一种表征化学反应进行程度及转化率的方法技术

本发明专利技术属于化工控制与检测技术领域，涉及一种表征化学反应特别是固相反应进行程度及转化率的方法。本发明专利技术在于利用热分析方法，测定不同反应阶段时反应混合物的熔融曲线，通过比较某一反应物的熔融峰或产物熔融峰面积的变化，确定反应的进行程度及转化率。本发明专利技术操作简便、结果直观，能用于表征反应特别是固相反应的进行程度和反应条件的优选等方面，可广泛应用于精细化工等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工控制与检测
，具体涉及一种表征化学反应特别是固相反 应进行程度及转化率的方法。本专利技术在于利用热分析方法，测定不同反应阶段时反应混合 物的熔融曲线，通过比较某一反应物的熔融峰或产物熔融峰面积的变化，确定反应的进行 程度及转化率。
技术介绍
快速、准确地测定化学反应进行的程度及转化率，对于工业上确定、优化化学反应 的条件，制定合理的工艺技术具有意义。传统的化学反应往往是在溶液或气相中进行，根据 体系特征采用光谱以及色谱等方法测定反应进程，如在线傅里叶变换红外技术，可在线监 控反应体系，测定过程无破坏性，有利于发现中间体以及研究动力学，在检测反应进程方面 得到了广泛的应用，但是传统检测手段同时也面临溶剂干扰大、信噪比差以及谱图复杂、不 易分析等缺点。另外，目前的化学合成中常使用固相反应，由于固相反应不使用溶剂，具有高选择 性、高产率、反应过程简单等优点，在一些特殊的固相反应体系，可根据颜色的变化、气体的 释放等现象判断固相反应进程，但在大多数固相反应过程中无法直接观测到这些现象。有 文献报导，用X射线衍射(XRD)、质谱(MQ、光谱成分分析仪等方法测定固相反应进程，但是 该些方法同样面临适用面窄、结果分析复杂等缺点，使固相反应程度难以进行实时监控，限 制了反应条件以及工艺技术的优化。因此，发展一种简单方便的表征化学反应特别是固相 反应进行程度的方法显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种表征化学反应进行程度及转化率 的方法。尤其涉及一种利用热分析方法快速检测固相化学反应中反应程度及转化率的方法。研究显示，化学反应的发生通常起始于两个反应物分子的扩散接触，发生化学作 用，并生成产物分子。此时生成的产物分子分散在反应体系中，只是作为一种杂质或缺陷的 分散存在。在固相反应中，当产物分子集积到一定数量级大小，会出现产物的晶核，从而完 成成核过程。晶核长到一定的大小后最终形成产物的独立晶相。同时，固相反应一旦发生 即可进行完全，无化学平衡，体系中不存在中间体。固相反应的反应物或者形成独立晶相的 产物，在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固、晶型转变、分解等物理化学变化。这些变化伴 随有体系焓的改变，因而产生热效应。差示扫描量热法(DSC)能够有效的记录这些过程中 的热效应，并以吸热或放热峰的形式显示。本专利技术方法利用热分析方法快速检测化学反应中反应程度及转化率，其包括采 用差示扫描量热法(DSC)记录不同反应阶段时反应混合物的熔融或结晶曲线，通过比较反 应物或产物熔融峰面积的变化，简单而直观的确定反应的进行程度。本专利技术中，所述的化学反应是指反应物或产物中至少有一种是具有熔融或结晶行 为的物质，即存在着在加热或冷却过程中具有相变发生的物质。本专利技术中，所述的化学反应是固相反应。本专利技术中，如果反应物是可结晶的物质，则可以通过DSC曲线上反应物对应熔融 峰面积的减小来表征反应的进行程度或转化程度；如果产物是可结晶的物质，则可以通过 DSC曲线上产物对应熔融峰面积的增大来表征反应的进行程度或转化程度；然后，通过各 条曲线上反应物或产物熔融峰面积，计算反应物或产物在反应体系中的相对含量，得到不 同反应阶段时具体的反应进行程度；根据上述方法测定出的反应程度，结合每一阶段所采 用的反应条件，能为制定合理的工艺技术，优化化学反应的条件提供技术保障。本专利技术采用的差示扫描量热法(DSC)，为一种经典的热分析方法，具有快速、准确、 精度高等特点，可用于各类材料与化学领域的研究开发、质检质控与失效分析等。