5-bromo-2-furaldehídoes un polvo cristalino blanco a amarillo claro con un ligero olor irritante. Fórmula molecular C5H3BRO2, CAS 1899-24-7. Debido a la presencia de átomos de bromo y grupos de aldehído en este compuesto, su estabilidad térmica puede ser relativamente pobre y es propensa a las reacciones de descomposición o oxidación. Fácil de deteriorar o producir gases dañinos en condiciones de calentamiento. Puede ser soluble en agua, así como solventes orgánicos como el etanol y el éter. Se puede usar como intermedio farmacéutico para sintetizar compuestos biológicamente activos, como fármacos antibacterianos, fármacos antivirales y fármacos antitumorales. Se puede utilizar para tratar los desechos orgánicos que contienen bromo y convertirlo en sustancias inofensivas o de baja toxicidad a través de reacciones como la reducción u oxidación, logiendo la utilización de los desechos de los recursos. Se puede usar como un monómero de polímero sintético para preparar materiales de polímero de alto rendimiento, como fibras de polímeros, películas de plástico y materiales biodegradables.
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Fórmula química |
C5H3BRO2 |
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Masa exacta |
174 |
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Peso molecular |
175 |
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m/z |
174 (100.0%), 176 (97.3%), 175 (5.4%), 177 (5.3%) |
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Análisis elemental |
C, 34.32; H, 1.73; Br, 45.66; O, 18.29 |
5-bromo-2-furaldehídotiene un valor de aplicación potencial en el almacenamiento de energía electroquímica, principalmente que implica la fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía, como baterías y supercondensadores.
1. Almacenamiento de energía de la batería:
Se puede usar como una sustancia activa en la batería y participar en el proceso de carga y descarga. Sus átomos de bromo y grupos de aldehído pueden reaccionar con el electrolito, logrando el almacenamiento y liberación de energía eléctrica. Específicamente, se puede usar como un material de electrodo positivo o negativo en tipos de baterías como baterías de iones de litio, baterías de iones de sodio o baterías de iones de bromo. En estas baterías, el almacenamiento y la liberación de energía eléctrica se logran a través de reacciones redox reversibles. En comparación con las baterías tradicionales, las baterías que utilizan el cuero de 5-bromo 2 como sustancia activa tienen ventajas, como una mayor densidad de energía, una velocidad de carga y descarga más rápida, y una mejor estabilidad del ciclo.
2. Almacenamiento de energía del supercondensador:
También se puede utilizar como una sustancia activa en supercondensadores para el almacenamiento rápido y la liberación de energía eléctrica. Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía con alta densidad de potencia y capacidades rápidas de carga y descarga, ampliamente utilizadas en vehículos híbridos, productos electrónicos y campos de energía renovable. Como una sustancia activa en los supercondensadores, puede almacenar y liberar energía eléctrica a través del almacenamiento de carga de doble capa o reacciones de Faraday. En comparación con los condensadores electrolíticos tradicionales, los supercondensadores que utilizan el piel de 5-Bromo 2 como el material activo tienen ventajas, como una mayor densidad de energía, una vida útil del ciclo más larga y una mejor adaptabilidad ambiental.
3. Mejora del rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía:
También se puede combinar con otras sustancias activas o materiales de electrodos para mejorar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía. Por ejemplo, al combinar 5-bromo 2 furaldehide con materiales de electrodos como materiales de carbono, polímeros conductores u otros óxidos metálicos, se pueden preparar materiales de electrodos de alto rendimiento. Estos materiales de electrodos compuestos pueden mejorar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía en términos de densidad de energía, densidad de potencia, vida útil y seguridad.
Cabe señalar que la aplicación del almacenamiento de energía electroquímica todavía está en la etapa de investigación, y se necesitan más verificación experimental y avances tecnológicos para aplicaciones prácticas. Al mismo tiempo, también se necesita una evaluación suficiente para factores como la seguridad, la amistad ambiental y el costo de producción en el almacenamiento de energía electroquímica. En el futuro, con la profundización de la investigación relacionada y el desarrollo de la tecnología, las perspectivas de aplicaciones en el campo del almacenamiento de energía electroquímica serán aún más amplios.
5-Bromo-2-Furfural (número de CAS: 1899-24-7), también conocido como 5-bromo-furfural, aldehído 5-bromo-2-azúcar, 5-bromo-furan-2-carbaldehído, etc., es un compuesto orgánico con una estructura química específica. Su fórmula molecular es C5H3BRO2, con un peso molecular de 174.98. Tiene propiedades físicas y químicas únicas, como una aguja marrón similar a la apariencia, un cierto punto de fusión y un índice de densidad e refracción específico. Estas propiedades hacen que 5-Bromo-2-2-Furfural tenga un valor de aplicación potencial en múltiples campos, especialmente en el almacenamiento de energía electroquímica.
Antecedentes e importancia del almacenamiento de energía electroquímica
El almacenamiento de energía electroquímica es una tecnología que convierte la energía eléctrica en energía química y la almacena, y luego convierte la energía química en energía eléctrica cuando sea necesario. Esta tecnología tiene las ventajas de alta eficiencia, protección del medio ambiente y reciclabilidad, y actualmente es uno de los puntos calientes en el campo de la investigación de energía. Con el crecimiento continuo de la demanda de energía global y el rápido desarrollo de energía renovable, la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica está desempeñando un papel cada vez más importante en áreas como la regulación de la red, el acceso a la energía distribuida y las estaciones de carga de vehículos eléctricos.
El principio de aplicación del 5-Bromo-2-Furfural en el almacenamiento de energía electroquímica
Como compuesto orgánico, los grupos y propiedades funcionales específicos en su estructura molecular lo hacen potencialmente valioso para el almacenamiento de energía electroquímica. Específicamente, 5-Bromo-2-2-Furfural se puede modificar químicamente o combinarse con otros materiales para formar materiales de almacenamiento de energía con propiedades electroquímicas específicas. Estos materiales pueden sufrir reacciones reversibles de reducción de oxidación durante el proceso de carga y descarga, logrando así el almacenamiento y liberación de energía eléctrica.
Preparación y optimización del rendimiento de materiales de almacenamiento de energía 5-Bromo-2-2-Furfural
Optimización del rendimiento
(1) Control de morfología:
Al ajustar las condiciones de preparación como la temperatura de reacción, el tiempo y la concentración de reactivos, se puede controlar la morfología y la estructura de los materiales basados en 5-Bromo-2-fluorofural. Las estructuras morfológicas específicas pueden aumentar la superficie específica de los materiales, mejorar la humectabilidad de los electrolitos y la eficiencia del transporte de iones, mejorando así el rendimiento del almacenamiento de energía.
(2) Modificación de dopaje:
Doping otros elementos o compuestos en materiales basados en 5-Bromo-2-Fluorofural para alterar su estructura electrónica y propiedades químicas. El dopaje puede introducir nuevos sitios activos, mejorar la actividad redox de los materiales y mejorar su estabilidad y rendimiento del ciclo.
(3) Diseño compuesto:
Los materiales de almacenamiento de energía compuesto se forman combinando materiales basados en 5-Bromo-2-Furfural con otros materiales funcionales como óxidos de metales, materiales de carbono, etc. Los materiales compuestos pueden integrar las ventajas de diferentes materiales para lograr un rendimiento complementario y optimizado.
Evaluación de rendimiento electroquímico de materiales de almacenamiento de energía 5-Bromo-2-2-Furfural
Para evaluar el rendimiento electroquímico de los materiales de almacenamiento de energía 5-Bromo-2-2-Furfural, se requiere una serie de pruebas y análisis experimentales. Estas pruebas incluyen pruebas de voltametría cíclica, pruebas de descarga de carga de corriente constante, pruebas de impedancia de CA, etc. A través de estas pruebas, se pueden obtener indicadores clave como capacidad específica, estabilidad del ciclo y rendimiento de velocidad del material.
1. Prueba de voltametría cíclica
La voltametría cíclica es un método de prueba electroquímica de uso común que registra la curva de la variación de corriente con el potencial al escanear cíclicamente el electrodo dentro de un cierto rango de potencial. Este método de prueba puede revelar el proceso de reacción redox y la reversibilidad de los materiales. Para los materiales de almacenamiento de energía basados en 5-Bromo-2-Furfural, las pruebas de voltametría cíclica pueden evaluar la actividad y la reversibilidad de sus reacciones redox, así como la estabilidad cíclica del material.
