多组分反应文献
多组分多级分离的过程分析及简捷计算

分离过程是化工生产中的重要环节, 其目的是将混合物中的各个组分通过 物理或化学方法进行分离,得到纯度 较高的单一组分或多种组分的分离物。
多组分多级分离是指对含有多个组分 的混合物进行多级分离的过程,通过 多级分离操作,逐步将各个组分分离 出来,得到较为纯净的各个组分。
分离过程的理论基础
分离过程的热力学基础主要涉及化学平衡和相平衡,通过研究不同组分在相之间的分配行为,为分离 过程提供理论依据。
深入研究机理
进一步深入研究多组分多级分离 的机理,提高分离过程的可控性 和效率。
开发智能算法
结合人工智能和大数据技术,开 发更高效的智能算法,用于多组 分多级分离的过程优化和控制。
06 参考文献
参考文献
01
02
03
[1] Smith, J. (2010). Multicomponent separation processes: Fundamentals and applications. John Wiley & Sons.
、酶的纯化等。
在生物工程中,多组分多级 分离过程主要采用生物方法 ,如亲和层析、超滤等,以
实现各组分的有效分离。
简捷计算在生物工程中多组 分多级分离过程中也具有重 要意义,通过简捷计算可以 快速确定分离工艺参数,提 高分离效率和产物的纯度。
05 结论与展望
研究结论
01
分离过程优化
02
分离机理阐明
在石油工业中,多组分多级分离过程主要采用物理方法,如蒸馏、萃取等, 以实现各组分的有效分离。
简捷计算在石油工业中多组分多级分离过程中具有重要意义,通过简捷计 算可以快速确定分离工艺参数,提高分离效率。
案例二:化学工业中的多组分多级分离过程
金属卟啉催化的三组分反应研究进展

第43卷第3期2021年3月宜春学院学报Journal of Yichun UniversityVol.43(No.3Mar.2021金属吓啦催化的三组分反应研究进展梅应轩「2,邹怀波2#(1.宜春职业技术学院医学基础部,江西宜春336000;2.宜春学院江西省高校应用化学与化学生物学重点实验室,江西宜春336000)摘要:金属叫、咻配合物,是一类具有重要应用价值的催化剂,在氧化、不对称合成、烯坯化、C-H键插入等反应中有着良好的应用。
本文综述了金属叫、咻配合物在三组分反应中的催化应用,重点归纳评述了它们在合成卩比咯烷、卩比咯咻、三氮哇、异噁哇、氮杂环丙烷等重要有机分子方面的催化活性,分析了目前金属叫、咻配合物在这方面存在的问题并展望了其发展的方向。
关键词:叫、咻;金属配合物;催化;三组分反应中图分类号:0621.3文献标识码:A文章编号:1671-390X(2021)03-0042-05Progress on the Three一Component Reactions Catalyzed by MetalloporphynnsMEI Ying-xuan1,2,Z0U Huat-bo2#(1.Department of Basic Medicine,Yichun Vocational Technical College,Yichun336000,China; 2.Key Laboratory of JiangH University fcr Applied Chemistry and Chemical Biology,Yichun Unwersity,Yichun336000,China) Abstract:Metalloporphyrin is an important and veluablr catalysi,which can br used in oxidation,asymmetycal synthesis,olefination and C-H bond insertion,eta.In this paper,the recent progrese about catalytia application of metalloporphyriv io three-componeni oections has been reviewed,with an emphasis on the preparation of pyrrolidines,pyrolines,t aazolidine and so on.The problems of metalloporphyans io catalysis and several directions have also been addresied.Key words:Porohyrio;metal compUxei;catalysis;three-component reactioni1引言多组分反应,是指三个或更多的化合物以一锅煮的反应方式形成一个包含所有组分主要结构片段的新化合物的过程,该反应在由简单或易于获得的分子构筑较为复杂的分子方面具有快速而高效的优点,因此引起了人们的广泛兴趣[1]。
Ziegler-Natta催化剂中各组分相互作用研究进展

Ziegler-Natta催化剂中各组分相互作用研究进展谢克锋;邹欣;张文学;高琳;朱博超;黄安平【摘要】综述了Ziegler-Natta催化剂中主催化剂TiCl4、载体MgCl2、给电子体和助催化剂三乙基铝之间的相互作用机理.首先揭示了TiCl4与给电子体的相互作用机理,其次探索了TiCl4在MgCl2表面的存在状态及吸附方式,探索了给电子体在MgCl2表面的存在状态及吸附方式,并对催化剂三种组分(主催化剂TiCl4、载体MgCl2、给电子体)相互作用机理进行了探讨.在此基础上,对助催化剂活化催化剂机理进行了讨论.总之,从分子尺寸解释了各组分在催化剂中的作用,揭示了Ziegler-Natta催化剂的微观机理,为催化剂性能的调控提供指导.%The mechanism of interaction between the components in Ziegler-Natta catalyst system were reviewed in this paper,which involve main catalyst TiCl4,supporterMgCl2,donor and cocatalyst AlEt3.The mechanism of the interaction between TiCl4 and donor was explored,the states and adsorptionof TiCl4 on MgCl2 were discussed as well as thoseof donor onMgCl2.Thecomponents in Ziegler-Natta catalyst,TiCl4,MgCl2 and donor,were explored in view of interaction mechanism. The mechanism of catalyst activated by cocatalyst AlEt3 was summarized based on above discussion. It outlines the progress in clarifying the roles of the compoments in Ziegler-Natta catalyst in molecular site scale and in revealing the micromechanism of the catalyst to offer guidance for improvement of the catalyst.【期刊名称】《合成树脂及塑料》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】4页(P82-85)【关键词】齐格勒-纳塔催化剂;四氯化钛;氯化镁;给电子体;三乙基铝【作者】谢克锋;邹欣;张文学;高琳;朱博超;黄安平【作者单位】中国石油天然气股份有限公司兰州化工研究中心,甘肃省兰州市730060;中国石油天然气股份有限公司四川石化分公司,四川省成都市610000;中国石油天然气股份有限公司兰州化工研究中心,甘肃省兰州市730060;中国石油天然气股份有限公司兰州化工研究中心,甘肃省兰州市730060;中国石油天然气股份有限公司兰州化工研究中心,甘肃省兰州市730060;中国石油天然气股份有限公司兰州化工研究中心,甘肃省兰州市730060【正文语种】中文【中图分类】TQ316Ziegler Karl和Natta Giulio由于发现烯烃聚合催化剂获得了1963年诺贝尔化学奖,随后这类催化剂被命名为Ziegler-Natta催化剂,这个发现使聚合物化学领域发生了巨大的变化。
氯化铵催化有机合成反应的研究进展

化学研究与应用Chemical Research and Application Vol.33,No.1 Jan.,2021第33卷第1期2021年1月文章编号:1004-1656(2021)01-0001-16氯化鞍催化有机合成反应的研究进展李霞S黄国利"(1•云南师范大学化学化工学院,云南昆明650500;2.云南师范大学图书馆,云南昆明650500)摘要:廉价易得且对环境友好无毒的氯化钱作为Lewis酸催化剂,表现出较高的催化活性,已经成为有机合成中的一个重要方法,近年来一直是有机化学和催化化学的研究热点之一。
