляют 17 г (0.05 М) бутоксида титана и выдерживают смесь при кипении в течение 6-7 часов. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, образовавшуюся твердую фазу отфильтровывают, промывают последовательно ацетоном и диметилформамидом и высушивают при температуре 190-200°C.

Данные элементного анализа:

Вычислено для Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆, %: C - 36.87, H - 1.80, O - 36.83. Найдено, %: C - 36.12, H - 1.89, O - 36.43. ИК спектр, ν, см^-1: 3413 (O-H), 2918 (C-H), 1645, 1585 (C=O), 1401 (C=C).

Чистота продукта подтверждена данными порошковой рентгеновской дифракции. Дифрактограмма титансодержащего металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆ приведена на фигуре.

Выходы целевого продукта при осуществлении способа при различных условиях приведены в таблице.

№ примера	Время синтеза, ч	Выход целевого продукта, %
1	6	69.8
2	6.5	70.0
3	7	69.9

Способ получения титансодержащего металлоорганического каркасного соединения формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆ путем взаимодействия терефталевой кислоты с алкоксидом титана в растворителе, содержащем диметилформамид, при нагревании, отличающийся тем, что процесс проводят при атмосферном давлении в течение 6-7 часов при кипении, в качестве алкоксида титана используют бутоксид титана, а в качестве растворителя, содержащего диметилформамид, используют диметилформамид.