ВЕСТНИК
Башкирского университета

 ENGLISH
Главная Авторам Рецензентам Выпуски журнала Редколлегия Редакция Загрузить статью Подписка ISSN 1998-4812

Архив | Том 25, 2020, No. 3.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОСТАДИЙНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ N-МЕТИЛИРОВАНИЯ АМИНОВ ДИМЕТИЛКАРБОНАТОМ

Вестник Башкирского университета. 2020. Том 25. №3. С. 523-533.
Download
DOI: https://doi.org/10.33184/bulletin-bsu-2020.3.10

  • © Д. Л. Карлова

    Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

    Россия, 119991 г. Москва, Ленинские горы, 1

  • © И. М. Губайдуллин

    Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН; Уфимский государственный нефтяной технический университет

    Россия, Республика Башкортостан, 450075 г. Уфа, пр. Октября, 141; Россия, Республика Башкортостан, 450000 г. Уфа, ул. Первомайская, 14

  • © К. Ф. Коледина

    Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН; Уфимский государственный нефтяной технический университет

    Россия, Республика Башкортостан, 450075 г. Уфа, пр. Октября, 141; Россия, Республика Башкортостан, 450000 г. Уфа, ул. Первомайская, 14

  • © И. А. Никифорова

    Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

    Россия, 105005 г. Москва, ул. 2-ая Бауманская, 5, стр. 1

  • © А. П. Соколов

    Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

    Россия, 105005 г. Москва, ул. 2-ая Бауманская, 5, стр. 1

В работе рассматривается гетерогенная реакция метилирования аминов диметилкарбонатом. Представлены результаты экспериментов, проведенных в присутствии катализаторов цеолитного типа. Экспериментально получены кинетические параметры реакции и предложена новая схема химических превращений, учитывающая гетерогенность процесса. Обоснована необходимость разработки программного обеспечения, ориентированного на решение классов задач химической кинетики в прямой и обратной постановке и автоматизированного создания адекватных кинетических моделей химических реакций для подбора эффективных катализаторов. Численные решения предложено искать с использованием неявного метода Эйлера с адаптивным выбором шага и метод SIND (Sparse Identification of Nonlinear Dynamical Systems) - для прямой и для обратных задач соответственно. Определено назначение и требования к программному обеспечению, автоматизирующему процессы проектирования, моделирования и оптимизации химико-технологических систем.

Ключевые слова:

  • N-метилирование аминов диметилкарбонатом
  • прямая и обратная задача химической кинетики
  • топохимическая кинетическая модель
  • задача автоматизированного анализа схемы химических превращений
  • N-methylation
  • amines
  • dimethyl carbonate
  • direct and inverse problems
  • chemical kinetics
  • topochemical kinetic model
  • automated analysis of chemical reaction

ЛИТЕРАТУРА

  1. Esakkidurai T., Pitchumani K. Zeolite-promoted selective mono-N-methylation of aniline with dimethyl carbonate // Journal of Molecular Catalysis A. 2004. V. 218. P. 196-201.
  2. Арико Ф., Тундо П. Диметилкарбонат - современный «зеленый» реагент и растворитель // Успехи химии. 2010. Т. 79. №6. С. 532-543.
  3. Латышова С. Е. Научные основы гетерогенно-каталитического процесса синтеза N-метиланилина восстановительным метилированием нитробензола: автореф. дисс. … канд. хим. наук. Волгоград, 2006. 23 с.
  4. Dhakshinamoorthy A., Alvaro M., Garcia H. Metal organic frameworks as heterogeneous catalysts for the selective N-methylation of aromatic primary amines with dimethyl carbonate // Applied Catalysis A. 2010. V. 378. P. 19-25.
  5. Selva M., Bomben А., Tundo P. Selective mono-N-methylation of primary aromatic amines by dimethyl carbonate over faujasite X- and Y-type zeolites // Journal Chem. Soc. Perkin Trans. 1997. Vol. 245. Рp. 21-23.
  6. Коледина К. Ф. Последовательно-параллельное определение кинетических параметров при моделировании детального механизма гидроалюминирования олефинов: дисc. … канд. физ.-мат. наук. Башкирский гос. ун-т. Уфа, 2011.
  7. Коледина К. Ф., Губайдуллин И. М. Кинетика и механизм каталитических реакций гидроалюминирования олефинов алюминийорганическими соединениями // Журнал физической химии. 2016. Т. 90. №5. С. 671-678.
  8. Коледина К. Ф., Коледин С. Н., Щаднева Н. А., Губайдуллин И. М. Кинетика и механизм каталитической реакции спиртов с диметилкарбонатом // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. №3. С. 422-428.
  9. Коледина К. Ф., Губайдуллин И. М., Коледин С. Н., Байгузина А. Р., Галлямова Л. И., Хуснутдинов Р. И. Кинетика и механизм синтеза бензилбутилового эфира в присутствии медьсодержащих катализаторов // Журнал физической химии. 2019. Т. 93. №11. С. 1668-1673.
  10. Koledina K. F., Koledin S. N., Nurislamova L. F., Gubaidullin I. M. Internal parallelism of multi-objective optimization, optimal control over the catalytic reaction of dimethyl carbonate with alcohols based on the compact kinetic model: мат-лы междунар. науч. конф. «Параллельные вычислительные технологии 2019». Секция «Суперкомпьютерное моделирование в физике и химии». 2-4 апреля 2019, Калининград.
  11. Соколов А. П., Першин А. Ю. Программный инструментарий для создания подсистем ввода данных при разработке систем инженерного анализа // Программная инженерия. 2017. Т. 8. №12. С. 543-555.
  12. Соколов А. П., Першин А. Ю. Графоориентированный программный каркас для реализации сложных вычислительных методов. Программирование. 2019. T. 47. №5. С. 43-55.
  13. Сахибгареева М. В., Спивак С. И., Губайдуллин И. М. "CHEMKINOPTIMA" для комплексного математического моделирования и оптимизации кинетики многостадийных химических процессов. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2015662060, 16.11.2015. Заявка №2015618638 от 21.09.2015.
  14. Еникеева Л. В., Карамова Э. Р., Губайдуллин И. М., Еникеев М. Р. Программа для решения обратной задачи химической кинетики с использованием островной модели генетического алгоритма. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2018619408, 06.08.2018. Заявка №2018616742 от 29.06.2018.
  15. Cabrero-Antonino J. R., Adam R., Wärnå J., Murzin D., Beller M. Reductive N-methylation of amines using dimethyl carbonate and molecular hydrogen: mechanistic insights through kinetic modelling // Chemical Engineering Journal. 2018. Vol. 351. No. 11. Pp. 1129-1136.
  16. Mantrov S. N., Gordeev D. A., Dashkin R. R., Nefedov P. A., Seferyan M. A. Interaction of dimethyl carbonate with anilines in the presence of potassium methylate: kinetics and the role of the base // International Journal of Chemical Kinetics. 2019. Vol. 51. No. 10. Pp. 777-785.
  17. Khusnutdinov R. I., Shchadneva N. A., Mayakova Yu. Yu., Ardieva S. I., Khazipova A. N. and Kutepov B. I. Methylation of aniline and its derivatives with dimethyl carbonate in the presence of binder-free micro-, meso-, and macroporous zeolites KNaX, NaY, and HY // Russian Journal of Organic Chemistry. 2016. Vol. 52. Pp. 1565-1570.
  18. Onaka M., Ishikawa K., Izumi Y. N-Alkylation of aniline derivatives by use of potassium cation-exchanged Y-type zeolite J. Chem. Soc., Chem. Commun. 2011. Р. 1202-1203.
  19. Sen S. E., Smith S. M., Sullivan K. A. Organic transformations using zeolites and zeotype materials // Tetrahedron. 1999. Vol. 55. No. 44. Pp. 12657-12698.
  20. Абдрахманов А. Н., Щаднева Н. А., Маякова Ю. Ю., Хуснутдинов Р. И. Метилирование анилина диметилкарбонатом под действием гранулированного цеолита FeHY: мат-лы XI Всероссийской научной интернет-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и биотехнологии» (Уфа, 24-25 ноября 2017 г.). 2017. С. 6.
  21. Зайнуллин Р. З., Коледина К. Ф., Ахметов А. Ф., Губайдуллин И. М. Кинетика каталитического риформинга бензина // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. №3. С. 1-12.
  22. Kabanikhin S. I. Definitions and examples of inverse and ill-posed problems // Journal of Inverse and Ill-Posed Problems. 2008. Vol. 16. No. 4. Pp. 317-357.
  23. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи / пер. с англ. М.: Мир, 1999. 685 с, ил.
  24. Тихонов А. Н. О решении некорректно поставленных задач и методе регуляризации // Докл. АН СССР. 1963. Т. 151. №3. С. 501-504.
  25. Brunton S. L., Proctor J. L., Kutz J. N. Discovering governing equations from data by sparse identification of nonlinear dynamical systems // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2016. Vol. 113. No. 15. Pp. 3932-3937.
  26. Mullayanova A. F., Mayakova Y. Y., Koledina K. F., Khusnutdinov R. I., Abdrahmanov A. N. Kinetics and mechanism of the methylation reactions of anilines with dimethylcarbonate // Сб. трудов V Междунар. конф. и молодежной школы «Информационные технологии и нанотехнологии» (Самара, 21-24 мая 2019 г.). 2019. С. 827-831.
  27. Розовский А. Я. Теория кинетики топохимических реакций. М.: Химия, 1974. 224 с.
  28. Балаев А. В. Моделирование каталитических процессов с переменными свойствами реакционной среды: дисс. … д-ра хим. наук. Институт нефтехимии и катализа. Уфа, 2008.
  29. Соколов А. П., Макаренков В. М., Першин А. Ю., Лаишевский И. С. Разработка программного обеспечения генерации кода на основе шаблонов при создании систем инженерного анализа // Программная инженерия. 2019. Т. 10. №9-10. С. 400-416.

Copyright © Вестник Башкирского университета 2010-2023