碳酸铯是一种重要的无机化合物,具有广泛的应用。了解碳酸铯的性质以及其制备条件对于制药领域至关重要。本文将介绍碳酸铯的性质,并探讨其制备条件。
碳酸铯是由铯离子和碳酸根离子组成的化合物,化学式为Cs2CO3。它是无色结晶体,具有高溶解度和高热稳定性。碳酸铯在水中溶解度较高,可以溶解为铯离子(Cs+)和碳酸根离子(CO32-),呈碱性溶液。
制备碳酸铯的条件主要包括原料和反应条件。一般而言,碳酸铯的制备可以通过碳酸铯的溶液与适当的盐酸反应得到。具体的制备步骤如下:
首先,需要准备铯的化合物作为原料,常用的有铯氢化物(CsH)或碳酸铯的水合物(Cs2CO3·H2O)。这些原料在反应中提供铯离子。
其次,将碳酸铯的溶液与盐酸反应。反应产生的气体为二氧化碳(CO2),同时生成溶解度较小的盐酸铯(CsCl)。通过控制反应条件和适当的溶剂,可以将产生的盐酸铯与溶剂分离,得到纯净的碳酸铯。
此外,制备碳酸铯的条件还包括反应温度、反应时间和反应物的摩尔比等。这些条件的选择可以影响反应的速率和产物的纯度。在实际制备中,需要根据具体需求和工艺要求来进行优化和调整。
综上所述,碳酸铯是一种无机化合物,具有高溶解度和高热稳定性。制备碳酸铯的条件主要包括原料的选择和反应条件的控制。通过碳酸铯的溶液与盐酸反应,可以得到纯净的碳酸铯产物。制备条件的优化和调整将有助于实现高效和高纯度的碳酸铯制备。
碳酸铯是一种常温常压下为白色固体的无机化合物,具有极强的溶解性和碱性。它可以与酸反应,生成相应的铯盐和水,并放出二氧化碳。碳酸铯在铯盐品种中应用广泛,可作为太阳能电池的活性层和Al电极之间的修饰层,提高器件转换效率。此外,碳酸铯还可以用作催化剂,用于烷基芳醚合成。
以铯矾为原料制备碳酸铯的方法包括以下步骤:首先,将铯矾加入去离子水中并加热溶解,然后冷却结晶并过滤,得到精铯矾;接着,在去离子水中加入精铯矾并加热溶解,得到精铯矾溶液;然后,向精铯矾溶液中缓慢滴加石灰乳,经固液分离后得到硫酸铯净液;接下来,将氢氧化钡溶液分次加入硫酸铯净液中,离心分离得到硫酸钡固体和苛化液;然后,向苛化液中通入CO进行碳化,碳化液pH值为7至10,静置后进行浓缩,冷却后得到浓缩液;最后,将浓缩液进行精滤和烘干,得到纯度为99.90%至99.99%的碳酸铯。
从铯榴石中提取高纯度碳酸铯的方法包括以下步骤:首先,将矿石磨细至120目;然后,将磨细后的铯榴石矿粉与浓盐酸混合并进行酸化反应;接着,将反应后的料浆加水并进行浸出反应;然后,将物料加入氢氧化钠调节pH值并沉淀杂质;接下来,用压滤机进行过滤并用水洗渣;然后,将浸出液进行萃取,得到碳酸铯反萃液;最后,对反萃液进行浓缩和碳化,得到纯度达到99.99%的碳酸铯。
[1] [中国发明] CN201811186015.6 以铯矾为原料制备碳酸铯的方法
[2] [中国发明] CN201910514959.X 一种从铯榴石中提取高纯度碳酸铯的方法
碳酸铯因其较软的路易斯酸性而在有机合成中表现出多种性质,使其能够溶于有机溶剂如醇、DMF和乙醚。这种良好的溶解性使得碳酸铯成为钯试剂催化的化学反应中的有效无机碱,例如Heck、Suzuki和Sonogashira反应。在碳酸铯的支持下,Suzuki交叉偶联反应的产率可达86%,而在碳酸钠或三乙胺的参与下只有29%和50%。
同样,在甲基丙烯酸酯与氯苯的Heck反应中,碳酸铯相对于其他无机碱(如碳酸钾、醋酸钠、三乙胺、磷酸钾)表现出明显的优越性。此外,碳酸铯在实现苯酚化合物的O-烷基化反应方面也具有重要用途。
实验猜测碳酸铯诱导的非水溶剂中苯酚O-烷基化反应很可能经历了酚氧基阴离子,因而对于高活性的、极易发生消除反应的二级卤代物也同样能够发生烷基化反应。
碳酸铯在天然产物合成方面也具有重要用途,例如在合成Lipogrammistin-A化合物关键一步闭环反应中,采用碳酸铯作为无机碱能够高产率地获得闭环产物。此外,由于碳酸铯在有机溶剂中良好的溶解性,使得它在固体支持的有机反应中也具有重要的用途。例如,在二氧化碳气氛中诱导苯胺与固体支持的卤代物的三组分反应,可以高产率地合成羧酸酯或氨基甲酸酯化合物。在微波辐射下,碳酸铯作为碱也能实现苯甲酸与固体支持卤代物的酯化反应。
碳酸铯在有机合成中表现出的众多性质来源于铯离子较软的路易斯酸性,使得它能够溶于有机溶剂,例如:醇、DMF和乙醚中。在有机溶剂中较好的溶解性使得碳酸铯能够作为一个有效的无机碱参与许多钯试剂催化的化学反应,例如:Heck、Suzuki和Sonogashira反应中。如式1所示[1];
Suzuki交叉偶联反应在碳酸铯的促进下能够获得86%的产率。但是,相同的反应在碳酸钠或三乙胺的参与下产率只有29%和50%的产率。在甲基丙烯酸酯与氯苯的Heck反应中,碳酸铯相对于其它无机碱(例如:碳酸钾、醋酸钠、三乙胺、磷酸钾)表现出非常明显的优越性(式2)[2]。
在实现苯酚化合物的O-烷基化反应方面,碳酸铯也有非常重要的用途。碳酸铯诱导的非水溶剂中苯酚的O-烷基化反应很可能经历了酚氧基阴离子。因此,使用高活性的、极易发生消除反应的仲卤代物也同样能够发生烷基化反应(式3)[3]。
碳酸铯在天然产物合成方面也具有重要用途。例如:在天然产物的Lipogrammistin-A全合成中,采用碳酸铯作为无机碱能够高产率地获得闭环产物(式4)[4]。
由于碳酸铯在有机溶剂中良好的溶解性,使得它在固体负载的有机反应中也具有重要的用途。例如:在二氧化碳气氛中,它可以促进苯胺与固体负载的卤代物的三组分反应,高产率地合成羧酸酯或氨基甲酸酯化合物(式5)[5]。在微波辐射下,碳酸铯作为碱也能实现苯甲酸与固体负载卤代物的酯化反应(式6)[6]。
1. Littke, A. F.; Fu, G. C. Angew. Chem., Int. Ed. 1998,37,3387.
2. Littke, A. F.; Fu, G. C.J. Org. Chem. 1999, 64,10.
3. Parrish, J. P.; Sudaresan, B.; Jung, K. W. Synth. Commun. 1999,29,4423.
4. Fujivara, A.; Kan, T.; Fukuyama, T. Synlett 2000,1667.
5. Salvatore, R. N.; Chu, F.; Nagle, A. S.; Kapxhiu, E. A.; Cross, R. M.; Jung, K. W. Tetrahedron 2002,58,3329.
6. Walla, P.; Kappe, C. 0. Chem. Commun. 2004,564.