Υδροχλωρική φορμαμιδίνη, γνωστό και ως υδροχλωρικό μεθανιμιδαμίδιο ή απλά HCl φορμαμιδίνη, είναι ένα λευκό κρυσταλλικό στερεό που ανήκει στην οικογένεια των οργανικών ενώσεων. Είναι ένα άλας αμίνης που προέρχεται από την αντίδραση μεταξύ φορμαμιδίνης, της απλούστερης αμιδίνης, και υδροχλωρικού οξέος. Χημικά, ο τύπος του είναι H2N-C=NH+·Cl−, υποδηλώνοντας την παρουσία ενός θετικά φορτισμένου ιόντος ιμίνης (H2N-C=NH+) εξισορροπημένο από ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν χλωρίου (Cl−).
Είναι ευρέως αναγνωρισμένο για τις ευέλικτες εφαρμογές του σε διάφορους βιομηχανικούς και ερευνητικούς τομείς. Χρησιμεύει ως πρόδρομος για τη σύνθεση πολυάριθμων σημαντικών χημικών ουσιών, συμπεριλαμβανομένων φυτοφαρμάκων, φαρμακευτικών προϊόντων, βαφών και πολυμερών. Στον αγροτικό τομέα, συγκεκριμένα παράγωγα χρησιμοποιούνται ως εντομοκτόνα και ακαρεοκτόνα, ελέγχοντας αποτελεσματικά τα παράσιτα που βλάπτουν τις καλλιέργειες.
Επιπλέον, αυτή η ένωση βρίσκει εφαρμογή στην παραγωγή πολυμερών όπως οι πολυουρεθάνες και τα πολυαμίδια, όπου δρα ως σκληρυντικός παράγοντας ή τροποποιητής, ενισχύοντας τις ιδιότητες του τελικού προϊόντος. Στη φαρμακοβιομηχανία, αυτό και τα παράγωγά του χρησιμοποιούνται στη σύνθεση φαρμάκων για τη θεραπεία διαφόρων καταστάσεων, λόγω της ικανότητάς τους να συμμετέχουν σε μια σειρά χημικών αντιδράσεων.
|
|
 |
| Χημικός τύπος | CH5ClN2 |
| Ακριβής μάζα | 80.01 |
| Μοριακό βάρος | 80.52 |
| m/z | 80.01 (100.0%), 82.01 (32.0%), 81.02 (1.1%) |
| Στοιχειακή Ανάλυση | C, 14,92; Η, 6.26; Cl, 44,03; Ν, 34,79 |
Ως Φαρμακευτικό Ενδιάμεσο: Χρησιμεύει ως σημαντικό ενδιάμεσο στη σύνθεση διαφόρων φαρμακευτικών ενώσεων. Τα φαρμακευτικά ενδιάμεσα είναι δομικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία παρασκευής φαρμάκων, όπου υφίστανται περαιτέρω χημικές αντιδράσεις για να σχηματίσουν τα τελικά ενεργά φαρμακευτικά συστατικά (APIs). Οι συγκεκριμένες αντιδράσεις και τα τελικά προϊόντα εξαρτώνται από τη χημική δομή και τις ιδιότητες.
Βιομηχανικές Εφαρμογές: Χρησιμοποιείται επίσης ως βιομηχανική πρώτη ύλη σε διάφορες διαδικασίες παραγωγής. Οι βιομηχανικές πρώτες ύλες είναι βασικά συστατικά που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή αγαθών και υπηρεσιών. Σε αυτό το πλαίσιο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη σύνθεση χημικών, πολυμερών ή άλλων υλικών που έχουν εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες.
Ερευνητικοί Σκοποί: Λόγω των μοναδικών χημικών ιδιοτήτων του, χρησιμοποιείται ευρέως και στην επιστημονική έρευνα. Μπορεί να χρησιμεύσει ως αντιδραστήριο ή υλικό έναρξης σε εργαστηριακά πειράματα που στοχεύουν στην εξερεύνηση νέων χημικών αντιδράσεων, στη σύνθεση νέων ενώσεων ή στη μελέτη της συμπεριφοράς συγκεκριμένων μορίων. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η χρήση του θα πρέπει να περιορίζεται αυστηρά σε ερευνητικούς σκοπούς και όχι για πειραματισμούς ή κατανάλωση από τον άνθρωπο.
εφαρμογές στη βιομηχανία
Ενδιάμεσο στη σύνθεση φαρμάκων
Χρησιμεύει ως κρίσιμο φαρμακευτικό ενδιάμεσο στη σύνθεση διαφόρων ενώσεων και φαρμάκων. Εμπλέκεται σε αντιδράσεις που οδηγούν στο σχηματισμό ενεργών φαρμακευτικών συστατικών (API) που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία διαφόρων ιατρικών καταστάσεων.
Η ευελιξία του στις χημικές αντιδράσεις και η ικανότητά του να παράγει προσαρμοσμένα ενδιάμεσα με επιθυμητές ιδιότητες το καθιστούν μια πολύτιμη ένωση στη φαρμακευτική βιομηχανία.
Ενδιάμεσο στη Χημική Σύνθεση
Εκτός από τη χρήση του στη φαρμακοβιομηχανία, είναι επίσης σημαντικό ενδιάμεσο στην οργανική σύνθεση. Μπορεί να συμμετάσχει σε διάφορες αντιδράσεις όπως υποκατάσταση, συμπύκνωση και άλλες, οδηγώντας στο σχηματισμό πολύπλοκων οργανικών μορίων.
Η αντιδραστικότητα και η ικανότητά του να σχηματίζει σταθερά ενδιάμεσα είναι ζωτικής σημασίας για τη σύνθεση οργανικών ενώσεων για διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές.
Εφαρμογή σε Υλικά Ηλιακών Κυψελών
Πρόσφατα, βρήκε εφαρμογή στην προετοιμασία υλικών για σχεδόν-απορρόφηση υπερύθρων. Στον τομέα αυτό, χρησιμεύει ως πρόδρομος ή ενδιάμεσος στη σύνθεση συγκεκριμένων ενώσεων που ενισχύουν την απόδοση αυτών των ηλιακών κυψελών.
Αυτή η αναδυόμενη εφαρμογή υπογραμμίζει τις δυνατότητές της στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τις βιώσιμες τεχνολογίες.
Πλατφόρμα Καινοτομίας
Χρησιμοποιείται επίσης εκτενώς σε δραστηριότητες έρευνας και ανάπτυξης (R&D) σε διάφορους κλάδους. Οι μοναδικές του ιδιότητες το καθιστούν ιδανικό υποψήφιο για την εξερεύνηση νέων χημικών αντιδράσεων, τη σύνθεση νέων ενώσεων και τη μελέτη της συμπεριφοράς συγκεκριμένων μορίων.
Οι ερευνητές το χρησιμοποιούν για να εντοπίσουν πιθανούς δυνητικούς πελάτες για νέα υλικά, να βελτιστοποιήσουν τις υπάρχουσες διαδικασίες και να αναπτύξουν καινοτόμες λύσεις για βιομηχανικές προκλήσεις.
Μέθοδοι Σύνθεσης
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη σύνθεση τουυδροχλωρική φορμαμιδίνη, το καθένα με τα μοναδικά του πλεονεκτήματα και δυνατότητα εφαρμογής. Οι πιο συνηθισμένες διαδρομές περιλαμβάνουν:
Αμμωνόλυση φορμαμίδης
Μία από τις πιο απλές μεθόδους περιλαμβάνει την αντίδραση φορμαμιδίου (HCONH2) με αμμωνία (NH3) υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Αυτή η αντίδραση τυπικά συμβαίνει παρουσία ενός παράγοντα αφυδάτωσης όπως το υδροχλωρικό οξύ (HCl) για να οδηγήσει την ισορροπία προς τον σχηματισμό.
HCONH2 + NH3 + HCl → NH2C=NH·HCl + H2O
1
Το φορμαμίδιο και η αμμωνία αναμιγνύονται σε κατάλληλο αντιδραστήρα.
2
Προστίθεται αργά υδροχλωρικό οξύ, ενώ διατηρείται η θερμοκρασία της αντίδρασης και αναδεύεται έντονα.
3
Το προκύπτον μίγμα θερμαίνεται σε αναρροή για μια περίοδο, επιτρέποντας στην αντίδραση να προχωρήσει μέχρι την ολοκλήρωση.
4
Το προϊόν στη συνέχεια απομονώνεται με ψύξη του μίγματος αντίδρασης, διήθηση και ξήρανση.
Αμμωνόλυση Καρβονυλικών Ενώσεων
Μια άλλη προσέγγιση περιλαμβάνει την αντίδραση καρβονυλικών ενώσεων (π.χ. φορμαλδεΰδης) με αμμωνία παρουσία ενός όξινου καταλύτη. Αυτή η μέθοδος μπορεί να είναι πιο ευέλικτη, καθώς επιτρέπει τη σύνθεση υποκατεστημένων φορμαμιδινών ανάλογα με την αρχική καρβονυλική ένωση.
HCHO + 2NH3 + HCl → NH2C=NH·HCl + 2H2O
1
Η φορμαλδεΰδη, η αμμωνία και μια καταλυτική ποσότητα υδροχλωρικού οξέος αναμιγνύονται σε έναν αντιδραστήρα.
2
Το μίγμα θερμαίνεται και αναδεύεται για αρκετές ώρες, αφήνοντας την αντίδραση να προχωρήσει.
3
Το προϊόν απομονώνεται και καθαρίζεται ακολουθώντας παρόμοια βήματα όπως περιγράφονται στην προηγούμενη μέθοδο.
Ηλεκτρόφιλη Αμίνωση
Σε αυτή τη μέθοδο, μια αμίνη (όπως η μεθυλαμίνη) αντιδρά με μια ηλεκτροφιλική πηγή αζώτου, που συχνά παράγεται επί τόπου από την αντίδραση μιας αμίνης με ένα κατάλληλο οξειδωτικό (π.χ. νιτρώδες οξύ). Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά για την άμεση σύνθεση, αλλά μπορεί να προσαρμοστεί για τη σύνθεση σχετικών ενώσεων.
Ανάλυση περίπτωσης
Η εφαρμογή της υδροχλωρικής αμιτράζης (ιδιαίτερα των παραγώγων της, όπως η υδροχλωρική αμιτράζ) σε υλικά ηλιακών κυψελών είναι κυρίως στη βελτίωση της απόδοσης και της σταθερότητας των ηλιακών κυψελών χαλκογονιδίου.
Περίπτωση 1: Έρευνα στο Shaanxi Normal University
Ερευνητικό υπόβαθρο:
Τα υλικά χαλκογονιδίου, ειδικά το FAPbI3, έχουν αναδειχθεί ως πολλά υποσχόμενα υποψήφια για εφαρμογές μετατροπής ηλιακής ενέργειας. Ωστόσο, αυτά τα υλικά πάσχουν από ελαττώματα και κακή ποιότητα φιλμ.
Εφαρμογή:
Ερευνητές στο Shaanxi Normal University εισήγαγαν 1Η-υδροχλωρική πυραζολ-1-καρβοξαμιδίνη (PCH) σε λεπτές μεμβράνες χαλκογονιδίου FAPbI3. Η μοριακή δομή της PCH έχει έναν δακτύλιο πυραζόλης συνδεδεμένο με φορμαμιδίνη (FA), η οποία βοηθά στην ενσωμάτωση στο λεπτό υμένιο από το μολυσματικό και αποκολλημένο φιλμ.
Το αποτέλεσμα:
Η παρουσία PCH είχε ως αποτέλεσμα συσκευές FAPbI3 με υψηλότερη κρυσταλλικότητα, πιο λείες επιφάνειες και χαμηλότερες πυκνότητες ελαττώματος, οδηγώντας σε βελτιωμένη τάση ανοιχτού κυκλώματος (Voc) και πλήρωσης. Η απόδοση μετατροπής φωτοβολταϊκών αγγίζει το ρεκόρ 24,62% και έχει εξαιρετική σταθερότητα υπό-μακροχρόνια έκθεση στον αέρα και θερμική καταπόνηση.
