Pó de brometo de tetrabutilamônio CAS 1643-19-2

Pó de brometo de tetrabutilamônio, também conhecido como brometo de tetrabutilamônio, é um sal orgânico, CAS 1643-19-2. A fórmula molecular é C16H36BrN. Os produtos puros são cristais ou pós brancos, com deliquescência, odor especial e boa estabilidade à temperatura e pressão ambientes. Fácil de dissolver em água, etanol, éter e acetona, ligeiramente solúvel em benzeno. Tóxico, comumente usado como intermediário em síntese orgânica, catalisador de transferência de fase e reagente de par iônico. É utilizado para a síntese de intermediários farmacêuticos, como cloreto de benziltrietilamônio, cinamato de etila, pseudoionona, etc., bem como para a síntese de medicamentos orgânicos, como medicamentos anti-infecciosos, como bamacilina e sultamicilina. Também é usado como catalisador na síntese de medicamentos listados, como o medicamento anti-diabetes dagelin, com um novo mecanismo de ação. Além disso, não só pode ser usado como agente de transferência de fase para sintetizar tiopronina, uma melhoria da função hepática e antídoto metabólico, mas também pode ser usado como agente de bromo para participar na síntese do agente de reversão do relaxante muscular, Shugenglucurônio.

O brometo de tetrabutilamônio (TBAB), como um importante composto de sal de amônio quaternário, tem mostrado amplo valor de aplicação em vários campos, como síntese química, fabricação farmacêutica, proteção ambiental, eletroquímica e ciência de materiais devido à sua estrutura química única (fórmula molecular C ₁₆ H ∝₆ BrN) e propriedades físicas (cristais brancos, fácil solubilidade em água e solventes orgânicos, deliquescência).

O papel central da catálise e intermediários no campo da síntese química

 

1. Catalisador de transferência de fase (PTC)
O uso mais clássico é como catalisador de transferência de fase, usado para promover a transferência e reação de substâncias em sistemas de reação de duas fases (como fases orgânicas de água). O mecanismo de ação é que o cátion de amônio quaternário (C ₄ H ₉) ₄ N ⁺) pode se combinar com ânions na fase aquosa (como OH ⁻, Br ⁻) para formar pares de íons e transferir para a fase orgânica, quebrando assim o estado de separação de fases dos reagentes em diferentes solventes e melhorando significativamente a taxa e o rendimento da reação.
Casos de aplicação típicos:
Síntese de cetona pseudo-violeta:Pó de brometo de tetrabutilamôniocomo catalisador pode promover a reação de condensação do citral e da acetona na síntese da cetona pseudo violeta, com aumento de rendimento superior a 85%, muito superior aos 60% do processo tradicional.

 

Descarboxilação e bromação do ácido cinâmico: TBAB é combinado com ácido 2-iodoilbenzóico (IBX) para obter descarboxilação e bromação eficientes do ácido cinâmico em um solvente misto de acetonitrila e água, com rendimento de 92% e condições de reação suaves (60 graus, pressão atmosférica).
Síntese de medicamentos anti-infecciosos: TBAB é usado para catalisar a síntese de antibióticos - lactâmicos, como ampicilina e sultamicilina, promovendo a formação de ligações carbono-nitrogênio, encurtando o tempo de reação e melhorando a pureza do produto.

2. Reações de Alquilação e Acilação
A estrutura do sal de amônio quaternário do TBAB o torna um catalisador ideal para reações de alquilação e acilação. Por exemplo:
Reação de N-alquilação: O brometo de tetrabutilamônio pode catalisar a reação de N-alquilação de 3-indol com bromoalcano para gerar derivados de N-alquilindol, que têm valor importante na síntese de medicamentos.

 

Alquilação de enolatos: TBAB reage com enolatos para formar produtos alquilados estáveis, que são utilizados para a síntese de compostos esteróides e produtos naturais.

3. Processo de química verde
Com as regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas, o TBAB é altamente favorecido na química verde devido à sua baixa toxicidade, alta pureza e reciclabilidade. Por exemplo:
Reação de bromação não solvente: Ao introduzir vapor de bromo no sólido TBAB, o brometo de tributilamônio (TBABr ∝) pode ser sintetizado diretamente com um rendimento de 84%, evitando a poluição por volatilização do bromo nos processos tradicionais de bromação.
Síntese por método de troca iônica: use resina de troca aniônica básica forte do tipo gel para substituir Br ⁻ na solução TBAB por OH ⁻ para gerar hidróxido de tetrabutilamônio (TBAOH). A resina é renovável e reciclada, reduzindo significativamente os custos de produção.