本文按照反应类型的不同对近年来氯化钱催化的有机反应研究进展进行了综述。
关键词:氯化钱;催化;有机反应;合成中图分类号:0621.3文献标志码:ARecent advances in NH4Cl-mediated organic synthesis reactionsLI Xia2,HUANG Guo-li1*(1・School of Chemistry and Chemical Engineering,Yunnan Normal University,Kunming650500,China;2.Department of Library,Yunnan Normal University,Kunming650500,China)Abstract:Ammonium chloride is inexpensive,available,environmentally friendly and non-toxic Lewis acid catalyst,and shows high catalytic activity,which has become an important method in organic synthesis・It is a research hotspot in the field of the organic chemistry and catalytic chemistry recently・This comprehensive review attempted to cover the recent progress of NH4Cl-mediated organic reactions according to the different types of reactions.Key words:NH4Cl;catalysis;organic reaction;synthesis清洁、快速、高效以及高反应选择性的绿色有机反应是化学研究者所追求的目标,而毒性大及价格昂贵的重金属或稀土金属及其络合物催化剂,限制了其大规模的应用,这需要越来越多的“绿色试剂”来代替那些容易对环境造成污染的试剂。
多组分反应合成杂环化合物研究进展

化学研究与应用Chemical Research and Application Vol.33,No.1 Jan.,2021第33卷第1期2021年1月文章编号:1004-1656(2021)01-0024-14多组分反应合成杂环化合物研究进展李晓堂1,张占辉"(1•沧州医学高等专科学校药学系,河北沧州061000;2.河北师范大学化学与材料科学学院,河北省有机功能分子重点实验室,河北石家庄050024)摘要:利用多组分反应合成结构复杂多样的杂环化合物,在有机合成领域具有广阔的应用前景和研究价值。
本文综述T近年来多组分反应在五元杂环、六元杂环、多元杂环合成中的研究进展,同时对杂环化合物的绿色合成方法做出展望。
关键词:多组分反应;杂环化合物;研究进展中图分类号:0626文献标志码:ARecent progress in synthesis of heterocyclic compounds viamulticomponent reactionsLI Xiao-tang1,ZHANG Zhan-hui2*(1.Department of Parmacy,Cangzhou Medical College,Cangzhou061000,China;2.Hebei Key Laboratory of Organic Functional Molecules, College of Chemistry and Material Science,Hebei Normal University,Shijiazhuang050024,China)Abstract:The use of multicomponent reactions to synthesize heterocyclic compounds with complex and diverse structures has broad application prospects and research value in the field of organic synthesis.This review focused on the recent progress for the synthesis of five-membered,six-membered,and multiple heterocycles via multicomponent reactions.Some directions that could further promote the green synthesis of heterocyclic compounds in the future were proposed.Key words:multicomponent reactions;heterocyclic compounds;research progress杂环化合物是在分子中包含杂环结构的有机化合物,除碳原子外,构成环的原子还包含至少一个杂原子。
鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟

第48卷第1期2021年1月华北电力大学学报Journal of North China Electric Power UniversityVol.48,No.1Jan.,2021doi:10.3969/j.ISSN.1007-2691.2021.01.15鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD 模拟陈鸿伟,刘玉强,刘博朝,梁锦俊,贾建东,宋杨凡,王睿坤(华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003)摘要:鼓泡床密相区颗粒的混合和扩散对炉内反应速率影响巨大,研究冷态鼓泡床密相区的混合情况,对热态锅炉研究提供参考㊂采用计算颗粒流体力学(CPFD )方法,对158mm (长)ˑ158mm (宽)ˑ400mm (高)的长方体模型进行模拟㊂主要研究不同流速下,不同质量分数的压缩木屑㊁稻壳的颗粒体积分数和横向扩散系数㊂模拟结果表明,与稻壳相比,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小;生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小;扩散系数随流化风速㊁生物质的质量分数的增加而增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳㊂关键词:鼓泡床;密相区;CPFD 模拟;多组分床料;横向扩散中图分类号:TK224㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1007-2691(2021)01-0114-07CPFD Simulation of Multicomponent Bed Material Diffusion in Dense Phase Zone of Bubbling BedCHEN Hongwei,LIU Yuqiang,LIU Bochao,LIANG Jinjun,JIA Jiandong,SONG Yangfan,WANG Ruikun(School of Energy Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract :The mixing and diffusion of particles in the dense phase zone of the bubbling bed have great influence on the reaction rate in the furnace.This paper studied the mixing of particles in dense phase zone of the cold bubbling bed,thereof providing reference for the research of hot boiler.This paper adopted a computational particle fluid dynam-ics (CPFD)method to simulate a 158mm ˑ158mm ˑ400mm cuboid model.In the cuboid model,we studied the par-ticle volume fraction and lateral diffusion coefficient of compressed wood chips and rice husks with different mass frac-tions at different flow rates.The simulation results show that compared with rice husks,the larger the volume fraction of compressed