Le goudron de houille, autrefois considéré comme un déchet, est devenu un immense trésor car des centaines de composés peuvent en être isolés. La plupart de ces composés ont tendance à être des hydrocarbures aromatiques, des hydrocarbures aromatiques polycycliques et des composés hétérocycliques.
Le carbazole et l’anthracène, deux composants d’hydrocarbures aromatiques contenus dans le goudron de houille, sont utilisés comme intermédiaires organiques essentiels pour synthétiser divers dérivés de carbazole et anthraquinones. La séparation efficace du carbazole et de l’anthracène tire parti de leur solubilité différente dans les solvants. Dans ce processus, le criblage des solvants et l’optimisation des performances sont essentiels, et leur optimisation suit principalement le principe des essais et erreurs. Ainsi, il est nécessaire d’utiliser une technique de détection polyvalente pour comprendre ce processus de séparation au niveau moléculaire.
Le N,N-diméthylformamide (DMF) a été développé comme solvant efficace pour la séparation du carbazole et de l’anthracène en raison de la solubilité élevée du carbazole dans le DMF ; de plus, les chercheurs ont découvert que la séparation du carbazole et de l’anthracène peut bénéficier d’une liaison hydrogène intermoléculaire entre le carbazole et le DMF. Cependant, il n’y a pas eu d’étude détaillée concernant le mécanisme d’interaction entre le carbazole/anthracène et un solvant capable de liaison hydrogène. Il est important d’utiliser une technique de détection polyvalente pour analyser l’interaction des liaisons hydrogène, et donc d’expliquer le mécanisme d’interaction entre le carbazole/anthracène et le DMF via la liaison hydrogène au niveau moléculaire.
Récemment, le groupe de Yan Qiao, professeur au State Key Laboratory of Coal Conversion, Institute of Coal Chemistry, CAS, a étudié le mécanisme d’interaction intermoléculaire entre le DMF et le carbazole/anthracène par diverses techniques avancées de RMN à l’état liquide. Ils ont observé que le déplacement chimique NH du carbazole changeait de manière significative dans les expériences de titrage RMN 1H et VT-NMR, indiquant de fortes liaisons hydrogène intermoléculaires entre le carbazole et le DMF, ce qui était en outre étayé par la diminution des coefficients d’autodiffusion moléculaire (D) des deux carbazole et DMF selon les mesures de spectroscopie ordonnée par diffusion (DOSY).
De plus, l’expérience NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy) a révélé que la distance entre l’hydrogène aldéhydique du DMF et le NH du carbazole était inférieure à 5 Å. En conséquence, une liaison hydrogène intermoléculaire entre le carbazole et le DMF sous la forme C=O···HN a été proposée.
« Le criblage de solvants manque toujours de conseils théoriques, la plupart des travaux étant basés sur le « comme se dissout comme » et manquent de preuves spectroscopiques directes », a déclaré Qiao. « Notre recherche aide les chercheurs à comprendre le mécanisme d’interaction entre le carbazole/anthracène et le DMF dans ce processus. des niveaux moléculaires et même atomiques. Il guidera également l’expansion des milieux solvants alternatifs et l’optimisation des procédés de séparation, et jouera un rôle important dans la promotion du développement de l’industrie de séparation du goudron de houille.
Cette recherche est publiée dans la revue Chimie Industrielle & Matériaux.
Plus d’information:
Hui Cao et al, Comprendre le mécanisme d’interaction du carbazole / anthracène avec le N, N-diméthylformamide: séparation du carbazole étayée par une étude RMN, Chimie Industrielle & Matériaux (2022). DOI : 10.1039/D2IM00020B
Fourni par Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences