5-bromo-2-furaldeídoé um pó cristalino amarelo branco a claro, com um leve odor irritante. Fórmula Molecular C5H3BRO2, CAS 1899-24-7. Devido à presença de átomos de bromo e grupos de aldeído nesse composto, sua estabilidade térmica pode ser relativamente ruim e é propensa a reações de decomposição ou oxidação. Fácil de deteriorar ou produzir gases nocivos em condições de aquecimento. Pode ser solúvel em água, bem como solventes orgânicos, como etanol e éter. Pode ser usado como um intermediário farmacêutico para sintetizar compostos biologicamente ativos, como medicamentos antibacterianos, medicamentos antivirais e medicamentos antitumorais. Pode ser usado para tratar resíduos orgânicos contendo bromo e convertê -lo em substâncias inofensivas ou de baixa toxicidade por meio de reações como redução ou oxidação, alcançando a utilização de recursos dos resíduos. Pode ser usado como um monômero de polímero sintético para preparar materiais de polímero de alto desempenho, como fibras poliméricas, filmes plásticos e materiais biodegradáveis.
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Fórmula química |
C5H3BRO2 |
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Massa exata |
174 |
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Peso molecular |
175 |
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m/z |
174 (100.0%), 176 (97.3%), 175 (5.4%), 177 (5.3%) |
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Análise elementar |
C, 34,32; H, 1,73; BR, 45,66; O, 18,29 |
5-bromo-2-furaldeídotem um potencial valor de aplicação no armazenamento eletroquímico de energia, envolvendo principalmente a fabricação de dispositivos de armazenamento de energia, como baterias e supercapacitores.
1. Armazenamento de energia da bateria:
Pode ser usado como uma substância ativa na bateria e participar do processo de carregamento e descarga. Seus átomos de bromo e grupos de aldeído podem reagir com o eletrólito, alcançando o armazenamento e liberação de energia elétrica. Especificamente, pode ser usado como um material de eletrodo positivo ou negativo em tipos de baterias, como baterias de íons de lítio, baterias de íons de sódio ou baterias de íons de bromo. Nessas baterias, o armazenamento e liberação de energia elétrica são alcançados através de reações redox reversíveis. Comparados às baterias tradicionais, as baterias usando o Furaldehide 5-Bromo 2 como substância ativa têm vantagens como maior densidade de energia, velocidade de carregamento e descarga mais rápida e melhor estabilidade do ciclo.
2. Armazenamento de energia do supercapacitor:
Também pode ser usado como substância ativa nos supercapacitores para armazenamento rápido e liberação de energia elétrica. Os supercapacitores são dispositivos de armazenamento de energia com alta densidade de potência e recursos rápidos de carregamento e descarga, amplamente utilizados em veículos híbridos, produtos eletrônicos e campos de energia renovável. Como substância ativa nos supercapacitores, ela pode armazenar e liberar energia elétrica através de armazenamento de carga dupla ou reações de Faraday. Comparados aos capacitores eletrolíticos tradicionais, os supercapacitores que usam o Helé Furalde de 5-Bromo 2, pois o material ativo tem vantagens como maior densidade de energia, vida útil do ciclo mais longa e melhor adaptabilidade ambiental.
3. Melhoria de desempenho dos dispositivos de armazenamento de energia:
Também pode ser combinado com outras substâncias ativas ou materiais de eletrodo para aprimorar o desempenho dos dispositivos de armazenamento de energia. Por exemplo, combinando 5-Bromo 2 furaldehide com materiais de eletrodo, como materiais de carbono, polímeros condutores ou outros óxidos metálicos, os materiais de eletrodo de alto desempenho podem ser preparados. Esses materiais de eletrodo composto podem melhorar o desempenho dos dispositivos de armazenamento de energia em termos de densidade de energia, densidade de potência, vida útil do ciclo e segurança.
Deve -se notar que a aplicação do armazenamento de energia eletroquímica ainda está em fase de pesquisa, e são necessárias mais verificação experimental e avanços tecnológicos para aplicações práticas. Ao mesmo tempo, também é necessária uma avaliação suficiente para fatores como segurança, simpatia ambiental e custo de produção no armazenamento de energia eletroquímica. No futuro, com o aprofundamento da pesquisa relacionada e o desenvolvimento da tecnologia, as perspectivas de aplicação no campo do armazenamento eletroquímico de energia serão ainda mais amplas.