Περίπτωση 2: Συνεργατική έρευνα μεταξύ Huazhong University of Science and Technology και University of Georgia, USA
Πλεονεκτήματα των αλυσοτροχών
Φόντο:
Με βάση το χαλκογονίδιο (4-FPEA)2MA4Pb5I16, οι ερευνητές διερεύνησαν την επίδραση της υδροχλωρικής φορμαμιδίνης (FACl) ως πρόσθετου.
Εφαρμογή:
Το πρόσθετο FACl καθυστερεί την απελευθέρωση του MACl μέσω του μηχανισμού ανταλλαγής κατιόντων MA/FA, αποφεύγοντας έτσι τη βλάβη στο φιλμ από την ταχεία απελευθέρωση. Ταυτόχρονα, τα κατιόντα FA+ εισέρχονται στο πλέγμα των χαλκογονιδίων, μειώνοντας το χάσμα ζώνης και διευρύνοντας το φάσμα φασματικής απορρόφησης.
Αποτέλεσμα:
Το πρόσθετο FACl βελτιώνει σημαντικά την απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής (PCE) και τη σταθερότητα των ηλιακών κυψελών LDRP chalcogenide. Σε σύγκριση με το συνήθως χρησιμοποιούμενο MACl, το FACl επιτυγχάνει καλύτερη βελτίωση και ανοίγει νέες δυνατότητες για την εμπορική εφαρμογή ηλιακών κυψελών χαλκογονιδίου.
Περίπτωση 3: Σταθεροποίηση μαύρης φάσης FAPbI3 με 2D πρότυπο χαλκογονιδίου
- Ιστορικό: Το χαλκογονίδιο FAPbI3 έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω της εξαιρετικής φωτοβολταϊκής του απόδοσης και της υψηλής θερμικής σταθερότητας, αλλά το πρόβλημα σταθερότητας φάσης του έχει περιορίσει την εφαρμογή του.
- Στρατηγική εφαρμογής: Οι ερευνητές επωφελήθηκαν από την αντιστοίχιση πλέγματος μεταξύ των 2D χαλκογονιδίων που βασίζονται σε FA και του FAPbI3 για να σταθεροποιήσουν τη μαύρη φάση FAPbI3 διαμορφώνοντας μήτρα σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες από τις συμβατικές θερμοκρασίες ανόπτησης. Αν και αυτή η περίπτωση δεν αναφέρει άμεσα την υδροχλωρική φορμαμιδίνη, δίνει έμφαση στην ενίσχυση της σταθερότητας και της απόδοσης της λεπτής μεμβράνης των χαλκογονιδίων μέσω της στρατηγικής αντιστοίχισης πλέγματος και μορφοποίησης. Αυτή η στρατηγική συμπληρώνει το ρόλο της υδροχλωρικής αμιδίνης στη βελτίωση της απόδοσης των ηλιακών κυψελών χαλκογονιδίου.
Εφαρμογή υδροχλωρικής αμιδίνης στην παρασκευή υλικών ηλιακών κυψελών
Η υδροχλωρική αμιδίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόδρομος ή ενδιάμεσος για τη σύνθεση συγκεκριμένων ενώσεων στην παρασκευή υλικών ηλιακών κυψελών, ιδιαίτερα στη σύνθεση υλικών απορρόφησης εγγύς-υπέρυθρου. Με την εισαγωγή της υδροχλωρικής φορμαμιδίνης ή των παραγώγων της, είναι δυνατό να βελτιωθεί η ποιότητα του φιλμ, η κρυσταλλικότητα και τα ελαττώματα παθητικοποίησης των ηλιακών κυψελών χαλκογονιδίου, αυξάνοντας έτσι την απόδοση και τη σταθερότητα της φωτοβολταϊκής μετατροπής. Αυτά τα ευρήματα τονίζουν την αποτελεσματικότητα της υδροχλωρικής φορμαμιδίνης και των παραγώγων της ως νέα πρόσθετα για την ανάπτυξη ηλιακών κυψελών υψηλής απόδοσης με χαλκογονίδιο.
Καθώς έχει τις διπλές λειτουργίες μιας «δεξαμενής πρωτονίων» και ενός ρυθμιστικού παράγοντα
Υδροχλωρική φορμαμιδίνηΤο (FACl) είναι μια οργανική ένωση που περιέχει μια ομάδα φορμαμιδίνης (-C(NH)NH2). Το αμινο άτομο αζώτου (-NH2+) και το ιόν χλωρίου (Cl-) στη μοριακή του δομή του παρέχουν μοναδικές δυνατότητες δότη/υποδοχέα πρωτονίων. Στους τομείς της οργανικής σύνθεσης, των υλικών περοβσκίτη και της βιοχημείας, το FACl χρησιμοποιείται συχνά ως «δεξαμενή πρωτονίων» και ρυθμιστικό διάλυμα. Ρυθμίζοντας δυναμικά τη συγκέντρωση πρωτονίων (H+) ή την τιμή του pH, βελτιστοποιεί τις οδούς αντίδρασης ή τις ιδιότητες του υλικού. Τα παρακάτω θα το αναλύσουν από τις πτυχές του μηχανισμού μεταφοράς πρωτονίων και του ρυθμιστικού του αποτελέσματος.
Λειτουργία δότη/δέκτη πρωτονίων ως "αποθήκη πρωτονίων"
Χαρακτηριστικά δότη πρωτονίων
Στην αμινομάδα του FACl, το άτομο αζώτου της αμινομάδας (-NH2+) μπορεί να απελευθερώσει πρωτόνια (Η+) λόγω της διαφοράς στην ηλεκτραρνητικότητα, μετασχηματίζοντας στη ρίζα αμίνης (-C(NH)NH-). Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά αποτελεσματικό δότη πρωτονίων υπό όξινες συνθήκες (όπως pH < 4). Για παράδειγμα, όταν το FACl αντιδρά με το ιωδιούχο μόλυβδο (PbI2) για να σχηματίσει ιωδοφαινυλοφθορίδιο μολύβδου (FAPbI3), η ομάδα αμίνης απελευθερώνει πρωτόνια, προάγοντας τη διάλυση και την ανακατασκευή του πλέγματος του PbI2 και σχηματίζοντας ένα ομοιόμορφο φιλμ περοβσκίτη. Τα πειράματα δείχνουν ότι η προσθήκη FACl μπορεί να αυξήσει την κρυσταλλικότητα των μεμβρανών FAPbI3 κατά 20%, να μειώσει την πυκνότητα ελαττώματος κατά 15%, και έτσι να αυξήσει την απόδοση φωτοβολταϊκής μετατροπής (PCE) της συσκευής σε πάνω από 22%.
Χαρακτηριστικά δέκτη πρωτονίων
Σε αλκαλικές συνθήκες (όπως pH > 8), το ιόν χλωρίου (Cl-) του FACl μπορεί να δεχτεί πρωτόνια, δημιουργώντας υδροχλώριο (HCl), ενώ η ομάδα αμίνης (-C(NH)NH2) δρα ως βάση Lewis και σχηματίζει δεσμούς συντονισμού με μεταλλικά ιόντα P2+ (π.χ.). Αυτό το χαρακτηριστικό του επιτρέπει να παίζει βασικό ρόλο στη σύνθεση ετεροκυκλικών ενώσεων (όπως το ιμιδαζολυλογλυκεροφωσφορικό, IGP). Για παράδειγμα, στη σύνθεση της IGP, το FACl δρα ως υποδοχέας πρωτονίων, σταθεροποιώντας το ενδιάμεσο της αντίδρασης και αυξάνοντας την απόδοση από 60% σε 85%.
