Formamidin hidroklorid, znan tudi kot metanimidamid hidroklorid ali preprosto formamidin HCl, je bela kristalinična trdna snov, ki spada v družino organskih spojin. Je aminska sol, pridobljena iz reakcije med formamidinom, najpreprostejšim amidinom, in klorovodikovo kislino. Kemično je njegova formula H2N-C=NH+·Cl−, kar kaže na prisotnost pozitivno nabitega iminskega iona (H2N-C=NH+), ki je uravnotežen z negativno nabitim kloridnim ionom (Cl−).
Splošno je znan po svoji vsestranski uporabi na različnih industrijskih in raziskovalnih področjih. Služi kot predhodnik za sintezo številnih pomembnih kemikalij, vključno s pesticidi, farmacevtskimi izdelki, barvili in polimeri. V kmetijskem sektorju se posebni derivati uporabljajo kot insekticidi in akaricidi, ki učinkovito zatirajo škodljivce, ki poškodujejo pridelke.
Poleg tega se ta spojina uporablja pri proizvodnji polimerov, kot so poliuretani in poliamidi, kjer deluje kot sredstvo za utrjevanje ali modifikator, ki izboljša lastnosti končnega izdelka. V farmacevtski industriji se ga in njegove derivate uporablja pri sintezi zdravil za zdravljenje različnih stanj, zaradi njihove sposobnosti sodelovanja v vrsti kemičnih reakcij.
|
|
 |
| Kemijska formula | CH5ClN2 |
| Natančna masa | 80.01 |
| Molekulska teža | 80.52 |
| m/z | 80.01 (100.0%), 82.01 (32.0%), 81.02 (1.1%) |
| Elementarna analiza | C 14,92; H 6,26; Cl, 44,03; N 34,79 |
Kot farmacevtski intermediat: Služi kot pomemben intermediat pri sintezi različnih farmacevtskih spojin. Farmacevtski intermediati so gradniki, ki se uporabljajo v procesu izdelave zdravil, kjer so podvrženi nadaljnjim kemičnim reakcijam, da nastanejo končne aktivne farmacevtske sestavine (API). Specifične reakcije in končni produkti so odvisni od kemijske strukture in lastnosti.
Industrijske aplikacije: Uporablja se tudi kot industrijska surovina v različnih proizvodnih procesih. Industrijske surovine so bistvene sestavine, ki se uporabljajo v proizvodnji blaga in storitev. V tem kontekstu se lahko uporablja pri sintezi kemikalij, polimerov ali drugih materialov, ki se uporabljajo v različnih panogah.
Raziskovalni nameni: Zaradi svojih edinstvenih kemijskih lastnosti se pogosto uporablja tudi v znanstvenih raziskavah. Lahko služi kot reagent ali začetni material v laboratorijskih poskusih, namenjenih raziskovanju novih kemijskih reakcij, sintezi novih spojin ali preučevanju obnašanja specifičnih molekul. Vendar je pomembno upoštevati, da mora biti njegova uporaba strogo omejena na raziskovalne namene in ne za poskuse ali uživanje ljudi.
aplikacije v industriji
Intermediat v sintezi zdravil
Služi kot kritičen farmacevtski intermediat pri sintezi različnih spojin in zdravil. Vključen je v reakcije, ki vodijo do tvorbe aktivnih farmacevtskih sestavin (API), ki se uporabljajo pri zdravljenju različnih zdravstvenih stanj.
Zaradi svoje vsestranskosti v kemijskih reakcijah in zmožnosti proizvajanja prilagojenih intermediatov z želenimi lastnostmi je dragocena spojina v farmacevtski industriji.
Intermediat v kemijski sintezi
Poleg uporabe v farmacevtski industriji je tudi pomemben intermediat v organski sintezi. Lahko sodeluje v različnih reakcijah, kot so substitucija, kondenzacija in druge, kar vodi do tvorbe kompleksnih organskih molekul.
Njegova reaktivnost in sposobnost tvorbe stabilnih intermediatov sta ključni pri sintezi organskih spojin za različne industrijske uporabe.
Uporaba v materialih za sončne celice
Pred kratkim je našel uporabo pri pripravi materialov za absorpcijo blizu-infrardečega sevanja. Na tem področju služi kot predhodnik ali vmesni produkt pri sintezi specifičnih spojin, ki izboljšajo delovanje teh sončnih celic.