wood chips is,the smaller the degree of expansion of the bed is.As the mass fraction of biomass increases,the volume fraction of particles in dense phase zone is larger,while the expansion of bed and the overall fluidization in-homogeneity of the layer is smaller.The diffusion coefficient increases with the fluidization wind speed and biomass mass fraction.Under the same mass fraction,the diffusion coefficient of compressed wood chips is slightly smaller than that of rice husk.Key words :bubbling bed;dense phase zone;CPFD simulation;multicomponent bed material;lateral diffusion收稿日期:2020-07-14.基金项目:国家自然科学基金资助项目(51606067).0㊀引㊀言㊀㊀我国是能源消费大国,每年煤炭消耗量巨大㊂煤炭主要消费在火力发电㊁冶铁㊁化工和建材行业,其中火力发电占比最大,达到50%以上㊂然而,大规模利用煤炭资源也导致环境污染和全球变暖等问题愈发严重㊂2016年12月,国家发改委印发‘煤炭工业发展 十三五 规划“,氮氧化物㊁硫化物,重金属和粉尘排放问题得到了前所未有的重视㊂流化床锅炉作为一种清洁㊁高效的燃烧㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀设备,具有燃烧效率高㊁燃料适应性广㊁排放污染物较低以及负荷适应能力强的优点[1]㊂在燃烧过程中,流化风携带大量固体颗粒进入炉膛上部,按照炉膛内颗粒浓度自下向上将炉膛分为密相区㊁过渡区和稀相区㊂密相区是气固两相最先接触的区域,与上部快速流化区域不同,密相区内颗粒浓度大,混合剧烈,呈鼓泡状态[2-4]㊂如果床料混合不均匀,将直接导致局部严重缺氧,炉膛燃烧恶化㊂密相区的混合情况直接影响燃烧和反应速率,所以密相区颗粒混合和扩散一直是学者关注的问题㊂本文研究密相区床料扩散规律,为锅炉设计提供参考㊂沈来宏分析了鼓泡流化床内颗粒混合机理,将颗粒混合过程分为,上下运动的尾迹相㊁乳化相和横向扩散的乳化相[5]㊂Leckner等人认为,低流速下仅产生大的单个气泡,高流速下气泡从底部延伸到床层表面,定性地反映了密相区颗粒混合情况[6]㊂张贤等采用示踪颗粒法重点研究了不同宽筛分粒径对横向扩散系数的影响,认为相同条件下,宽筛分颗粒扩散能力低于窄筛分颗粒,所得横向扩散系数在0.0002~0.003之间[7]㊂李斌等模拟了不同床宽㊁不同位置进风对颗粒横向㊁竖向速度的影响[8]㊂Philipp等用干冰示踪剂研究流化床底部区域径向的固体浓度分布,实验发现,颗粒地横向扩散能力明显弱于轴向扩散能力[9]㊂杜奇在冷态实验台上使用热示踪粒子,研究颗粒扩散的影响因素,发现随着给煤口高度㊁风速的增加,颗粒横向扩散系数随之增大[10]㊂由于实验条件和测量方法的限制,目前主要研究流化风速㊁床宽等,对静止床料量以及床料种类研究较少㊂特别是床料种类,不同种类的床料由于密度不同㊁成分不同,相互掺混扩散能力也不同,对床内气固流动产生影响㊂本文采用计算颗粒流体力学(computational particle fluid dy-namics,CPFD)方法模拟密相区多组分床料扩散㊂CPFD采用欧拉-拉格朗日方法,其中流体相采用欧拉法和三维时均N-S方程,针对颗粒相采用拉格朗日方法和MP-PIC(Multi-Phase Particle-in-Cell)多相模型,能够精确地模拟颗粒的组分㊁粒径㊁运动轨迹和相互作用㊂CPFD采用粒子云模型,将相同属性(如密度㊁粒径㊁化学组成)的真实颗粒组成 颗粒团 ,从而减少计算量,快速准确地模拟出结果㊂1㊀数学模型㊀㊀MP-PIC方法[11]流体相采用欧拉法,颗粒相使用拉格朗日法并与流体相方程耦合,达到在三维空间内求解颗粒㊁流体的目的㊂模型中主要使用的控制方程,对于气固两相流θp+θf=1(1)式中:θp为颗粒相体积分数;θf为流体相的体积分数㊂流体相的连续性方程:∂θfρf∂t+∇ˑθfρf u f()=0(2)式中:ρf为流体相密度;u f为流体相速度,流体相动量方程为∂θfρf u f∂t+∇ˑθfρf u f u f()=-∇p+∇ˑθfτf()+θfρf g-F(3)式中:p为流体相压力;F为流体相宏观应力张量;τ为单位体积内流体相和颗粒相的动量交换率㊂颗粒相的动量方程表示为d u pd t=D p u f-u p()1ρp∇p+g-1θpρf∇τp(4)式中:u p为颗粒速度;ρp颗粒密度;τp为颗粒法向应力㊂相间曳力模型:D p=C d38ρfρpu f-u pr p(5)式中:r p为颗粒半径,其中C d=24Reθ-2.65g(1+0.5R e0.687)R e<1000(6)C d=0.44θ-2.65gR eȡ1000(7)㊀㊀连续粒子应力模型为τp=p sθβpmax[(θcp-θp),ε(1-θp)](8)式中:p s为常数,1Pa;β的取值通常在2~5;θcp为堆积密度;ε是一个数量级10-7的数㊂2㊀参数设置及工况设计㊀㊀本文针对密相区及其上部进行模拟,选取较为典型的长方体作为鼓泡床模型㊂模型尺寸为511㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年158mm(长)ˑ158mm(宽)ˑ400mm(高)㊂在设置网格时,进行无关性验证㊂网格数量太少时,计算精度不能满足预期要求;网格数量太多时,占用的计算资源过多,耗时太长㊂最终本文选用10 mm精度结构化网格,网格质量较好㊂根据Liang 等人的研究,选取Wen-Yu/Ergun曳力模型可以较好地模拟气固之间作用力[12]㊂计算中,初始状态在重力作用下自然堆积,堆积孔隙率取0.61㊂经过筛分后,床料设置如表1所示㊂表1㊀床料设置Tab.1㊀Bed material settings床料种类粒径/μm密度/(kg/m-3)球形度石英砂200~30022000.86压缩木屑500~60012000.8稻壳500~6007000.8气化流速u mf共选取5种,分别为0.4㊁0.45㊁0.5㊁0.55㊁0.6m/s,初始石英砂高度为80mm,稻壳和压缩木屑的选取量均为石英砂质量的0㊁2%㊁4%和6%,主要模拟多种固体床料在不同风速下流动状态㊂3㊀模拟状态讨论3.1㊀流动状态分析在床层膨胀稳定后,选取3s时的流动状态进行分析㊂图1为石英砂在0.4㊁0.45㊁0.5㊁0.55㊁0.6m/s风速条件下流动状态图㊂从图中可以看出,风速不同流动状态也不同㊂在0.4m/s风速下,产生的气泡较小㊁数量较少,整个鼓泡床的膨胀高度也较小㊂在0.5m/s风速下,可以观察到气泡的体积增大,床层膨胀高度增加,流化床密相区颗粒体积分数沿床高分布较均匀,下层流化较好,中层气泡相夹杂颗粒较少,上层堆积体积分数较大,稀相区的占比明显增多㊂0.6m/s流化状态较复杂,气泡上升速度加快,气泡与气泡之间出现集聚㊂密相区分布大量气泡,床层混乱程度增加㊂在气泡形成㊁上升移动和集聚破碎的过程中,都会促进床料混合,风速越大,混合的程度越大㊂刘典福等通过数字图像处理技术观察流化床中气泡形状,气泡在底部形成,逐渐上升凹陷,受到颗粒撞击变形直至破裂,促进床料混合[13],描述基本一致㊂图1㊀纯石英砂5种风速下流化形态图Fig.1㊀Flow pattern of pure quartz sand under five wind speeds3.2㊀不同种类床料对颗粒混合情况的影响生物质的种类也会对床层流动㊁混合产生影响㊂图2显示纯石英砂和加入不同质量分数压缩木屑㊁稻壳在3s左右的颗粒体积分数云图㊂从图中可以看出,三种质量分数的床料流动状态是相似的㊂压缩木屑的密度远大于稻壳,同等条件下流化所需的曳力更大㊂压缩木屑的膨胀高度略小于稻壳,颗粒体积分数略大于稻壳㊂在截面处出现体积较大的气泡,纯石英砂和稻壳体积分数较均匀,而压缩木屑密相区上层体积分数很大,且膨胀高度也明显低于稻壳㊂相同质量分数下,压缩木屑与稻壳相比,产生的气泡数量更少,气泡体积更大㊂由于密度的差异,压缩木屑更难被流化,气泡在上升过程中集聚,到达床层表面时破裂,将部分颗粒抛射到床层上方㊂当大的气泡之间发生碰撞,存在少量气体以短路的形式穿过床层㊂此时气泡的体积和床层膨胀程度变化不大[14]㊂顾佳雯等使用稻壳㊁锯花㊁花生壳和蔗渣生物质进行流化实验,同样以大气泡为主,气泡破碎带动大颗粒生物质扩散混合[15]㊂3.3㊀生物质物料量对扩散的影响图3表示3s时加入不同质量分数生物质的密相区颗粒粒径图㊂石英砂的粒径为200~300μm,而生物质的粒径为500~600μm,可以根据粒径的大小判断物质种类㊂图3(a)为不同质量分数稻壳的粒径图㊂生物质质量分数的增加,直接增大了床层高度㊂同时床层总质量也在增加,床层所需要的最小临界流化风速增大㊂风速没有改变,但床层所需的曳力增大,最终膨胀程度减小㊂稻壳的密度为700kg/m3远小于石英砂的2200kg/m3,在流化过程中,生物质被带到床层的最上部,发生明显的分层现象㊂由于密度较低,在密相区上方的稀相区,大部分为生物质颗粒㊂611㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀图2㊀不同生物质密相区流动状态㊀Fig.2㊀Flow