Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/64134
| Title: | การคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่นของแอลดอลคอนเดนเซชันระหว่างเฟอร์ฟิวรัลกับ 2-บิวทาโนน |
| Other Titles: | Density functional theory calculation of aldol condensation between furfural and 2-butanone |
| Authors: | จักรภัทร นิลภูมิ ศิรศักดิ์ จาตุรประเสริฐ |
| Advisors: | มนัสวี สุทธิพงษ์ |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์ |
| Advisor's Email: | manaswee.s@chula.ac.th |
| Subjects: | พลังงานชีวมวล เฟอร์ฟูรัล แอลดอลคอนเดนเซชัน Biomass energy Furfural Aldol condensation |
| Issue Date: | 2561 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | พลังงานฟอสซิลที่กำลังจะหมดไปและก่อให้เกิดปัญหาภาวะโลกร้อนเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้มีการคิดค้นและพัฒนาพลังงานจากเชื้อเพลิงชีวภาพ (biofuel) มาทดแทน การผลิตเชื้อเพลิงเหลวที่มีมวลโมเลกุลสูงจากชีวมวลสามารถทำได้โดยการสร้างคู่พันธะคาร์บอน (C-C coupling) ของสารเคมีที่แปรรูปจากชีวมวล เช่น อะซีโตน (acetone), เฟอร์ฟิวรัล (furfural), 5-ไฮดรอกซีเมททิลเฟอร์ฟิวรัล (5-hydroxymethylfurfural) เป็นต้นด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา Chottiratanachote และ Ngamcharussrivichai ได้ศึกษาปฏิกิริยาควบแน่นแบบแอลดอล (aldol condensation) ระหว่างเฟอร์ฟิวรัลกับ 2-บิวทาโนน (2-butanone) บนตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมของแมกนีเซียม-อะลูมิเนียม (Mg-Al) โดยสารประกอบแอลดอลที่เกิดขึ้นมีจำนวนคาร์บอน 9 อะตอม (C9) สองรูปแบบคือโซ่ตรง (C9S) และโซ่กิ่ง (C9B) ผลการทดลองพบว่า C9B เป็นผลิตภัณฑ์หลัก อย่างไรก็ตามงานวิจัยดังกล่าวไม่ได้อธิบายที่มาสภาพการเลือกจำเพาะของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษากลไกและพลังงานที่เกี่ยวข้องในการเกิดปฏิกิริยาแอลดอลคอนเดนเซชันระหว่างเฟอร์ฟิวรัลกับ 2-บิวทาโนนในสภาวะแก๊สด้วยทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น (Density Functional Theory, DFT) ปฏิกิริยาประกอบด้วย 3 ขั้นตอนหลัก ดังนี้ (1) การเกิดอีโนเลต (enolate) ของ 2-บิวทาโนน ซึ่งสามารถเกิดได้ 3 รูปแบบ คือ แอลฟา (alpha, α) แอลฟาไพรม์ (alpha prime, α’) และเบตา (beta, β) อีโนเลต (2) การสร้างคู่พันธะคาร์บอนระหว่างเฟอร์ฟิวรัลกับอีโนเลตของ 2-บิวทาโนน และ (3) การกำจัดน้ำเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์สุดท้าย ผลการคำนวณ DFT พบว่าพลังงานก่อกัมมันต์ของการเกิดผลิตภัณฑ์โครงสร้างโซ่ตรง (linear or C9S) ผ่าน α-อีโนเลตมีค่าน้อยกว่าผลิตภัณฑ์โครงสร้างโซ่กิ่ง (branched or C9B) ผ่าน α’-อีโนเลตและβ-อีโนเลตตามลำดับ ผลที่ได้สอดคล้องกับงานวิจัยก่อนหน้าที่ได้ศึกษาปฏิกิริยาควบแน่นแอลดอลของกรดลิวูลินิก (levulinic acid) กับ 5-ไฮดรอกซีเมททิลเฟอร์ฟิวรัลด้วย DFT ในสภาวะแก๊ส โดยเส้นทางการเกิดผลิตภัณฑ์โครงสร้างโซ่กิ่งจะมีพลังงานก่อกัมมันต์ที่สูงกว่าโครงสร้างโซ่ตรง |
| Other Abstract: | As the problems of limited fossil fuels and their impact on the environment, the great efforts have been devoted to the efficient synthesis of fuels from renewable biomass. Synthesis of biofuel and fuel precursors can be achieved by C-C bond forming reactions through heterogeneously catalyzed aldol condensation of various biomass-derived platform molecules such as acetone, furfural, and 5-hydroxymethylfurfural. Recently, the aldol condensation between furfural and 2-butanone over a magnesium (Mg) and aluminum (Al) layered double hydroxide (LDH) has been investigated experimentally by Chottiratanachote and Ngamcharussrivichai. Two aldol intermediates with nine carbon atoms (C9) were generated, including straight (C9S) and branched (C9B) oxygenates. The experimental results showed that C9B can be formed as major products. However, detailed aspects of the catalytic mechanism remain unclear. The current research aims to investigate the reaction for aldol condensation between furfural and 2-butanone in gas phase using density functional theory (DFT). Three primary reaction steps are identified: (1) enolization of 2-butanone – three enolates considered, i.e. alpha (α), alpha prime (α′), and beta (β) enolates, (2) C-C coupling of furfural with 2-butanone enolate, and (3) internal dehydration to form the condensation product. The reaction pathway through the α-enolate of 2-butanone forms linear product that is favored with respect to the activation barrier, consistent with previous observations for the aldol condensation reaction between levulinic acid and 5-hydroxymethylfurfural in gas phase. |
| Description: | โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาเคมีวิศวกรรม คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2561 |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/64134 |
| Type: | Senior Project |
| Appears in Collections: | Sci - Senior Projects |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Chakraphat_N_Se_2561.pdf | 1.05 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.