本专利技术 方法中采用了差示扫描量热法分析反应进程，技术实现容易，检测时间短，具有结果简单直 观、易于分析、操作简便、对反应进程分析的速度快等优点，既可用于表征反应的进行程度， 也可用于反应条件的优选等方面。附图说明图1是反应体系在不同反应阶段差示扫描量热法(DSC)曲线，其中，G表示研磨，H 表示90°C真空加热，数字表示时间(分钟)。图2是庚二酸(pimelic acid)与硬脂酸钙(calcium stearate)在不同反应阶段 差示扫描量热法(DSC)曲线。以下通过具体实施例来进一步描述本专利技术。具体实施例方式实施例1对于氯化钐(SmCl3WH2O)与受阻胺配体双(2，2，6，6-四甲基_4_哌啶基)癸二酸 酯(简称770，结构如下式所示)进行固相，生成配位化合物的反应体系，操作如下首先采 用研磨的方法促进反应的进行，研磨15分钟后取5mg反应体系中的混合物进行DSC分析， 结果如G15曲线所示，体系仅在85°C附近出现吸热峰，该峰归属于反应物中配体770的熔融 吸热，同时，曲线上观察不到另一反应物SmCl3 · 7H20以及产物的热效应。表明单独的研磨 至起到将反应物混合均勻的作用，不能使反应开始进行。考虑到固相反应中成核阶段主要 受温度控制，在体系研磨均勻后加入了加热的程序，采用熔化法，将体系加热到反应物之一 配体770的熔点以上90°C。120min之后，对样品取样并进行DSC分析，结果如曲线G15H120 所示，除了 85°C附近的吸热峰，在110°C附近也出现一较小的吸热峰，归属于SmCl3 ·7Η20与 770形成的固相配合物，表明采用的加热步骤有利于成核阶段的进行。加热之后继续对反 应物进行研磨，促进反应的进行。分别在15min、30min、45min对反应体系取样分析，结果如 曲线G15H120G15、G15H120G30、G15H120G45所示，85°C附近代表的反应物熔融峰随着研磨 时间而不断减小，相反的是110°C附近的峰却随着研磨时间而不断增大。当研磨时间达到 45min之后，体系DSC曲线上反应物熔融峰几乎消失，只剩下110°C附近的吸热峰，表明此时 固相反应进行的程度已接近完成。对反应体系进行分离、提纯并进行光谱学分析，结果显示，产物是目标配合物并且 产率达到86%，表明采用本专利技术所提出的检测技术获得的结果是直观而且可信的。如果进 一步计算各条曲线上反应物或者产物的吸热峰的面积并加以对比，结合对反应条件更精细 的控制，就能得到定量的反应程度随反应条件、反应时间变化的数据，对于此类型反应的进 程检测和条件优化具有重要意义。权利要求1.，其特征是利用热分析方法，通过测定 不同反应阶段时反应混合物的熔融曲线，确定该反应进行的程度及转化率。2.按权利要求1所述的方法，其特征是，所述的化学反应是指反应物或产物中至少有 一种是具有熔融或结晶行为的物质。3.按权利要求1所述的的方法，其特征是，所述的化学反应是固相反应。4.按权利要求1所述的方法，其特征是，所述的热分析方法是差示扫描量热法。5.按权利要求4所述的方法，其特征是，所述的差示扫描量热法中，记录不同反应阶段 时反应混合物的熔融或结晶曲线。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，当反应物是可结晶的物质时，通过热分析曲 线上反应物对应熔融峰面积的减小表征反应的进行程度或转化程度。7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，当产物是可结晶的物质时，通过热分析曲线 上产物对应熔融峰面积的增大表征反应的进行程度或转化程度。全文摘要本专利技术属于化工控制与检测
，涉及一种表征化学反应特别是固相反应进行程度及转化率的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表征化学反应进行程度及转化率的方法，其特征是利用热分析方法，通过测定不同反应阶段时反应混合物的熔融曲线，确定该反应进行的程度及转化率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，冯嘉春，郑德，
申请(专利权)人：复旦大学，广东炜林纳功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]