status of different biomass dense phase zones图3(b)为不同质量分数压缩木屑的粒径图㊂生物质的增加没有明显的改变流化状态㊂由于压缩木屑的密度为1200kg/m3接近石英砂的密度,混合较好,未出现明显分层㊂在实际流化床中,生物质应尽可能均匀地与床料混合,增大接触面积㊂良好地混合有利用加快反应速率,促进生物质反应完全㊂图4显示三种质量分数下,稻壳和压缩木屑图3㊀含不同质量分数生物质的密相区颗粒粒径图Fig.3㊀Particle size map of dense phase zone with differentmass fractions of biomass的颗粒体积分数横向分布图㊂当生物质种类相同时,6%质量分数的生物质体积分数大于4%和2%质量分数的生物质㊂因为质量分数不同,床层重量有明显差异,达到同样流化状态所需要的曳力也不同㊂从图4可以看出,6%质量分数的生物质体积分数相对较大,证明床层膨胀情况较弱,颗粒堆积较为紧密㊂4%和2%质量分数的生物质相对较小,表明膨胀程度较强,床层沸腾剧烈㊂6%质量分数的生物质与4%质量分数的生物质体积分数差距较大,而4%和2%差异不明显,个别位置甚至出现2%质量分数的生物质体积分数更大的情况㊂同时,6%质量分数的生物质体积分数波动较小,整体膨胀较为均匀,而4%和2%质量分数的生物质体积分数波动很大,床层横向混合程度差异较大㊂从整体来看,整个图形呈 W 型,有两个峰值和三个谷值,体积分数变化也较大㊂Javad等人建立了水动力模型,在三个位置的径向颗粒体积分数同样呈现波动状态[3]㊂711㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年图4㊀密相区颗粒体积分数横向分布图Fig.4㊀Horizontal distribution of particle volume fraction indense phase region通过比较图4的(a)和(b)两幅图,也发现一些差异㊂虽然两幅图整体都呈 W 型,但稻壳更为贴近,压缩木屑的 W 不是很明显㊂在两幅图中,6%质量分数的生物质体积分数均为最大,在(b)中,6%生物质变化幅度更小,波动情况也更弱㊂但2%和4%质量分数的生物质变化幅度更大,床层不均匀性更强㊂3.4㊀颗粒横向扩散系数讨论颗粒横向扩散系数是衡量密相区扩散混合情况的一个重要参数[16],本文采用示踪粒子法进行模拟㊂在起始点(x0,y0,z0)注入N个理想示踪剂颗粒,每个示踪剂的瞬时位移可表示为X=x(t)-x0(9)㊀㊀N个示踪粒子在t时刻的平均瞬时位移为X-=1NðN n=1X n(10)㊀㊀在t时刻颗粒横向位移的方差为X-2=1NðN n=1X n-X-()2(11)㊀㊀颗粒的横向扩散系数可以表示为D x=12d X-2d t(12)㊀㊀在流动状态稳定后,选取三个时间段颗粒数据计算横向扩散系数,再取平均值㊂图5为纯石英砂和不同质量分数生物质的横向扩散系数D x的计算结果㊂图5㊀扩散系数与流化风速关系Fig.5㊀Relationship between diffusion coefficient and fluid-ized wind speed颗粒地混合主要是由于气泡尾涡中夹带有细小或低密度颗粒,在气泡上升过程中进入大颗粒之间的间隔所致;同时,气泡上升后在流化床中又会在局部留下新的空穴,此空穴马上会被上部和周围颗粒填充,也会促进颗粒混合[17]㊂流化风速增加,气泡产生的速度和体积越来越大,在其上升过程排挤颗粒的能力越来越强;当气泡上升到床层表面时,气泡抛射能力也较强㊂因此,扩散能力随流化风速的增加而增强,横向扩散系数也随之增大㊂三种情况中,纯石英砂的横向扩散系数是最小的㊂在添加生物质后,由于床层质量增加,气泡811㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀体积变大,上升速度更快,对床层的扰动能力更强,促使更多颗粒横向移动,加大了横向扩散系数㊂并且,生物质质量越多,床层横向扩散能力越强㊂压缩木屑和稻壳相比密度更大,气泡上升过程中,压缩木屑颗粒质量较大所受到的阻力也较大,所以扩散系数相比稻壳略小一些㊂在流化风速增大后,压缩木屑和稻壳扩散系数差别不大,主要是流化风速已经能够满足整个床层完全流化,颗粒的数量和密度影响不大㊂本文通过文献调研,判断横向扩散系数计算结果是否准确㊂学者们针对不同的实验模型和采用不同的实验方法,得到了不同数量级的扩散系数,大都在10-4~10-1数量级㊂本文模拟得到的扩散系数范围在0.006~0.011之间,而胡南等人利用热示踪粒子测量石英砂的扩散系数在0.002~ 0.008,较为接近前人研究成果[18]㊂国内外众多学者在冷态试验台上研究了流化风速和横向扩散系数的关系,得到的结论为:流化风速增加,颗粒横向扩散系数也会增大,与本文模拟所得结论一致㊂4㊀结㊀论㊀㊀本文采用CPFD方法对长方体鼓泡床模型的进行了模拟,主要研究了多组分床料种类和物料量对颗粒扩散的影响,重点分析了不同风速下的颗粒体积分数变化㊁不同物料量时颗粒粒径分布以及多组分横向扩散系数D x㊂主要结论如下: (1)利用CPFD模拟密相区颗粒流动形态,与前人研究结果基本一致,在气泡形成㊁上升移动和集聚破碎的过程中,都会促进床料混合,风速越大,混合的程度越大㊂(2)模拟了不同物料对密相区颗粒体积分数的影响,相比于稻壳,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小㊂(3)模拟结果显示,同种生物质条件下,生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小㊂(4)通过CPFD的方法计算出横向扩散系数,随着流化风速和床料量增加,扩散系数也在增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳㊂通过比较文献,横向扩散系数大都在10-4~10-1数量级,验证计算结果基本正确㊂参考文献:[1]岳光溪,吕俊复,徐鹏,等.循环流化床燃烧发展现状及前景分析[J].中国电力,2016,49(1):1-13.YUE Guangxi,LV Junfu,XU Peng,et al.The up-to-date development and future of circulating fluidized bedcombustion technology[J].Electric Power,2016,49(1):1-13(in Chinese).[2]宋杨凡,卢啸风,高建强.细颗粒鼓泡流化床内气固流动特性数值模拟研究[J].热力发电,2020,49(5):40-49.SONG Yangfan,LU Xiaofeng,GAO Jianqiang.Numeri-cal study on gas-solid flow characteristics in fine parti-cle bubbling fluidized beds[J].Thermal Power Gener-ation,2020,49(5):40-49(in Chinese). 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2010()水介质中有机反应的最新研究进展_史达清

2. 2 Ref ormat sky 反应 1985 年 , M at tes 等报道了第一个水介质中 Ref o rm atsky 型反应[ 30] , 采用 α-溴甲基丙烯酸与金属
锌反应制得了 α-亚甲基-γ-丁内酯 , 但在同样条件下正常的 α-卤代酸酯不发生反应.
芳醛与 α-卤代酸酯的 Ref ormat sky 反应在水中在金属锌或锡存在下可以进行 , 但反应的收率较低 , 而且脂肪醛不能发生反应[ 3] .
1 缩合反应
1. 1 Kno evenagel 缩合反应
Knoevenag el 缩合反应是有机合成中形成碳 —碳键的重要方法之一 , 该反应一般在有机溶剂中进
行 , 用碱与酸催化. 最近 , 研究发现该反应可以在水介质中进行. A mantini 等研究了芳醛与硝基乙腈在水中的 K no evenagel 缩合反应[ 4] , 产物为 E 式构型 :
影响与疏水性有关[ 19] .
CH O
+CN - H 2O
C CH O OH
2 亲核加成反应
2. 1 Michael 加成反应 Michael 加成反应也是形成碳 —碳键的重要方法之一. 实验表明 , 硝基甲烷和 2-丁烯酮在无催化剂
存在时 , 在通常的有机溶剂(如二氯甲烷 、四氢呋喃 、甲苯)中是不发生反应的 , 一般需用碱作催化剂. 但 该反应在水中不加任何碱即可进行 , 而且反应速率较甲醇中快 , 选择性更好 , 如加入环糊精等微量添加 剂可使反应加速[ 20] .