A dupla contribuição da síntese antibacteriana e de medicamentos no campo da fabricação farmacêutica

 

1. Matérias-primas de medicamentos antibacterianos
O próprio TBAB tem forte capacidade bactericida e pode ser usado diretamente para preparar desinfetantes antibacterianos. Seu mecanismo de ação é destruir a permeabilidade das membranas celulares bacterianas, levando ao vazamento do conteúdo celular, matando assim bactérias, fungos e vírus.
Cenários de aplicação:
Desinfecção de instalações médicas: a solução TBAB é usada para desinfecção de instrumentos cirúrgicos e ambiente de enfermaria, matando efetivamente bactérias-resistentes a medicamentos, como Staphylococcus aureus resistente à meticilina-(MRSA).
Esterilização de plantas de processamento de alimentos: O TBAB, como fungicida livre de resíduos, é usado na limpeza de equipamentos de processamento de carnes e laticínios para garantir a segurança alimentar.

2. Intermediário para síntese de medicamentos
TBAB desempenha um papel crucial na síntese de medicamentos, particularmente nas áreas de biofarmacêutica e química farmacêutica

 

Síntese de daggligin: TBAB catalisa a conversão desoxinucleofílica e eletrofílica da amida para gerar o intermediário - aminofosfonato, que fornece uma etapa fundamental para a síntese de daggligin, um novo medicamento antidiabetes.
Desenvolvimento de medicamentos anti-diabetes: TBAB é usado para catalisar a formação de ligações carbono-nitrogênio e ligações carbono-oxigênio e promover o desenvolvimento de novos medicamentos hipoglicêmicos.
3. Fungicidas e inseticidas agrícolas
O TBAB é usado na agricultura para prevenir e controlar doenças e pragas nas culturas e para proteger o crescimento saudável das culturas.
Fungicida: A solução TBAB pulverizada na superfície das folhas pode inibir a germinação de esporos de fungos, prevenir e controlar a brusone do arroz, oídio do trigo, etc.
Inseticidas: TBAB é composto por compostos piretróides para aumentar o contato e a toxicidade estomacal contra pragas e reduzir o uso de pesticidas.

Aplicações inovadoras de tratamento de água e remediação de poluição no campo da proteção ambiental

 

1. Adsorção e precipitação de íons de metais pesados
TBAB remove íons de metais pesados ​​(como Pb ² ⁺, Cd ² ⁺, Hg ² ⁺) de águas residuais por meio de quelação, formando precipitados insolúveis de oxalato ou hidróxido:
Pesquisa laboratorial: TBAB tem uma eficiência de tratamento superior a 95% para águas residuais contendo chumbo (concentração inicial de 100 mg/L), com concentração de chumbo no efluente inferior a 0,1 mg/L (em conformidade com o Padrão Abrangente de Descarga de Águas Residuais).
Aplicação industrial: TBAB é combinado com poliacrilamida para aumentar o tamanho das partículas de sedimentos, acelerar a taxa de sedimentação e reduzir os custos de tratamento de águas residuais.

2. Degradação de poluentes orgânicos
TBAB, como aditivo eletrolítico, promove a degradação de poluentes orgânicos em métodos de oxidação eletroquímica

 

Tratamento de águas residuais com corantes: O sistema de eletrólise TBAB Na ₂ SO ₄ pode degradar eficientemente corantes azo (como laranja de metila), com uma taxa de remoção de DQO superior a 90%.
Remoção de resíduos de pesticidas: o TBAB catalisa reações de redução eletroquímica para converter pesticidas de fósforo orgânico (como diclorvos) em produtos não{0}}tóxicos, reduzindo a poluição do solo e da água.
3. Remediação do solo e regulação de íons cálcio
Na melhoria de terras alcalinas salinas, o TBAB quela Ca ² ⁺ no solo, reduz o teor de cálcio trocável e enfraquece o efeito destrutivo dos íons de sódio na estrutura do solo:
Experimento de campo: Após a aplicação do TBAB, o valor do pH do solo diminuiu em 0,5-1,0 unidade e a taxa de emergência da cultura aumentou em 15% -20%.
Estudo do mecanismo: TBAB forma complexos solúveis com Ca ² ⁺, reduzindo a adsorção de íons cálcio nas superfícies das partículas do solo e promovendo a lixiviação de íons sódio.

