Способ получения гелевой структурированной системы для хранения и транспортировки диэтилового эфира

Настоящее изобретение относится к области химии элементоорганических соединений и органических пероксидов, конкретно к способу получения новой гелевой структурированной системы на основе пероксидов и тетраэтоксисилана для хранения и транспортировки диэтилового эфира - важного химического продукта, используемого в качестве органического растворителя при проведении химических реакций и экстракций. Также диэтиловый эфир используется как растворитель нитратов целлюлозы в производстве бездымного пороха, как добавка к топливу при запуске бензиновых двигателей внутреннего сгорания в суровых зимних условиях. Диэтиловый эфир находит применение и в медицине для ингаляционного наркоза. Диэтиловый эфир формулы С₂Н₅-О-С₂Н₅ - бесцветная, прозрачная жидкость, подвижная и легко воспламеняющаяся, имеет своеобразный запах и жгучий вкус.

Анализ научно-технической литературы демонстрирует, что наиболее близкой системой для удерживания жидкости, а именно воды, является полимерный гидрогель. Полимерный гидрогель представляет собой сшитый полимер на основе производных метакриловой кислоты, акриловой кислоты и винилацетата. Полимерный гидрогель предварительно получают в индивидуальном виде полимеризацией соответствующих мономеров и далее используют для удержания воды [(a) Ahmed Е.М., Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. J. Adv. Research. 2015, 6(2), 105-121; (b) Chirani N., Yahia L.H., Gritsch L, et. al. History and Applicatons of Hydrogels. J. Biomedical. Set 2016, 4:2; (c) Laftah W.A., Hashim S., Ibrahim A.N. Polymer Hydrogels: A Review, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2011, 50 (14), 1475-148; (d) Mathur A.M., Moorjani S.K., Scranton A.B. Methods for synthesis of hydrogel networks: a review. Journal of Macromolecular Science, Part C, 1996, 36(2) 405-430]. Однако известный полимерный гидрогель не может быть использован для хранения и транспортировки легколетучего растворителя диэтилового эфира, так как в отличие от воды диэтиловый эфир является неполярным растворителем и гидрогель не способен его удерживать. В литературе отсутствуют способы получения геля для хранения и транспортировки легколетучего растворителя диэтилового эфира.

В настоящее время диэтиловый эфир выпускают в герметически закрытых флаконах оранжевого стекла емкостью 100 мл, 150 мл и 1000 мл, а также в емкостях из алюминия, стали емкостью от 1 л до 200 л. Хранят в хорошо закупоренных емкостях при температуре не выше 15°С, в защищенном от света, вдали от огня, в прохладном и хорошо проветриваемом месте. Эфир чувствителен к свету и воздуху, стремясь образовывать взрывоопасные перекиси. Емкости с диэтиловым эфиром должны храниться в вертикальном положении во избежание утечки эфира. Пары диэтилового эфира могут образовывать взрывоопасную смесь с воздухом. Пары могут воспламеняться от статического электричества, которое может создаться при переливании эфира из одного сосуда в другой [Паспорт безопасности на диэтиловый эфир Sigma-aldrich].

Технической задачей настоящего изобретения является создание удобной и безопасной формы хранения и транспортировки диэтилового эфира. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом получения гелевой структурированной системы для хранения и транспортировки диэтилового эфира, заключающимся в том, что диэтиловый эфир смешивают с пероксидом общей формулы: ROOH (I), где R=Н или R₁R₂C(OOR₃), где R₁=СН₂СН(СН₃)₂, R₂=СН₃ или R₁=R₂=н-бутил или R₁+R₂=(СН₂)₄, (СН₂)₅, (СН₂)₆, (СН₂)₇, (СН₂)₁₁, (СН₂)₂СН(СН₃)(СН₂)₂, (СН₂)₂СНС(СН₃)₃(СН₂)₂, 2-адамантилил; R₃=Н либо R₄R₅C(OOH), где R₄+R₅=(СН₂)₅, (СН₂)₂СН(СН₃)(СН₂)₂, (СН₂)₆, (СН₂)₁₁, тетраэтоксисиланом и кислотным катализатором и процесс проводят при мольном соотношении пероксид:тетраэтоксисилан:кислотный катализатор 4-8:1,0:0,5-2,0 и объемном соотношении диэтилового эфира, равном 3,0-5,0 мл на 1,0 ммоль тетраэтоксисилана.

В качестве кислотного катализатора используют преимущественно эфират трехфтористого бора или серную кислоту.