基-1-苯基-5-吡唑啉酮反应时 , 反应很难停留在缩合产物阶段 , 一般继而发生加成生成芳醛与活性亚甲
基化合物 1 ∶2 的反应产物 :
O
O Ar O
ArCHO +2
【doc】多组分混纺纱生产中纤维的混和问题(一)

多组分混纺纱生产中纤维的混和问题(一)J上海纺织科技SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY44l技术讲座兰曼釜旦:篁塑堂:篁!!塑VOI.33NO.11.2005多组分混纺纱生产中纤维的混和问题(一)吕恒正(天津天鼎纺织集团公司,天津300182)摘要:市场需要多组分混纺纱,但纺纱厂中多组分纤维的混和方式落后,文章在分析各种落后混和方式的缺陷以后,提出了比较具体的改进建议与实施方法.关键词:混纺纱;混纺;抓包机;混并中图分类号:TS106.41文献标识码:B文章编号:1001—2044(2005)11—0044—03 Fibermixingprobleminproducingmulti—fiberblendedyarn(I) LUHeng—zheng(TianjinTiandingTextilegroupCo.,Tianjin300182,China)Abstract:Multi—fiberblendedyarniswelldemandedbythemarket,butthefi bermixinginmulti-fiberblendedyamproductioninspin—ningmillsisfarlaggedbehind.Inthispaperareanalyzedshortcomingsofthiso ut—o~timewayoffibermixingwithsomeimprovingsugges—tionsandpracticalmethodsoffibermixingputforward.Keywords:blendedyarn;blending;baleplucker;mixing1市场的变化1.1社会需求的变化加入WTO以后,我国的纺织品直接面向国内国外两个市场,社会需求向高层次发展,主要体现在以下四个方面.(1)实用化,崇尚环保绿色纺织品.如采用具有抗霉,抑菌,防臭,防腐或经微量元素生化处理,能改善人体微循环,对多种疾病有辅助治疗作用的各种保健纤维织物和各种功能性纤维(防紫外线,远红外线,免烫,防污,防尘,防静电,阻燃等)织物,做到”穿出健康”.(2)舒适化,崇尚智能化,触感好,随身性好的纤维织物,如吸湿快干,保暖质轻,有适度弹性使穿着者有舒适感的织物.(3)个性化,能体现个人爱好的色彩,款式,图案和能显现个人风度,风格和独特美感的织物.(4)时尚化,在健康,环保的基础上,利用纺织品的流行色,流行款式,立体感等,形成高品位文化,不断创造新鲜感的广告织物.1.2高科技纤维的发展(1)基因工程在动,植物纤维上的应用.基因工程可对许多动,植物纤维无害化改性,能派生出彩色棉纤维,超细绵羊毛,超细桑蚕丝等多种纤维,而彩棉,彩毛纱不需印染,色泽度越洗越鲜,既减少后加工成本,又减少印染用水对环境的污染.(2)纳米技术在纺织工程上的应用.纤维,纱线问都存在许多远大于纳米微粒的微孑L,经处理的无机纳米微粒(1~100nm)可采用植入,吸附,涂层等各种方法,或植入化学纤维原料内部,制出抗菌,防臭,远红收稿日期:2005-09-20作者简介:吕恒正(1932-),男,天津市人,教授级高级工程师,从事纺纱工艺和产品的开发研究.外,防静电,抗紫外线,抗电磁波等高强高模纤维,或采用纳米助剂或涂层方法,改善天然纤维之不足,使织物增添某些适合市场需求的功能.(3)新纤维材料不断出现.绿色环保的新型纤维素纤维,如Tencel,Lyocell,Modal及聚乳酸,甲壳素纤维,还有品种繁多的化学新纤维,为多组分纤维纺纱提供了极其丰富的物质基础.纺织品市场正在向求新,求变,求时尚,个性化方面发展,多组分纤维的混纺织物应运而生.1.3市场运作(1)企业的积极行动.2004年4月在北京中国国际纺织纱线展上,国内多家纺纱厂纷纷推出了羊绒,彩棉,棉,麻,兔绒,大豆纤维,竹纤维,天丝,莫代尔以及各种细旦,超细旦化学纤维的混纺纱,琳琅满目.2005年4月北京第二届中国国际纺织纱线展上,则有更多的国内外厂商展示了多组分纤维混纺纱线及其面料.(2)多组分纤维纱线在发展.多组分纤维纱线在发展的纤维原料,已由传统的天然纤维,棉型涤,腈,丙纶等的纯纺及其两组分混纺,逐渐发展到绿色环保纤维,各种差别化和功能性化学纤维,细旦和超细旦纤维,经改良后的无害生态天然纤维的两组分及两组分以上的多组分纤维的纺纱.在今日我国的市场上,多组分纱线的种类不断增多.(3)多组分纤维纱高档面料缺乏.高档面料主要是多组分复合纱线的织物.利用多组分纱线各自的特点,通过混纺,交织,织物组织结构设计和多层织物的复合等手段,加上优良的后整理印染技术,组合成各种高档面料.对国外纱样进行分析,其纤维组成成分常在5~6种以上,而国内产品则因为国产混纺纱线纤维兰曼堡旦:筻塑鲞:篁塑v0I.33N0.11.2∞5SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHN0L0GY上海纺织科技组成成分太少,不能满足要求.2多组分纤维混纺的优点(1)扩大了纤维原料的资源.可保证多组分纤维在生产时有长期稳定的纱线质量,让纺纱企业有更多纤维原料选择的机会,可在满足用户需求的前提下,降低纺纱成本.(2)取长补短,改善纺纱性能.天然纤维吸湿透气性好,柔软,舒适,但纤维长度差异大,强力低,抗皱性差.化学合成纤维吸湿透气性差,纺纱时易产生静电,但纤维整齐,强力高,抗皱,耐久,保形性好.纤维素纤维的吸湿透气,柔软陛同天然纤维,且纤维整齐度好,但强力较低.当天然纤维,化学合成纤维,纤维素纤维以适当配比混和后,实行多组分纤维的混纺,则各种纤维原料互相取长补短,可使其纺纱性能大大改善或提高.(3)汉密尔顿(J.B.Hamilton)效应.汉密尔顿通过试验证明混纺纱中纤维沿混纺纱径向转移的规律是:较细的纤维有向纱的内层转移的趋势,较长的纤维和初始模量高的纤维也有同样效应.在此三因素中,纤维的长度和细度的影响较大,这一效应,已被越来越多的纺纱厂所采用.例如与羊绒混纺的纤维,欲突出混纺纱中羊绒的光泽,柔软,滑爽等风格,必须选用长度长于羊绒,细度细于羊绒的纤维,使羊绒纤维趋向混纺纱的外层表面,突出其风格.(4)匹染闪色效应.对混纺,交织织物匹染时,因纤维间染色性能有差异,或利用同一染料对多组分纤维的亲和力不同,可在同一织物上出现不同色调,使之产生闪色效应,增加美感.(5)改善织物外观与质感.弹性纤维混纺织物随身服用性能好,有紧身感;高收缩纤维混纺织物则有膨体效应,可产生起皱,折叠性美感,也可产生簇绒,保暖,雍容华贵之感.(6)市场的快速反应.多组分纤维混纺的特点是品种多,批量小,品种翻改快,几乎能在24h内提供客户所需要的纱样,生产线弹性极大,产量,质量的调整极其方便,这是传统纺纱生产线所不可能实现的.3多组分纤维混和的要求多组分纤维间的混和质量与混纺纱的质量密切相关,其要求远高于传统纺纱工艺.3.1纤维间的均匀混和均匀的混和始终是多组分纤维混纺的要求,因为混纺纱的功能都是由各组分纤维的特性来体现的.故在纺纱工艺上要尽可能做到各多组分纤维间的均匀混和,这就要求从抓包机的瞬时混和到多仓混棉机的随技术讲座I45机混和,都要在现有技术的基础上改进提高.3.2混纺比的精确控制国内的混纺纱已多至5组分不同性质,色度纤维的混纺,各组分纤维所占的比例决定着混纺纱的功能, 特性.在混纺过程中,如因工艺,设备,操作,管理等方面的原因,造成原定的混纺比受到破坏,纺成的混纺纱的功能,特性也产生变化,这是用户所不能接受的. 3.3保持长期质量稳定除达到与纯纺纱一样的有关质量指标以外,对混和均匀度和混纺比质量指标的要求,不只是某个批次, 某一时间内能达到,而是要能长期地无批次地实现一致.因为后道工序的用户多为最终产品生产企业,都具有品牌,商标概念,如果没有质量长期稳定的纱源, 品牌,商标将会因纱线质量的波动而受影响.4现行多组分纤维的混和方法棉纺生产工序存在包,卷,条,网,粗等5种工序的组合混和方法,可用配合方法高达好几十种,现择其有代表陛的8种方法叙述如下.4.1包混根据混纺比,两种不同性质的纤维包按包重折成棉包个数,同时在圆盘抓包机或往复抓包机上配盘两组分混和.4.2小量和花与盘混两种多组分纤维的混和,其中一种混纺比过小,这时采用人工按比例小量称量在A006B(C)或A092A型棉箱机械后部水平帘上喂人,通过棉箱两组分混和后送至后方成卷机成卷.4.3二次卷混一种纤维利用4.1或4.2节叙述的方法与另一种纤维两组分混和成卷,此两组分混和卷再从A066B (c)或A092A后部水平帘喂人,可以与另一种纤维再次混和成卷,形成三组分纤维的混和卷,此法需占用两套开清棉机组.4.4卷混两种待混和纤维,各自由开清棉机成卷,按比例控制成卷定量,在卷喂梳棉机上双卷喂人成两组分混和, 混和均匀度较高,需占用两套开清棉机组,且混纺比受限制.4.5条混混纺纤维各自制成生条,在并条机上混和,可进行反复多次的多程式(三或四道并条机)混和,以控制混纺比,混和的纤维种类可高达六至八组分,但每一组分纤维生条需占用一套开清棉机组,受设备限制.I上海纺织科技SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY46I技术讲座4.6网混混纺纤维各自制成生条,通过精梳准备机械中的条并卷联合机或条卷机一并卷机实行网混,其混和均匀度高于条混,混和的纤维种类可达六组分,占用设备情况同4.5节.但对那些不需精梳的纤维会造成损伤,原料有损失.4.7卷条组合混上述4.4与4.5或4.6节作组合混和,既有卷混的高均匀度,又有条混或网混的高混纺比控制精度,设备占用情况相同.4.8粗纱混混纺纤维各自制成粗纱,粗纱定量按混纺比设定,两种粗纱同时喂入细纱机,在牵伸装置的牵伸并合中实现两组分混和.由于牵伸胶圈中两根粗纱仅相邻一侧有混和作用,故混和的均匀度较低.现多采用赛络纺(Salospun)或赛络菲尔纺(Salofilspun),但混纺比都受限制.上述八种混和方法的比较见表l.表1八种混和方法优劣比较包包混,人工二次二卷条条并卷粗卷,并项目混小量和花巷混混混/并巷纱混组合混和均匀度CCBBDADA混纺比DDCCABAA控制精度长期稳定性DDCCBBAA人为因素影响DDDDCBAB生产效率ABBBDCCD设备利用率AACBDCDD劳动强度DDCBCBAC劳动环境DDCBCBAC回花回用AABBDCAD管理难易ADCBDBAD原料损耗程度BBBBCDAC成本AABBCDBDZ混和纤维品种222~322~622~8~殳表1中A表不优,B表不好,C表不一般,D表不差.