5-bromo-2-FURFURAL (Número CAS: 1899-24-7), também conhecido como aldeído 5-bromo-frurfural, aldeído 5-bromo-2-açúcar, 5-bromo-furo-2-carbaldeído, etc., é um composto orgânico com uma estrutura química específica. Sua fórmula molecular é C5H3BRO2, com um peso molecular de 174,98. Possui propriedades físicas e químicas únicas, como uma agulha marrom, como aparência, um certo ponto de fusão e densidade específica e índice de refração. Essas propriedades produzem 5-bromo-2-furfural têm um valor potencial de aplicação em vários campos, especialmente no armazenamento eletroquímico de energia.
Antecedentes e importância do armazenamento eletroquímico de energia
O armazenamento eletroquímico de energia é uma tecnologia que converte energia elétrica em energia química e a armazena e depois converte a energia química em energia elétrica quando necessário. Essa tecnologia tem as vantagens de alta eficiência, proteção ambiental e reciclabilidade e atualmente é um dos pontos de acesso no campo da pesquisa em energia. Com o crescimento contínuo da demanda global de energia e o rápido desenvolvimento de energia renovável, a tecnologia eletroquímica de armazenamento de energia está desempenhando um papel cada vez mais importante em áreas como regulação da rede, acesso à energia distribuída e estações de carregamento de veículos elétricos.
O princípio da aplicação do 5-bromo-2-furfural em armazenamento eletroquímico de energia
Como composto orgânico, os grupos funcionais e propriedades específicos em sua estrutura molecular tornam potencialmente valioso para o armazenamento de energia eletroquímica. Especificamente, o 5-bromo-2-furfural pode ser modificado quimicamente ou combinado com outros materiais para formar materiais de armazenamento de energia com propriedades eletroquímicas específicas. Esses materiais podem sofrer reações reversíveis de redução de oxidação durante o processo de carregamento e descarga, alcançando assim o armazenamento e liberação de energia elétrica.
Preparação e otimização de desempenho de materiais de armazenamento de energia baseados em 5-bromo-2-furfural
Otimização de desempenho
(1) Controle de morfologia:
Ao ajustar as condições de preparação, como temperatura da reação, tempo e concentração de reagente, a morfologia e a estrutura dos materiais baseados em 5-bromo-2-fluorofural podem ser controlados. Estruturas morfológicas específicas podem aumentar a área superficial específica dos materiais, melhorar a molhabilidade eletrolítica e a eficiência do transporte de íons, aumentando assim o desempenho do armazenamento de energia.
(2) Modificação de doping:
Doping outros elementos ou compostos em materiais baseados em 5-bromo-2-fluorofural para alterar sua estrutura eletrônica e propriedades químicas. O doping pode introduzir novos sites ativos, melhorar a atividade redox dos materiais e aumentar sua estabilidade e desempenho do ciclismo.
(3) Design composto:
Os materiais de armazenamento de energia compostos são formados pela combinação de materiais à base de 5-bromo-2-furfural com outros materiais funcionais, como óxidos metálicos, materiais de carbono, etc. Materiais compósitos podem integrar as vantagens de diferentes materiais para obter desempenho complementar e otimizado.
Avaliação de desempenho eletroquímico de materiais de armazenamento de energia baseados em 5-bromo-2-furfural
Para avaliar o desempenho eletroquímico de materiais de armazenamento de energia baseados em 5-bromo-2-furfural, são necessários uma série de testes e análises experimentais. Esses testes incluem testes de voltametria cíclica, teste de descarga de carga de corrente constante, teste de impedância CA etc. através desses testes, os principais indicadores, como capacidade específica, estabilidade do ciclismo e desempenho da taxa do material, podem ser obtidos.
1. Teste de voltametria cíclica
A voltametria cíclica é um método de teste eletroquímico comumente usado que registra a curva de variação de corrente com potencial, digitalizando ciclicamente o eletrodo dentro de uma certa faixa de potencial. Esse método de teste pode revelar o processo de reação redox e a reversibilidade dos materiais. Para materiais de armazenamento de energia à base de 5-bromo-2-furfural, os testes de voltametria cíclica podem avaliar a atividade e a reversibilidade de suas reações redox, bem como a estabilidade cíclica do material.
