Fördelar med vattenhaltig katalytisk reaktion vid THFDM-syntes

Vatten är ett vanligt lösningsmedel på jorden, och det är inte giftigt och inte förorenar. Det är bättre än traditionella organiska lösningsmedel när det gäller miljövänlighet. I den THFDM syntesprocessen är traditionella organiska lösningsmedel inte bara flyktiga och mycket giftiga, utan också skadliga för miljön och operatörerna. Vatten som lösningsmedel orsakar inte dessa problem. Användningen av vattenbaserade katalytiska system kan avsevärt minska utsläppen av skadliga lösningsmedel och minska risken för luft- och vattenföroreningar.
Förbättra reaktionshastighet och selektivitet
Solvatiseringseffekten i vattenhaltiga katalytiska system hjälper till att öka reaktionshastigheten. På grund av sin polaritet och starka vätebindning kan vatten stabilisera mellanprodukter eller övergångstillstånd och därigenom främja reaktionen. Till exempel, under hydreringen av furfural för att producera THFDM, kan vattnets polaritet öka hastigheten för karbonyl- och olefinhydreringsreaktioner. Särskilt genom bifunktionella katalysatorer hjälper närvaron av vatten till att öka tillförseln av protoner, vilket främjar reduktionsprocessen och ökar effektiviteten av THF-ringbildning.
Den höga polariteten och vätebindningen av vatten kan också påverka katalysatorns aktiva centrum och öka substratets adsorptionskapacitet på katalysatorytan. Till exempel, i närvaro av nickel- eller kopparbaserade katalysatorer, kan vatten hjälpa till att aktivera substratmolekyler, vilket gör det lättare för biomassabaserade råvaror som furfural eller furfurylalkohol att interagera med katalysatorn och därigenom öka reaktionens selektivitet. Vattenfaskatalys kan ibland signifikant minska förekomsten av sidoreaktioner, såsom överdriven reduktion eller onödiga nedbrytningsreaktioner, och därigenom öka utbytet av målprodukten THFDM.
Minska energiförbrukningen
Den höga specifika värmekapaciteten och värmeledningsförmågan hos vatten gör det till ett bra reaktionsmedium, som kan ge tillräcklig energi för att upprätthålla reaktioner vid låga temperaturer. Jämfört med många traditionella organiska lösningsmedelssystem som kräver höga temperaturer och tryck, utförs vattenfasreaktioner ofta under mildare förhållanden, vilket minskar beroendet av externa energikällor och därmed minskar energiförbrukningen. Denna egenskap att minska energibehovet överensstämmer inte bara med principerna för grön kemi, utan minskar också reaktionskostnaderna, vilket avsevärt kan förbättra de ekonomiska fördelarna, särskilt vid storskalig industriell syntes.