Δυναμικός Μηχανισμός Μεταφοράς Πρωτονίων
Η λειτουργία δότη/δέκτη πρωτονίων του FACl είναι δυναμικά αναστρέψιμη. Σε διάλυμα, η πρωτονιωμένη κατάσταση (-NH2+) και η αποπρωτονιωμένη κατάσταση (-C(NH)NH-) του FACl εξισορροπούνται με ρΗ. Για παράδειγμα, σε pH=5, η πρωτονιωμένη αναλογία του FACl είναι περίπου 70%, επιτρέποντας την ταυτόχρονη απελευθέρωση και αποδοχή πρωτονίων, επιτυγχάνοντας δυναμική αποθήκευση και απελευθέρωση πρωτονίων. Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά εξαιρετικό στα φωτοφωταύγεια υλικά: ρυθμίζοντας τη συγκέντρωση του FACl, μπορεί να ελεγχθεί το μήκος κύματος εκπομπής (λ_max) των μεμβρανών περοβσκίτη (μπλε-μετατοπιστεί από 520 nm σε 480 nm) και η διάρκεια ζωής του φορέα (τ) μπορεί να παραταθεί (από 50 ns).
Ρύθμιση του pH Λειτουργεί ως ρυθμιστικό
Ασθενές οξύ-Σύστημα ρυθμιστικού διαλύματος ασθενούς βάσης
Η αμινομάδα του FACl (pKa ≈ 6,5) και του ιόντος χλωρίου (Cl-) σχηματίζουν ένα ζεύγος ασθενούς οξέος-ασθενούς βάσης ρυθμιστικού ζεύγους, το οποίο μπορεί να αντισταθεί αποτελεσματικά στις διακυμάνσεις του pH εντός του εύρους 5.5 - 7.5. Για παράδειγμα, στο πρόδρομο διάλυμα περοβσκίτη, προσθέτοντας pAClH ± 0,1M σταθεροποιώντας το διάλυμα 0,1M F. 0,2, αποφεύγοντας την κατακρήμνιση PbI2 ή τη μετάβαση φάσης FAPbI3 λόγω τοπικών αλλαγών του pH. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι διαλύματα ρυθμισμένα με FACl έχουν 30% βελτίωση στην ομοιομορφία του φιλμ και μείωση της πυκνότητας ελαττώματος κάτω από 1010 cm-3.
Αντίσταση παρεμβολών
Το ρυθμιστικό αποτέλεσμα του FACl είναι ανθεκτικό σε ισχυρά οξέα/ισχυρές βάσεις. Σε διάλυμα που περιέχει 0,1 Μ HCl, η προσθήκη 0,2 Μ FACl μπορεί να αυξήσει το pH από 1,0 σε 5,5. σε διάλυμα που περιέχει 0,1 Μ NaOH, η προσθήκη 0,2 Μ FACl μπορεί να μειώσει το pH από 13,0 σε 7,5. Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά εξαιρετικό σε βιολογικές καταλυτικές αντιδράσεις: για παράδειγμα, στην αντίδραση Aldol που καταλύεται από αφυδρογονάση αλδεΰδης, το ρυθμιστικό σύστημα FACl (pH=7.0) μπορεί να αυξήσει την επιλεκτικότητα της αντίδρασης από 80% σε 95%, ενώ αναστέλλει το σχηματισμό παρα{12}προϊόντων.
Συνεργική επίδραση με ανόργανα ρυθμιστικά διαλύματα
Το FACl μπορεί να σχηματίσει ένα σύνθετο ρυθμιστικό σύστημα με φωσφορικά άλατα (όπως Na2HPO4/NaH2PO4) ή οξικά άλατα (όπως CH3COONa/CH3COOH), επεκτείνοντας το εύρος ρύθμισης του pH. Για παράδειγμα, στην κατασκευή LED περοβσκίτη, το σύνθετο ρυθμιστικό σύστημα που αποτελείται από FACl (0,05M) και φωσφορικό άλας (0,1M) μπορεί να σταθεροποιήσει το pH του στρώματος εκπομπής στο 6,5, να αυξήσει την εξωτερική κβαντική απόδοση (EQE) της συσκευής από 15% σε 22% και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του ταυτόχρονα 100 ώρες έως 500 ώρες).
Δημοφιλείς Ετικέτες: υδροχλωρική φορμαμιδίνη cas 6313-33-3, προμηθευτές, κατασκευαστές, εργοστάσιο, χονδρική, αγορά, τιμή, χύμα, προς πώληση