2. Teste de carga e descarga de corrente constante
O teste constante de carga e descarga de corrente é o processo de carregamento e descarga de eletrodos em uma certa densidade de corrente e registrando a curva de variação potencial ao longo do tempo. Esse método de teste pode obter indicadores -chave, como capacidade específica e eficiência de Coulomb do material. Para materiais de armazenamento de energia à base de 5-bromo-2-furfural, o teste constante de descarga de carga de corrente pode avaliar seu desempenho de armazenamento de energia e estabilidade do ciclismo.
3. Teste de impedância AC
O teste de impedância CA é um método de medir a impedância do eletrodo, aplicando um pequeno sinal CA de amplitude. Esse método de teste pode obter parâmetros como resistência à transferência de carga e coeficiente de difusão de íons do material. Para materiais de armazenamento de energia baseados em 5-bromo-2-furfural, os testes de impedância CA podem avaliar o desempenho do transporte de íons e a eficiência da transferência de carga.
Caso de aplicação prática de 5-bromo-2-furfural em armazenamento eletroquímico de energia
Atualmente, alguns estudos aplicaram 5-bromo-2-furfural ou seus derivados no campo do armazenamento de energia eletroquímica. Por exemplo, alguns estudos sintetizaram materiais de carbono com morfologia e estrutura especiais usando derivados de biomassa furfural (incluindo análogos de 5-bromo-2-fluorol) como a principal matéria-prima através de métodos químicos específicos. Esses materiais de carbono exibem excelente desempenho eletroquímico e estabilidade do ciclismo como materiais de eletrodo de armazenamento de energia.
Especificamente, alguns estudos usaram a reação da base de Schiff e o método de carbonização hidrotérmica de uma etapa para preparar partículas de carbono com morfologia especial usando furfural como fonte de carbono. Ao ativar e regulamentar quimicamente a estrutura dos poros e combinando com óxidos metálicos eletroquimicamente ativos, foram construídos diferentes materiais de eletrodo de armazenamento de energia à base de carbono à base de água. Esses materiais têm alta área de superfície específica e estrutura de poros ricos, que é propício ao transporte rápido e armazenamento de eletrólitos. Os resultados experimentais indicam que esses materiais exibem alta capacidade, alta densidade de energia/potência e excelente estabilidade do ciclismo nos supercapacitores híbridos de íons de zinco.
Além disso, a pesquisa utilizou o carbono poroso "em forma de baía" ativado como transportador para introduzir óxido de manganês de metal in situ durante a síntese hidrotérmica de partículas de carbono e projetado e sintetizado as partículas de carbono poroso "em forma de baía" revestidas com MnO2 revestidas. Esse material composto, como um material positivo de eletrodo para baterias de manganês de zinco, exibe alta capacidade específica reversível e excelente densidade de energia. Após os ciclos contínuos de carga e descarga, ela ainda pode manter alta capacidade específica e eficiência coulômbica. Esses resultados da pesquisa fornecem referências e orientações úteis para a aplicação de 5-bromo-2-fluorofural no campo do armazenamento de energia eletroquímica.
A seguir, é apresentado um método de síntese de laboratório para5-bromo-2-furaldeído:
A reação entre formaldeído e bromo: hcho + br2→ HCOHBR + H2Co2Br
Reação promovida pelo ácido fórmico: HCOHBR + H2Co2BR → HCOHBRCO2H + H2O
O hidróxido de cálcio regula o valor do pH: HCOHBRCO2H + CA (OH)2→ Cabrch=o+co2 + H2 O
Extração de éter: c5H3Irmão2 + C8H10 → C5H3Irmão2 · C8H10
Destilação para remover o éter: c5H3Irmão2 · C8H10 → C5H3Irmão2 + C8H10
Etapas experimentais:
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Após a conclusão da reação de brominação, o ácido fórmico é adicionado ao frasco de reação para aumentar o rendimento do produto.
Sob a ação do ácido fórmico, a solução de reação gradualmente fica marrom, indicando que a reação está em andamento. Nesse momento, a temperatura deve ser mantida em cerca de 60 graus C e a agitação deve continuar por um período de tempo para concluir a reação.
Resfrie a solução de reação para a temperatura ambiente, adicione uma quantidade apropriada de água e ajuste o valor do pH ao alcalino com hidróxido de cálcio.
Filtre para remover o sedimento e lavar o bolo de filtro com uma pequena quantidade de água. Combine o filtrado e a solução de lavagem e extraia com éter.
Seque o extrato de éter e destilar para remover o éter. O resíduo é 5-bromo-2-furaldehide.