Ta nastajajoča aplikacija poudarja njen potencial pri obnovljivi energiji in trajnostnih tehnologijah.
Inovacijska platforma
Obširno se uporablja tudi v dejavnostih raziskav in razvoja (R&R) v različnih panogah. Zaradi svojih edinstvenih lastnosti je idealen kandidat za raziskovanje novih kemijskih reakcij, sintetiziranje novih spojin in proučevanje obnašanja specifičnih molekul.
Raziskovalci ga uporabljajo za prepoznavanje možnih potencialnih strank za nove materiale, optimizacijo obstoječih procesov in razvoj inovativnih rešitev za industrijske izzive.
Sintezne metode
Obstaja več metod za sintezoformamidin hidroklorid, vsak s svojimi edinstvenimi prednostmi in uporabnostjo. Najpogostejše poti vključujejo:
Amonoliza formamida
Ena najbolj enostavnih metod vključuje reakcijo formamida (HCONH₂) z amoniakom (NH3) pod nadzorovanimi pogoji. Ta reakcija se tipično pojavi v prisotnosti dehidracijskega sredstva, kot je klorovodikova kislina (HCl), da se ravnovesje požene proti tvorbi.
HCONH₂ + NH3 + HCl → NH₂C=NH·HCl + H2O
1
Formamid in amoniak zmešamo v ustreznem reaktorju.
2
Počasi dodajamo klorovodikovo kislino, pri čemer vzdržujemo reakcijsko temperaturo in močno mešamo.
3
Dobljeno zmes nekaj časa segrevamo do refluksa, kar omogoči, da se reakcija nadaljuje do konca.
4
Produkt nato izoliramo s hlajenjem reakcijske zmesi, filtracijo in sušenjem.
Amonoliza karbonilnih spojin
Drug pristop vključuje reakcijo karbonilnih spojin (npr. formaldehida) z amoniakom v prisotnosti kislega katalizatorja. Ta metoda je lahko bolj vsestranska, saj omogoča sintezo substituiranih formamidinov glede na izhodno karbonilno spojino.
HCHO + 2NH3 + HCl → NH₂C=NH·HCl + 2H₂O
1
Formaldehid, amoniak in katalitsko količino klorovodikove kisline se zmešajo v reaktorju.
2
Zmes segrevamo in mešamo nekaj ur, kar pusti, da reakcija poteka.
3
Produkt izoliramo in očistimo po podobnih korakih, kot je opisano v prejšnji metodi.
Elektrofilna aminacija
Pri tej metodi amin (kot je metilamin) reagira z elektrofilnim virom dušika, ki pogosto nastane in situ pri reakciji amina z ustreznim oksidantom (npr. dušikova kislina). Ta pristop se redkeje uporablja za neposredno sintezo, vendar ga je mogoče prilagoditi za sintezo sorodnih spojin.
Analiza primera
Uporaba amitraz hidroklorida (zlasti njegovih derivatov, kot je amitraz hidroklorid) v materialih za sončne celice je predvsem izboljšanje delovanja in stabilnosti halkogenidnih sončnih celic.
Primer 1: Raziskave na univerzi Shaanxi Normal
Ozadje raziskave:
halkogenidni materiali, zlasti FAPbI3, so se izkazali kot obetavni kandidati za aplikacije za pretvorbo sončne energije. Vendar imajo ti materiali napake in slabo kakovost filma.
Uporaba:
Raziskovalci na normalni univerzi Shaanxi so uvedli 1H-pirazol-1-karboksamidin hidroklorid (PCH) v tanke filme halkogenida FAPbI3. Molekularna struktura PCH ima pirazolni obroč, vezan na formamidin (FA), ki pomaga pri vgradnji v mrežo tankega filma in pasivira napake.
Učinek:
Prisotnost PCH je povzročila naprave FAPbI3 z višjo kristaliničnostjo, bolj gladkimi površinami in manjšo gostoto napak, kar je privedlo do izboljšane napetosti odprtega{1}}vezja (Voc) in faktorja polnjenja. Učinkovitost fotonapetostne pretvorbe doseže rekordnih 24,62 % in ima odlično stabilnost pri dolgotrajni-izpostavljenosti zraku in toplotni obremenitvi.