租纱混和时需改造粗纱架及增设细纱断头自停装置(采用赛络纺,赛络菲尔纺时). 5新型混和方法的开发5.1现行混和方法的缺陷5.1.1纤维混和的均匀度(1)混和机理上的缺陷.包混一直沿袭至今,历来兰曼竺旦:篁塑查:蔓塑VO1.33N0.11.2005都是随机混和.存在的问题是:其一,抓包机抓起输出的纤维,是按照纤维包的排列有序进行的,由于没有及时控制这一环节,抓包机有序输出的纤维进入后部混棉箱后,变为无序的随机混和,这种混和,无论是短片段还是长片段,与有序的非随机混和相比,其混和的均匀度相对较低;其二,多仓混棉机各仓纤维间的混和在采用气流输出时,没有实行横铺直取方式,降低了纤维混和的均匀度.(2)瞬时混和能力差.造成此一缺陷的原因有两点:一是因为参与混和的各组分纤维包的密度和回潮率常有较大差异,即使配盘混和时已计及这些差异,抓包机的抓包打手从纤维包上抓取纤维的几率仍有差异,典型的例子如涤粘混和,涤纶的回潮率约0.4%,而粘胶的回潮率大至10%以上,抓包打手抓取纤维时,涤纶较松散,粘胶较紧实,抓取的纤维往往是涤多粘少;二是现行抓包机瞬时抓取点少,瞬时混和几率低.对包混而言,瞬时混和是后续一切混和效率的基础,由于混和基础差,欲求多组分纤维间的均匀混和.后工序被迫采用多程式或组合式混和方式,需要更多人力,物力的投入.(3)混和方法上的缺陷.现行的主要混和方法是多程式条混(三道或四道并条机混).通过多根条子并合,降低重量偏差,改善并控制重不匀率,一直就是纺纱工艺中行之有效的方法.但作为多组分纤维间的混和,有其固有缺陷,其一,纤维条子间的混和仅发生在条子相邻一侧,其主体部分纤维仍不相互接触,大部分主体纤维不产生混和作用,为求得纤维间的均匀混和,不得不采取反复多道的多程式混和,以弥补其混和作用的不足;其二,条子经反复多道并合,牵伸后,过烂过熟,使其在下道工序(粗纱机或新型纺机)导条架上的意外牵伸大,倒条时致黏条,劈条,毛条增加,既恶化条干,又增加纱疵.精梳准备的条并卷联或条卷一并卷的网混,可有较高的均匀度,但对那些不需要经过精梳的本色或有色的纤维,就意味着纤维原料的大量损伤.有人曾对条混与盘混进行过试验对比,数据列于表2,混纺纤维为Viloft与中空涤纶,混纺比为50/50.从表2可看出,盘混远优于条混.表2条混盘混质量对比混和细纱条干CV/%细节/个?km粗节/个?km棉结/个?km毛羽/根?(1Ore)方法lcmI2cml3cml4cmf5cm}7cml10cmJ12ctrl条混17.813215681135.6l305l112l41I16.8f2.8l1.5l1.0盘混14.9498042759.4l112.8{22.5l6.3l2.010.5j010.15.1.2混纺比的控制精度问题混纺比控制的精度是混纺纱重要的工艺参数之一,因为混纺比的变化会直接影响混纺纱的特性,色度等,现行的混纺是等到纺成纱了,才进行混纺比的测定,对混纺比精度的控制是试验加经验加严格的管理.事实上,在一种确定的混纺模式中,参与混纺的各组分纤维(下转第63页)!曼竺!星:篁塑堂:篁!塑V0I.33N011.2005SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY上海纺织科技I测试分析I63软件设计的出发点为:水润湿织物后,织物润湿区域与未被润湿区域的图像在灰度值上发生较为明显的变化(见图1),以及根据图像的灰度直方图的分布(见图3),可把图像视为具有不同灰度级的两类图像(目标和背景)的组合,通过选取合理的阀值,将图像二值化处理(分为区分润湿区域和非润湿区域),以获得润湿区域的面积.图3图像的灰度直方图分布2.4图像处理要点由于织物未被润湿区域与被润湿区域的图像对比度相差不大,没能充分利用255级灰度,如图3灰度直方图所示,基本集中在100~200之间.此外,图像在采集,量化和传输过程中会产生各种干扰,影响图像特征的提取和测试结果,因此在图像特征提取之前,必须对图像进行预处理,即对图像进行图像灰度级分布进行修正和去噪处理,以提高图像的质量.r~2-s]阀值选取得合理与否,关系到最后能不能正确反映润湿面积,关系到整个测试系统的精度和正确性. 阀值取得过大,提取的润湿区域将比实际的大;相反会将图像中的润湿区域误判为不润湿区域.尽管目前有多种方法可用于确定阀值,但不同类型的图像选用的方法有所不同,其基本原则是尽量避免受人为因素的干扰,自动化程度高,与实际图像的差异小等.对于润湿图像的二值化处理,一维熵最大阀值分割法基本能满足上述要求j.3测试结果实验选取几种形状各异的润湿图像,并使用图像分析测试法和剪纸称重法进行对比,具体方法为:液滴在织物上传导2min时,将图像拍摄下来,随后迅速将润湿区域外形描绘在匀质的纸上,并用剪刀剪下称重,每个试样剪五个,取其平均值.由于水滴在织物上润湿的过程是个动态过程,为了避免时间对图像法和剪纸称重法的影响,故选取2min时的润湿图像作为对比图像(此时面积的扩散已基本停止),实验结果如表1.两种测试方法所得实验数据之间的相对误差均在5%之内.表1图像法和剪纸法润湿面积匕较类别12345图像法/mm1216.871103.8O821.8O916.77505.14剪纸法/mm1238.541132.99833.84934.17523.97相对误差/%1.72.51.41.83.54结语运用数字图像分析技术对织物的润湿面积进行自动,快速,动态测量是一种准确有效的方法,这为进一步研究织物导湿性能提供了依据.参考文献:[1]王其.大豆纤维性能与导湿快干功能针织物研究[D].东华大学博士生论文,2002.[2]刘榴娣,等.实用数字图像处理[M].北京:北京理工大学出版社, 1998.3—5.[3]张远鹏,等.计算机图象处理技术基础[M].北京:北京大学出版社,1996.20~23,89~93.[4]章毓晋.图象处理和分析[M].北京:清华大学出版社,1999.84—85.[5]夏良正.数字图像处理[M].南京:东南大学出版社,1999.218~240.[6]谢梅娣.针织物导湿性研究[D].东华大学硕士论文,2004.1lll,l,l,’,l,l,l’l,l,l,l,l,l,,,l,l,l,l’l,l,ll’,l,lll’lllllllllll’l’l’’’l’l’l’l’l’’ll’l’l’l’l’lll’l (上接第46页)在普梳或精梳中的落率,及其纺出的生条或精梳条定量都是变化的,不进行动态的在线检测与控制很难提高混纺比的控制精度.5.1.3缺乏长期稳定的质量保证严格的管理确实能对质量稳定性的提高起到保证作用,但其中人为因素太多,稍一疏忽,极易造成事故.长期坚持,则困难极大,因此这种方式仅适于小批多变品种的生产,但决不适于创名牌,商标的品种.5.1.4生产效率低如表1所示,除棉包(小量和花)混和仅占用一套开清棉联合机,其他方法都需占用两套以上.为了达到某组分纤维小比例混纺要求,往往采用多程式或组合式(包混加小卷混加条混)混和,不仅管理难度大增,占用机台多,回花种类也多,设备利用率极低,不仅人力,功耗大大增加,且生产效率低,成本因之提高.(未完待续)_’’llllll’llllll’llllll’lllllllll’llllllll’lllllllll’lll’lllllllll,l,lll’’ll’lll’llllll’llllll, :欢迎参加”2005全国现代纺纱技术研讨会”12月10—12日无锡: lllllll’lllltl’llllll91[1lllll●llllll●lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll’llll’’ll’’’’’●一。
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Three-component diastereoselective cascade synthesis ofthiohydantoinsVictor Ceban,Kane Hands,Marta Meazza,Mark E.Light,Ramon Rios ⇑School of Chemistry,University of Southampton,Southampton SO171BJ,UKa r t i c l e i n f o Article history:Received 29August 2013Revised 3October 2013Accepted 23October 2013Available online 1November 2013Keywords:Organocatalysis Cascade reactions Thiohydantoins Edman degradation Diastereoselectivea b s t r a c tA new three-component cascade reaction for the synthesis of thiohydantoins is reported.The reaction between a -amino esters,nitrostyrenes,and aromatic isothiocyanates is efficiently promoted by organic bases to afford highly substituted thiohydantoins in moderate to good yields and diastereoselectivities.Ó2013Elsevier Ltd.All rights reserved.Thiohydantoins 1are very interesting compounds owing to their wide applications,for example,as hypolipidemic,2antithyrodial,3antibacterial,4antiviral 5(e.g.,HIV and tuberculosis),anticarcino-genic,6antimutagenic,7anti-ulcer,and anti-inflammatory agents 8and in pesticides.9However,thiohydantoins have a reputation of being unselective compounds that appear as ‘frequent hitters’in screening campaigns.This behavior has been the subject of contro-versial debate in the medicinal chemistry community:some con-sider that they are promiscuous binders with an insignificant value in drug discovery,while others consider that they are privi-leged scaffolds that could allow quick identification of hits,which could be developed further.10If thiohydantoins are considered to be privileged scaffolds,or-ganic chemists need to develop new methodologies that offer easy access to these structures in order to build large libraries of com-pounds that will lead to more selective hits.Despite the obvious interest in the synthesis of these com-pounds,we have found only a few methods in the literature for their synthesis.11One of the most important methodologies is Ed-man degradation,which was developed by Pehr Edman for sequencing amino acids in a peptide.12In this method,the ami-no-terminal residue is labeled and then cleaved from the peptide without disrupting the peptide bonds between other amino acid residues (Scheme 1).Spurred by our success in the synthesis of similar compounds such as substituted oxazolidinones,13we envisioned an easy entry into disubstituted thiohydantoins based on a multicomponent reaction 14inspired by Edman degradation.The commercially avail-able amino ester 1a was reacted with phenyl isothiocyanate (2a )to afford cyclic intermediate 4a .This highly acidic intermediate was deprotonated and trapped by an appropriate nucleophile 5a to af-ford compound 6a ,that underwent rearrangement to afford the thiohydantoin derivative 7a (Scheme 2).In the preliminary experiments,we investigated the multicom-ponent reaction between phenylglycine methyl ester (1a ),phenyl isocyanate (2a ),and nitrostyrene (5a )in the presence of different bases and solvents.To our delight,the reaction affords the pre-dicted disubstituted thiohydantoins in good yields and moderate to good diastereoselectivities (Table 1).As shown in Table 1,the best reaction conditions are as follows:base,Et 3N;solvent:acetonitrile.The use of DABCO and quinine,as the base,afforded thiohydantoin 7a in lower diastereoselectivities and in a racemic form (1%ee)(Table 1,entries 2and 3).The use of other solvents such as toluene,dichloromethane,chloroform,or ethyl acetate afforded the corresponding products with slightly lower diastereoselectivities and as more complex crude mixtures (Table 1,entries 4–7).Takemoto’s catalyst 15afforded a similar dia-stereoselectivity to Et 3N (10:1dr)with almost negligible enanti-oselectivity (10%ee).However,when the reaction was carried out in the absence of a base,a complex mixture was obtained with-out the desired product (Table 1,entry 9).We also tested the reaction with the hydrochloride salt of the a -amino ester 1a using 1.1equiv of Et 3N and obtained a similar result to entry 1(Table 1,entry 10).0040-4039/$-see front matter Ó2013Elsevier Ltd.All rights reserved./10.1016/j.tetlet.2013.10.110Corresponding author.E-mail address:R.Rios-Torres@ (R.Rios).With the optimized reaction conditions in hand,we decided to study the scope of the reaction using several nitrostyrenes,isothio-cyanates,and amino esters (Scheme 3).The thiocyanates containing electron-withdrawing substituents afforded the corresponding thiohydantoins in better yields but poorer diastereoselectivities compared to phenyl isothiocyanateTable 1Catalyst screening aEntry Base Solvent Conv.(4h)b dr c 1Et 3N MeCN 100%10:12DABCO MeCN 100%6:13Quinine MeCN 100%6:14Et 3N Toluene 100%5:15Et 3N CH 2Cl 2100%6:16Et 3N CHCl 3100%7.5:17Et 3NEtOAc 100%3:18Takemoto 15MeCN 100%10:19—MeCN ——10dEt 3NMeCN100%10:1aIn a small vial,1.0equiv of aminoester 1a ,1.1equiv of isothiocyanate 2a ,and 1.1equiv of nitrostyrene 5a were added in 1mL of the corresponding solvent in the presence of base (20mol %).The reaction was stirred at room temperature for 4h.bDetermined by 1H NMR of the crude mixture.cDetermined by 1H NMR of the crude mixture.dReaction carried out with 1.1equiv of Et 3N and 1a as a hydrochloride salt.7184V.Ceban et al./Tetrahedron Letters 54(2013)7183–7187(examples:7b and7g);when bulky isothiocyanates were tested, the reaction did not work(example7c).For the a-aminoesters, those containing aromatic substituents afforded better yields than those containing aliphatic substituents at the a-position,however, with slightly poorer diastereoselectivities(examples:7e and7k). Finally,we tested several nitrostyrenes and those containing electron-donating substituents that afforded poor yields and better diastereoselectivities(examples:7d and7j),while highly reactive p-nitronitrostyrene afforded a complex mixture(example:7f).16 The