硫脲和乙烯硫脲氧化中间物的合成与降解动力学研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nicoljoe001
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本论文以硫脲和乙烯硫脲的部分氧化中间物作为研究对象,对其合成以及水解动力学和热解动力学行为进行了研究,并分析了反应机理。论文以H202为氧化剂分别氧化二氧化硫脲(TUO2)、乙烯硫脲(ETU)和二氧化乙烯硫脲(ETUO2)制备三氧化硫脲(TUO3)、ETUO2和三氧化乙烯硫脲(ETUO3)。考查了反应物配比、温度、时间和酸浓度以及重结晶方法等对产物收率和纯度的影响,得到了合成TU03的最佳反应条件为TUO2与H202摩尔比为1:1.5,在50-60℃反应100分钟,使用12 mol·L-1的浓硫酸作为酸性环境,无水乙醇做为溶剂进行三次重结晶,得到产物纯度为98.03%,产率54.63%。ETUO2合成的最佳条件为初始水的质量等于反应物ETU的质量,H202与ETU摩尔比为2:1,pH为2,反应温度为-5℃,反应时间以滴完H202溶液为准,得到产物的产率为83.09%,产品中含有少量ETUO3。ETUO2在常温下非常不稳定,需要在低温下保存。ETUO3合成的最佳条件为40-50℃的温度,以20.8 gETU为基准,初始水量为ETUO2的1.4倍,浓硫酸2 mL, H2O2与ETUO2摩尔比为1:1,反应时间以滴完H202溶液为准,得到产物产率为21.63%。合成样品经过熔点测定、IR、HPLC、MS和NMR分析,表明实验得到了TUO3和ETUO3。运用HPLC并辅助UV-Vis手段对二硫甲脒盐酸盐(FDS)、甲脒亚磺酸(FSIA)、甲脒磺酸(FSOA)和2-咪唑林磺酸(Im-SO3H)在不同pH值缓冲溶液中的水解反应动力学行为进行了研究。在FDS水解反应的中间物中,除了有硫脲(TU)和FSIA外,还发现了两种未知物,通过鉴定确定这两种未知物为甲脒次磺酸和联硫氰。在pH1.50到3.00的缓冲溶液中FDS水解反应随着pH值升高水解速率加快。水解反应动力学方程为FSIA和FSOA水解反应在pH3.00到9.00的缓冲溶液中随着pH值升高速率加快。水解反应对于反应物的浓度是一级的,计算出了不同pH值下的表观速率常数,这两种物质的水解反应对氢氧根离子的依赖性在不同的pH区间是不一样的。考察了温度对FSIA水解反应的影响,发现温度对于水解反应是正效应,不同的pH值,温度的正效应不同,pH越低,温度的正效应越大。Im-SO3H水解反应在pH7.05到8.53的缓冲溶液中随着pH值升高速率加快。水解反应动力学方程为根据实验和文献,提出了四种氧化中间物的水解反应机理。采用TG/DTG/DSC方法对硫脲和乙烯硫脲的几种氧化中间物的热解动力学行为进行了研究,通过微分Kissinger方程和积分Ozawa方程对它们的热分解动力学参数进行了计算。二硫甲脒盐酸盐(TU2)的热分解过程中出现了四次明显的吸热行为,129℃时开始分解。TU2的热分解活化能为90.34 kJ·mol-1,指前因子为1.19×1011min-1,活化熵变为-70.09 J·mol-1·K-1,焓变91.48 kJ·mol-1和吉布斯自由能为120.23 kJ·mol-1。TUO2热分解包括两次放热阶段,第一阶段失重非常明显,由于分解放出SO2所致,热分解活化能为137.59 kJ·mol-1,指前因子为9.31×1017min-1,活化熵变为62.41 J·mol-1·K-1,焓变137.35 kJ·mol-1和吉布斯活化自由能为113.17 kJ·mol-1。TUO3和ETUO3热分解过程类似,出现一次大的吸热过程,是分解放出SO2气体,分别计算了它们的反应活化能、活化熵变、焓变和吉布斯自由能。通过对比吉布斯自由能,它们的热稳定性顺序为ETUO3> TU2>TUO2>TUO3。根据实验现象提出了它们热分解的机理。该论文有图62幅,表26个,参考文献228篇。
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