Adicione lentamente o bromo à solução de reação e controle a temperatura abaixo de 50 graus C. Observando a solução de reação que gira amarelo indica que a reação começou.
Reações adversas
O 5-bromo-2-furandeído é um composto orgânico com uma estrutura química específica, que possui certas aplicações em síntese química, pesquisa farmacêutica e outros campos. No entanto, como muitos produtos químicos, embora traga conveniência para os seres humanos, também pode ter efeitos adversos na saúde humana e no meio ambiente. Uma compreensão profunda das reações adversas do 5-bromo-2-furandeído é de grande importância para o uso racional desse composto, proteger a saúde humana e proteger o ambiente ecológico.
Toxicidade aguda
Resultados do experimento animal
Experimentos em animais são um meio importante de estudar a toxicidade aguda dos compostos. Através de experimentos de toxicidade oral, de inalação ou de contato com a pele em animais experimentais, como camundongos e ratos, podem ser observados efeitos tóxicos agudos do 5-bromo-2-furandeído em animais. A pesquisa mostrou que, dentro de uma certa faixa de dose, o LD50 oral (LD50) do composto exibe forte toxicidade aguda para os ratos. Quando os ratos ingerem uma certa dose de 5-bromo-2-furandeído, eles sofrerão uma série de sintomas tóxicos em um curto período de tempo, como atividade reduzida, falta de ar, convulsões etc., que podem levar à morte em casos graves. Os resultados experimentais em ratos também são semelhantes e os dados de toxicidade aguda sob diferentes vias de exposição fornecem referências importantes para avaliar o dano agudo desse composto para os seres humanos.
Sintomas de envenenamento
Após a ingestão oral de 5-bromo-2-furandeído, os animais podem primeiro experimentar sintomas de irritação gastrointestinal, como náusea, vômito, diarréia, etc. Isso se deve ao efeito irritante direto do composto na mucosa gastrointestinal. À medida que a dose aumenta, os sintomas do envenenamento pioram gradualmente, afetando o sistema nervoso central e fazendo com que os animais sofram sintomas como excitação, inquietação e convulsões, levando à morte devido a insuficiência respiratória ou circulatória. Quando expostos pela inalação, os animais podem experimentar rapidamente sintomas de irritação respiratória, como tosse, chiado no chiado, dificuldade em respirar, etc. Em casos graves, pode causar edema pulmonar e ser fatal. O contato com a pele com altas concentrações de 5-bromo-2-furandeído pode causar sintomas de irritação na pele, como vermelhidão, inchaço, dor e bolhas.
Toxicidade crônica
Efeitos da exposição a longo prazo em animais
Os experimentos de exposição a longo prazo geralmente usam doses mais baixas de 5-bromo-2-furandeído para infectar animais, com duração de meses ou até anos, para observar seus efeitos na toxicidade crônica em animais. A pesquisa descobriu que a ingestão a longo prazo de uma certa dose desse composto pode levar a um ganho de peso lento e ao crescimento e desenvolvimento em animais. Isso pode ser devido a compostos que afetam a absorção de nutrientes e os processos metabólicos dos animais, interrompendo as funções fisiológicas normais.
Efeitos da exposição a longo prazo em animais
Além disso, a exposição a longo prazo também pode causar danos a órgãos importantes, como o fígado e os rins dos animais. O fígado é o principal órgão de desintoxicação do corpo humano. Após o 5-bromo-2-furandeído entra no corpo, a maior parte sofre transformação metabólica no fígado. A acumulação a longo prazo pode causar degeneração e necrose das células hepáticas, levando à função hepática anormal. O rim é um órgão importante para excretar resíduos e regulamentar o equilíbrio do fluido. Os danos dos compostos ao rim podem se manifestar como dano às células epiteliais tubulares renais e diminuição da função renal.
Especulações sobre possíveis riscos crônicos para a saúde humana
Com base em resultados experimentais em animais, pode-se inferir que a exposição a longo prazo ao 5-bromo-2-furandeído pode representar riscos crônicos semelhantes à saúde humana. In the occupational environment, if workers are exposed to air containing the compound for a long time or frequently come into contact with its dust, solution, etc., they may gradually experience physical discomfort symptoms such as fatigue, loss of appetite, dizziness, etc. With prolonged exposure time, it may affect the human immune system, nervous system, and endocrine system, increasing the risk of certain chronic diseases such as liver disease, kidney disease, and Doenças neurodegenerativas.
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