reaction pathway proposed in Scheme2was confirmed by 1H NMR analysis of the crude reaction mixture andfinal product.In Figure1,the1H NMR spectrum of the crude reaction mixture (upper spectrum)after the nitrostyrene addition is compared to the1H NMR spectrum of7a after purification using column chro-matography(lower spectrum).It is clear that the spectra are differ-ent and this indicates that the intermediate4a is the nucleophile, and the rearrangement that led to thefinal hydantoin product took place after the addition of the nitrostyrene.Moreover,thiohydantoin8a was prepared by following a literature procedure and was reacted with nitrostyrene under the same reaction conditions.After four hours,a complex mixture of several products was observed.These data confirm that intermediate4a,as shown in Scheme2,is the nucleophilic species(Scheme4).In order to establish the stereochemistry of the nitro com-pounds obtained,an X-ray diffraction study of the major isomer of7a was performed.17As shown in Figure2,the crystal structure of this compound confirms the previously assigned regiochemistry and shows that the relative configuration is(R⁄,S⁄).In summary,we developed a new three-component cascade reaction for the synthesis of thiohydantoins.The reaction is pro-moted using a base,affording thefinal products with moderate to good yields and diastereoselectivities.The mechanistic studies, synthetic applications,appropriate chiral version of this new methodology,and the discovery of new reactions based on this concept are currently under investigation in our laboratory.V.Ceban et al./Tetrahedron Letters54(2013)7183–718771857186V.Ceban et al./Tetrahedron Letters54(2013)7183–7187X-ray structure(ORTEP)of compound7a.The displacement ellipsoidsthe35%probability level,selected hydrogens omitted for clarity.2.Tomkins,J.E.J.Med.Chem.1986,29,855–859.3.Marx,J.V.;Richert,D.A.;Westerfeld,W.W.J.Med.Chem.1970,13,1179.4.Marton,J.;Enisz,J.;Hosztafi,S.;Timar,T.J.Agric.Food Chem.1993,41,148–152.5.El-Barbary,A.A.;Khodair,A.I.;Pedersen,E.B.;Nielsen,C.J.Med.Chem.1994,37,73–77.6.Al-Obaid,A.M.;El-Subbagh,H.I.;Khodair,A.I.;Elmazar,M.M.AnticancerDrugs1996,7,873–880.7.Takahashi,A.;Matsuoka,H.;Ozawa,Y.;Uda,Y.Agric.Food Chem.1998,46,5037–5042.8.Curran, Patent3,984,430,1976;Chem.Abstr.1977,86,55444.9.Nagpal, Patent4,473,393,1984;Chem.Abstr.1984,101,224844.10.Mendgen,T.;Steuer,C.;Klein,C.D.J.Med.Chem.2012,55,743–753.11.For recent work on the synthesis of thiohydantoins,see:(a)Kumar,V.;Rana,H.;Sankolli,R.;Kaushik,M.P.Tetrahedron Lett.2012,53,2377–2379;For areview regarding thiohydantoins,see:(b)Metwally,M.A.;Abdel-Latif,E.J.Sulfur.Chem.2012,33,229–257.12.Edman,P.;Högfeldt,E.;Sillén,L.G.;Kinell,P.-O.Acta Chem.Scand.1950,4,283–293.13.(a)Alba,A.-N.R.;Valero,G.;Calvet,T.;Font-Bardia,M.;Moyano,A.;Rios,R.Chem.Eur.J.2010,16,9884–9889;(b)Balaguer,A.-N.;Companyó,X.;Calvet,T.;Font-Bardía,M.;Moyano,A.;Rios,.Chem.2009,199;(c)Alba,A.-N.R.;Rios,R.Chem.-Asian.J.2011,16,720–734.14.For selected reviews on multicomponent organocatalytic reactions see:(a)Moyano, A.;Rios,R.Chem.Rev.2011,111,4703–4832;(b)Alba, A.-N.;Companyo,X.;Viciano,M.;Rios,.Chem.2009,13,1432–1474;(c) Enders,D.;Grondal,C.;Huettl,M.R.M.Angew.Chem.,Int.Ed.2007,46,1570–1581.15.Okino,T.;Hoashi,Y.;Takemoto,Y.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12672.16.General procedure for the preparation of quaternary a-amino acids via Edmandegradation:To a solution of amino ester(1equiv)in MeCN were added isothiocyanate(1.2equiv),a b-nitrostyrene(1.2equiv),and triethylamine(0.2 equiv).The solution was stirred for the indicated time and subsequently the solvent was removed by rotary evaporation.The reaction mixture was purified by column chromatography(hexane/acetone).Compound7a:Reaction time is 4h.Purified by column chromatography(hexane/acetone9:1).Yield:75%.Dr: 10:1.MS(ESI-)m/z:416.4(M-1).1H NMR(CDCl3,300MHz):9.60(s,1H,NH),7.73(d,2H,J=8.05Hz),7.2–7.5(m,11H,),6.43(d,2H,J=8.05Hz),4.80(ddd,1H,J=2.56Hz,3J=11.71Hz,3J=12.81Hz), 4.56(dd,1H,2J=3.66Hz, 3J=11.71Hz), 4.31(dd,1H,2J=3.66Hz,3J=12.81Hz).13C NMR(CDCl3, 75MHz):183.4,171.9,133.3,129.8,129.1,127.9,125.7,125.5,74.8,71.9,52.2.17.Crystallographic data(excluding structure factors)for the structure7a havebeen deposited with the Cambridge Crystallographic Data Centre with CCDC number963585.Copies of the data can be obtained,free of charge,on application to the Cambridge Crystallographic Data Centre,12Union Road, Cambridge,CB21EZ,UK,(fax:+44(0)1223336033or e-mail: deposit@).V.Ceban et al./Tetrahedron Letters54(2013)7183–71877187。