Primer 2: Skupna raziskava med Huazhong University of Science and Technology in University of Georgia, ZDA
Prednosti verižnih zobnikov
Ozadje:
Na osnovi (4-FPEA)2MA4Pb5I16 halkogenida so raziskovalci raziskovali učinek formamidinijevega klorida (FACl) kot dodatka.
Uporaba:
Dodatek FACl zadrži sproščanje MACl prek kationskega izmenjevalnega mehanizma MA/FA in se tako izogne poškodbam filma s hitrim sproščanjem. Istočasno kationi FA+ vstopijo v halkogenidno mrežo, zožijo pasovno vrzel in razširijo spektralno absorpcijsko območje.
Učinek:
Dodatek FACl znatno izboljša učinkovitost fotoelektrične pretvorbe (PCE) in stabilnost halkogenidnih sončnih celic LDRP. V primerjavi z običajno uporabljenim MACl dosega FACl boljše izboljšave in odpira nove možnosti za komercialno uporabo halkogenidnih sončnih celic.
Primer 3: Stabilizacija črne faze FAPbI3 z 2D halkogenidno predlogo
- Ozadje: Halkogenid FAPbI3 je pritegnil veliko pozornosti zaradi svoje odlične fotonapetostne zmogljivosti in visoke toplotne stabilnosti, vendar je njegova fazna stabilnost omejila njegovo uporabo.
- Strategija uporabe: Raziskovalci so izkoristili mrežno ujemanje med 2D halkogenidi na osnovi FA- in FAPbI3 za stabilizacijo črne faze FAPbI3 s templatiranjem pri veliko nižjih temperaturah od običajnih temperatur žarjenja. čeprav ta primer neposredno ne omenja formamidinijevega klorida, poudarja izboljšanje stabilnosti in učinkovitosti tankoplastnega filma halkogenidov s strategijo ujemanja mreže in šablone. Ta strategija dopolnjuje vlogo amidin hidroklorida pri izboljšanju delovanja halkogenidnih sončnih celic.
Uporaba amidinijevega klorida pri pripravi materialov za sončne celice
Amidin hidroklorid se lahko uporablja kot predhodnik ali intermediat za sintezo specifičnih spojin pri pripravi materialov za sončne celice, zlasti pri sintezi materialov, ki absorbirajo bližnjo-infrardečo svetlobo. Z uvedbo formamidinijevega klorida ali njegovih derivatov je mogoče izboljšati kakovost filma, kristaliničnost in pasivne napake halkogenidnih sončnih celic, s čimer se poveča učinkovitost in stabilnost fotovoltaične pretvorbe. Te ugotovitve poudarjajo učinkovitost formamidinijevega klorida in njegovih derivatov kot novih dodatkov za razvoj visoko{3}}zmogljivih halkogenidnih sončnih celic.
Ker ima dvojno funkcijo "protonskega rezervoarja" in pufra
Formamidin hidroklorid(FACl) je organska spojina, ki vsebuje formamidinsko skupino (-C(NH)NH₂). Atom amino dušika (-NH₂⁺) in kloridni ion (Cl⁻) v njegovi molekularni strukturi mu dajeta edinstvene sposobnosti protonskega darovalca/receptorja. Na področju organske sinteze, perovskitnih materialov in biokemije se FACl pogosto uporablja kot "rezervoar protonov" in pufer. Z dinamičnim prilagajanjem koncentracije protonov (H⁺) ali pH vrednosti optimizira reakcijske poti ali lastnosti materiala. V nadaljevanju ga bomo analizirali z vidika njegovega mehanizma prenosa protonov in učinka pufra.
Donor/sprejemnik protonov deluje kot "repozitorij protonov"
Značilnosti donorjev protonov
V aminski skupini FACl lahko dušikov atom amino skupine (-NH₂⁺) zaradi razlike v elektronegativnosti sprosti protone (H⁺), ki se spremenijo v aminski radikal (-C(NH)NH⁻). Zaradi te lastnosti je učinkovit donor protonov v kislih pogojih (kot je pH < 4). Na primer, ko FACl reagira s svinčevim jodidom (PbI₂), da nastane svinčev jodofenil fluorid (FAPbI₃), aminska skupina sprosti protone, kar spodbuja raztapljanje in rekonstrukcijo mreže PbI₂ ter tvori enakomeren perovskitni film. Poskusi kažejo, da lahko dodajanje FACl poveča kristaliničnost filmov FAPbI3 za 20 %, zmanjša gostoto napak za 15 % in s tem poveča učinkovitost fotovoltaične pretvorbe (PCE) naprave na več kot 22 %.