Ciência Eletroquímica e de Materiais: Preparação e Otimização de Desempenho de Materiais Funcionais

 

1. Aditivos eletrolíticos
TBAB, como aditivo eletrolítico, pode melhorar o desempenho eletroquímico de baterias e capacitores
Bateria de íon de lítio:Pó de brometo de tetrabutilamônioadicionado ao eletrólito pode inibir o crescimento de dendritos de lítio e prolongar a vida útil da bateria.
Supercapacitores: o sistema de eletrólise com solvente orgânico TBAB melhora a densidade de energia dos capacitores de{0}camada dupla, com uma densidade de potência de até 10kW/kg.
2. Preparação de nanomateriais
TBAB é usado em nanotecnologia e ciência de superfície para preparar nanocompósitos altamente condutores e estáveis:
Síntese de pontos quânticos: TBAB atua como um ligante de superfície para estabilizar pontos quânticos CdSe, prevenir agregação e melhorar o rendimento quântico de fluorescência.

 

Modificação do grafeno: TBAB modifica a superfície do grafeno por meio de interações π - π, melhorando sua ligação interfacial com polímeros e melhorando as propriedades mecânicas dos materiais compósitos.

3. Surfactantes e emulsificantes
A estrutura do sal de amônio quaternário do TBAB o torna um excelente surfactante para uso em detergentes, agentes anti{0}estáticos e outras áreas
Fórmula detergente: TBAB reduz a tensão superficial da água, aumenta a capacidade de remoção de manchas e tem efeito bactericida.
Revestimento antiestático: TBAB é composto com álcool polivinílico para preparar um filme transparente anti{0}estático para embalagens de componentes eletrônicos.

Outras áreas de aplicação inovadoras

 

1. Indústria de corantes e pigmentos
TBAB é usado para fabricar corantes azo, corantes xanteno, corantes de antraquinona, etc., e serve como revelador, mordente de lã e corante de couro:
Síntese de corante: TBAB catalisa a reação de diazotização para gerar corantes azo de alta-pureza com uma solidez de cor de 4 a 5 níveis.
Tingimento de couro: TBAB forma complexos com íons metálicos para aumentar a capacidade de adsorção dos corantes nas fibras do couro, resultando em cores uniformes e completas.
2. Reagentes químicos analíticos
TBAB, como reagente de par iônico e reagente de análise polarográfica, é usado para separação cromatográfica e detecção eletroquímica:

 

Cromatografia de pares iônicos: TBAB forma pares iônicos neutros com analitos ácidos ou alcalinos, melhorando o tempo de retenção cromatográfica e a eficiência de separação.

Análise polarográfica: TBAB serve como eletrólito de suporte para eliminar a influência de íons interferentes e obter detecção de alta sensibilidade de íons metálicos.
3. Agente impermeabilizante de papel
TBAB é usado no processo de fabricação de papel para melhorar a resistência à água e mecânica do papel
Processo de revestimento: TBAB é composto por adesivo de colofónia para formar um revestimento impermeável, reduzindo a absorção de água do papel para menos de 5%.
Efeito de aplicação de cola: TBAB promove a distribuição uniforme da cola de breu na superfície da fibra, aumentando a resistência à tração e à flexão do papel.

Método de preparação depó de brometo de tetrabutilamônio:

N (tri-n-butilamina): n (1-bromobutano)=1.0:1,1, solvente de reação acetato de etila 20 mL, adicionado à autoclave, substituído o ar na autoclave por nitrogênio três vezes e preenchido com nitrogênio até que a pressão na autoclave seja de 4 MPa, aquecida a 100 graus no banho de óleo, e o tempo de reação é de 14 h.

O produto é submetido à destilação a vácuo para recuperar acetato de etila e 1-bromobutano, e a mistura de éter de petróleo e 1-bromobutano é adicionada para dispersar o produto após a destilação. A mistura de éter de petróleo e 1-bromobutano com proporção de massa de 1,0:1,3 é adicionada três vezes e depois lavada e filtrada. Coloque o material sólido filtrado na estufa de secagem a vácuo para secar até peso constante, e então o produto pode ser obtido, com rendimento de cerca de 83,93% e pureza de cerca de 98,96%.

Mecanismo de reação:

A reação de síntese TBAB parece ser uma reação secundária e a reação pode ser uma reação SN2. A tributilamina possui um par solitário de elétrons, que atua como um reagente nucleofílico para atacar o 1-bromobutano. Quando o reagente nucleofílico forma gradualmente uma nova ligação com o átomo de carbono saturado do bromobutano, o grupo de saída Br é gradualmente empurrado para fora do átomo de carbono saturado para formar uma substância ativada e depois convertido em um produto. Devido à produção da substância ativada, a ordem do processo aumenta, portanto △ S0<0. The activation energy of the whole reaction is large. Increasing the reaction temperature can help the reaction to proceed faster.

Propriedades químicas do brometo de tetrabutilamônio:

Em 1951, Buckles e outros prepararam TBABr3 dissolvendo brometo de tetrabutilamônio em solução de tetracloreto de carbono bromado. A reação pode ser concluída em pouco tempo com um rendimento de 91%. TBABr3 também pode ser obtido passando o vapor de bromo através do sólido de brometo de tetrabutilamônio sem solvente e colocando o vapor em contato com o sólido por várias horas, com um rendimento de 84%.

Em 1987, Kajigaeshi et al. dissolveu brometo de tetrabutilamônio na solução aquosa de bromato de sódio e adicionou ácido bromídrico à solução para preparar TBABr3 com rendimento de 95%, que é mais conveniente de operar e evita o uso de bromo simples.

Pese uma certa quantidade de sal de amônio quaternário e adicione-o ao recipiente de reação, adicione uma certa quantidade de água e óxido de prata e agite por 1h no instante seguinte. Retire amostras para centrifugação e teste se o sobrenadante ainda contém íons halogênio. Se ainda contiver íons halogênio, adicione óxido de prata até que nenhum íon halogênio seja detectado. Filtre a solução de reação e a fase reversa é a solução aquosa de base de amônio quaternário. Para evitar que a base de amônio quaternário da solução seja oxidada pelo dióxido de carbono do ar, a filtração deve ser realizada em nitrogênio.

Misture a solução metanol de brometo de tetrabutilamónio com a solução metanol de hidróxido de potássio e reaja durante 0,5 h. A mistura obtida após a reação é filtrada e parte do metanol anidro como solvente é removido por destilação atmosférica. Em seguida, adicione água pura e continue a destilação atmosférica para remover o metanol e a trin{3}}butilamina produzidos pela microdecomposição. Por fim, o concentrado obtido é transferido para o cristalizador, resfriado, cristalizado e filtrado sob proteção de dispositivo de absorção de cal viva. O produto filtrado é seco em estufa de secagem a vácuo a 80 graus para obter produto cristalino branco.

Resina de troca aniônica básica forte tipo gel 201 × 4. Após o pré-tratamento, ela é carregada na coluna e uma certa concentração de solução de brometo de tetrabutilamônio é preparada para troca iônica para obter solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio. A resina de troca iônica é regenerada com solução de NaOH e reciclada. O íon trocável OH - transportado pelo grupo funcional da resina é usado para troca iônica com solução de brometo de tetrabutilamônio, Br - é adsorvido na resina e OH - entra na solução.

O brometo de tetrabutilamônio é decomposto em 52% e 92% de tributilamina em solução aquosa concentrada de NaOH a 60 ou 100 graus após 7 horas.

Na cromatografia gasosa, a temperatura mínima para a decomposição completa do brometo de tetrabutilamônio em sal em solução aquosa é de 300 graus.

A combinação de ácido 2-iodoilbenzóico (IBX) e brometo de tetrabutilamônio pode ser usada para a descarboxilação e bromação do ácido cinâmico. Alguns halogenetos metálicos e outros catalisadores de transferência de fase podem ser usados ​​como reagentes de halogenação. Acetonitrila - água (2:1, v/v) é o melhor sistema solvente. Sob condições de forte absorção de elétrons, melhores rendimentos podem ser obtidos.

Sob condições de aquecimento, a N-alquilação do indol pode ocorrer entre o brometo de tetrabutilamônio e o 3-indol.

O brometo de tetrabutilamônio pode reagir com o enolato para formar o produto de alquilação.

Método de teste:
1. Titulação:
Pese com precisão cerca de 1,0 g de amostra, dissolva-a em um frasco cônico de 250 mL e adicione 50 mL de água. Adicione 0,05 g de bicarbonato de sódio e 0,2 mL de solução reagente de eosina. Titular com solução de nitrato de prata 0,1 g/L até a primeira descoloração. 1 mL solução de nitrato de prata 0,1 g/L equivale a 0,03224 g de brometo de tetrabutilamônio.
Conteúdo TBAB (%)=volume de solução padrão consumida (mL) × 0,03224 ÷ 1 g (peso da amostra) × 100%
2. Polarografia:
Cátodo: eletrodo de gota de mercúrio
Ânodo: fio Pt
Prepare uma solução 1,0 M (32,24 g de brometo de tetrabutilamônio em 100 mL de água) e adicione 0,2 mL de solução 1,0 Mpó de brometo de tetrabutilamônio. Desoxide com nitrogênio de alta-pureza até que a corrente de fundo mínima seja atingida (cerca de 5 minutos). Usando a condição de que a amplitude de modulação seja de 50 mV com uma diminuição de 1 s, a faixa de varredura é de - 1.2 a - 2.6 V com uma sensibilidade de 0,5 µ A a 0,01 V/s. Se a corrente for superior a 0,05 µ A, significa que o material atende aos requisitos sem impurezas.

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