В результате кислотно катализируемой химической реакции тетраэтоксисилана с пероксидом образуется структурированная сетка, которая в своих ячейках удерживает растворитель, тем самым образуется нетекучий гель, который устойчив в течение нескольких месяцев. При переворачивании и наклоне емкости растворитель не вытекает. Для высвобождения растворителя используют пресс-фильтр или нутч-фильтр. Подход к созданию структурированной сетки на основе кислотно катализируемой химической реакции тетраэтоксисилана с пероксидом с последующим отжигом можно использовать для создания аэрогелей. При данном подходе нет необходимости заранее приготавливать носитель для сохраняемой жидкости - легколетучего растворителя диэтилового эфира в отличие от известного полимерного гидрогеля для удерживания жидкости, например воды. За счет образования геля увеличивается вязкость растворителя и снижается давление насыщенных паров, уменьшается скорость испарения растворителя, что снижает уровень пожаро- и взрывоопасности. При повреждении емкости не происходит разлив полного объема растворителя. В настоящем изобретении гель создается непосредственно в емкости с растворителем путем добавления в растворитель тетраэтоксисилана, пероксида и кислотного катализатора. При данном подходе отсутствует стадия предварительной подготовки носителя (структурирующего агента) для хранения и транспортировки растворителя в индивидуальном виде.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание нового безопасного вида хранения и транспортировки легколетучего растворителя диэтилового эфира за счет получения новой неописанной в литературе гелевой структурированной системы на основе пероксидов и тетраэтоксисилана, при этом отсутствует стадия предварительной подготовки емкости (носителя), так как гелевая система готовится при непосредственном участии сохраняемого продукта - легколетучего диэтилового эфира. При этом количество диэтилового эфира при его высвобождении не теряется, так как он не вступает в химическое взаимодействие с гелевой структурированной системой.

Изобретение иллюстрируется примерами получения структурированного геля для хранения диэтилового эфира и таблицей со структурными формулами пероксидов, использованных в нижеприведенных примерах, но не ограничивающих объем изобретения.

Пример 1

К 3,0 мл диэтилового эфира добавляют тетраэтоксисилан (208,0 мг), 2М эфирный раствор пероксида водорода (3,0 мл; 6,0 моль Н₂O₂ на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и эфират трехфтористого бора (71,0 мг; 0,5 моль BF₃⋅Et₂O на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 3,0 мл извлекают фильтрованием через пресс-фильтр.

Пример 2

К 5,0 мл диэтилового эфира добавляли тетраэтоксисилан (208,0 мг), 35% водный раствор пероксида водорода (508,0 мг; 6,0 моль Н₂O₂ на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и эфират трехфтористого бора (71,0 мг; 0,5 моль BF₃⋅Et₂O на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 5 мл извлекают фильтрованием через пресс-фильтр.

Пример 3

К 7,2 мл диэтилового эфира добавляли тетраэтоксисилан (300,0 мг), 1,1-дигидропероксициклогексан (854,0 мг; 4,0 моль пероксида на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и эфират трехфтористого бора (102,0 мг; 0,5 моль BF₃⋅Et₂O на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 7,2 извлекают фильтрованием через пресс-фильтр.

Пример 4

К 7,2 мл диэтилового эфира добавляли тетраэтоксисилан (300,0 мг), 1,1-дигидропероксициклогексан (960,0 мг; 6,0 моль пероксида на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и эфират трехфтористого бора (102,0 мг; 0,5 моль BF₃⋅Et₂O на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 7,2 извлекают фильтрованием через нутч-фильтр.

Пример 5

К 7,2 мл диэтилового эфира добавляли тетраэтоксисилан (300,0 мг), 1,1-дигидропероксициклогексан (1,71 г; 8,0 моль пероксида на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и эфират трехфтористого бора (408,0 мг; 2.0 моль BF₃⋅Et₂O на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 7,2 извлекают фильтрованием через нутч-фильтр.

Пример 6

К 7,2 мл диэтилового эфира добавляли тетраэтоксисилан (300,0 мг), бис(1-гидропероксициклогекс-1-ил)пероксид (1,51 г; 4,0 моль пероксида на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и эфират трехфтористого бора (102,0 мг; 0,5 моль BF₃⋅Et₂O на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 7,2 извлекают фильтрованием через нутч-фильтр.

Пример 7

К 7,2 мл диэтилового эфира добавляли тетраэтоксисилан (300,0 мг), бис(1-гидропероксициклогекс-1-ил)пероксид (1,51 г; 4,0 моль пероксида на 1,0 моль тетраэтоксисилана) и концентрированную серную кислоту (196,0 мг; 2,0 моль H₂SO₄ на 1,0 моль тетраэтоксисилана). Через 24 ч получен нетекучий гель. Диэтиловый эфир в количестве 7,2 извлекают фильтрованием через пресс-фильтр.

Примеры 8-20.

Аналогично примеру 4 получают гель, но при этом используют в качестве пероксида соединения, приведенные в таблице.