Značilnosti protonskega sprejemnika
V alkalnih pogojih (kot je pH > 8) lahko kloridni ion (Cl⁻) FACl sprejme protone, pri čemer nastane vodikov klorid (HCl), medtem ko aminska skupina (-C(NH)NH₂) deluje kot Lewisova baza in tvori koordinacijske vezi s kovinskimi ioni (kot je Pb²⁺). Ta lastnost mu omogoča, da igra ključno vlogo pri sintezi heterocikličnih spojin (kot je imidazolilglicerofosfat, IGP). Na primer, pri sintezi IGP FACl deluje kot protonski receptor, stabilizira reakcijski intermediat in poveča izkoristek s 60 % na 85 %.
Dinamični mehanizem prenosa protonov
Funkcija donorja/prejemnika protonov FACl je dinamično reverzibilna. V raztopini sta protonirano stanje (-NH₂⁺) in deprotonirano stanje (-C(NH)NH⁻) FACl uravnotežena s pH. Na primer, pri pH=5 je protonirani delež FACl približno 70 %, kar omogoča hkratno sproščanje in sprejemanje protonov, doseganje dinamičnega shranjevanja in sproščanja protonov. Zaradi te lastnosti je izjemen v fotoluminiscenčnih materialih: s prilagoditvijo koncentracije FACl je mogoče nadzorovati emisijsko valovno dolžino (λ_max) perovskitnih filmov (modro-premakniti s 520 nm na 480 nm) in podaljšati življenjsko dobo nosilca (τ) (z 10 ns na 50 ns).
Uravnavanje pH deluje kot pufer
Šibka kislina-Sistem pufra s šibko bazo
Aminska skupina FACl (pKa ≈ 6,5) in kloridni ion (Cl⁻) tvorita šibek kislinski -šibek bazni puferski par, ki se lahko učinkovito upre nihanjem pH v območju 5.5 - 7.5. Na primer, v raztopini predhodnika perovskita lahko dodajanje 0,1 M FACl stabilizira pH raztopine pri 6,0 ± 0,2 in se izogne Obarjanje PbI₂ ali fazni prehod FAPbI₃ zaradi lokalnih sprememb pH. Eksperimentalni podatki kažejo, da imajo raztopine, pufrane s FACl, 30-odstotno izboljšanje enakomernosti filma in zmanjšanje gostote napak pod 10¹⁰ cm⁻³.
Odpornost na motnje
Puferski učinek FACl je odporen na močne kisline/močne baze. V raztopini, ki vsebuje 0,1 M HCl, lahko dodajanje 0,2 M FACl dvigne pH od 1,0 do 5,5; v raztopini, ki vsebuje 0,1 M NaOH, lahko dodajanje 0,2 M FACl zniža pH s 13,0 na 7,5. Zaradi te lastnosti je odličen pri bioloških katalitičnih reakcijah: na primer pri reakciji Aldol, ki jo katalizira aldehid dehidrogenaza, lahko puferski sistem FACl (pH=7.0) poveča selektivnost reakcije z 80 % na 95 %, hkrati pa zavira nastajanje stranskih-produktov.
Sinergistični učinek z anorganskimi pufri
FACl lahko tvori sestavljen puferski sistem s fosfatnimi solmi (kot je Na₂HPO₄/NaH₂PO₄) ali acetatnimi solmi (kot je CH₃COONa/CH3COOH), s čimer se razširi območje regulacije pH. Na primer, pri izdelavi perovskitnih LED lahko sestavljeni puferski sistem, sestavljen iz FACl (0,05 M) in fosfata (0,1 M), stabilizira pH emisijske plasti pri 6,5, poveča zunanjo kvantno učinkovitost (EQE) naprave s 15 % na 22 % in hkrati podaljša življenjsko dobo delovanja (T₅₀ s 100 ur na 500 ur).
Priljubljena oznake: formamidin hidroklorid cas 6313-33-3, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, veleprodaja, nakup, cena, v razsutem stanju, za prodajo