2. Prueba de carga y descarga de corriente constante
Las pruebas de carga y descarga de corriente constantes son el proceso de carga y descarga de electrodos a una cierta densidad de corriente, y registran la curva de variación potencial con el tiempo. Este método de prueba puede obtener indicadores clave como la capacidad específica y la eficiencia de Coulomb del material. Para los materiales de almacenamiento de energía 5-Bromo-2-2-Furfural, las pruebas de descarga de carga de corriente constante pueden evaluar su rendimiento de almacenamiento de energía y estabilidad del ciclismo.
3. Prueba de impedancia de CA
La prueba de impedancia de CA es un método para medir la impedancia de electrodos aplicando una señal de CA de amplitud pequeña. Este método de prueba puede obtener parámetros como resistencia a la transferencia de carga y coeficiente de difusión de iones del material. Para los materiales de almacenamiento de energía basados en 5-Bromo-2-Furfural, las pruebas de impedancia de CA pueden evaluar su rendimiento del transporte de iones y la eficiencia de transferencia de carga.
Caso de aplicación práctica de 5-Bromo-2-Furfural en almacenamiento de energía electroquímica
En la actualidad, algunos estudios han aplicado 5-Bromo-2-2-Furfural o sus derivados al campo del almacenamiento de energía electroquímica. Por ejemplo, algunos estudios han sintetizado materiales de carbono con morfología y estructura especiales utilizando derivados de biomasa furfural (incluidos los análogos de 5-Bromo-2-Fluorol) como la materia prima principal a través de métodos químicos específicos. Estos materiales de carbono exhiben un excelente rendimiento electroquímico y estabilidad del ciclo como materiales de electrodos de almacenamiento de energía.
Específicamente, algunos estudios han utilizado la reacción base de Schiff y el método de carbonización hidrotérmica de un solo paso para preparar partículas de carbono con una morfología especial utilizando furfural como fuente de carbono. Al activar y regular químicamente la estructura de los poros, y combinarse con óxidos metálicos electroquímicamente activos, se construyeron diferentes materiales de electrodo de almacenamiento de energía a base de carbono a base de zinc a base de agua. Estos materiales tienen una superficie específica alta y una rica estructura de poros, que conduce al rápido transporte y almacenamiento de electrolitos. Los resultados experimentales indican que estos materiales exhiben alta capacidad, alta energía/densidad de potencia y excelente estabilidad del ciclo en supercondensadores híbridos de iones de zinc.
Además, la investigación ha utilizado el carbono poroso "en forma de bayberry" activado como portador para introducir óxido de manganeso metálico in situ durante la síntesis hidrotérmica de partículas de carbono, y diseñó y sintetizó partículas de carbono poros "en forma de bahía" recubiertas de MNO2. Este material compuesto, como material de electrodo positivo para baterías de manganeso de zinc, exhibe una alta capacidad específica reversible y una excelente densidad de energía. Después de los ciclos continuos de carga y descarga, aún puede mantener una alta capacidad específica y eficiencia coulombic. Estos resultados de la investigación proporcionan referencias y orientación útiles para la aplicación de 5-bromo-2-fluorofural en el campo del almacenamiento de energía electroquímica.
El siguiente es un método de síntesis de laboratorio para5-bromo-2-furaldehído:
La reacción entre formaldehído y bromo: HCHO + BR2→ HCOHBR + H2CO2BR
Reacción promovida por ácido fórmico: HCOHBR + H2CO2Br → Hcohbrco2H + H2O
El hidróxido de calcio regula el valor de pH: HCOHBRCO2H + CA (OH)2→ Cabrch=O+Co2 + H2 O
Extracción de éter: C5H3Hermano2 + C8H10 → C5H3Hermano2 · C8H10
Destilación para eliminar éter: c5H3Hermano2 · C8H10 → C5H3Hermano2 + C8H10
Pasos experimentales:
Cinco años de precipitación de productos mecánicos electrónicos, productos maduros y estables
Una vez que se completa la reacción de bromación, se agrega ácido fórmico a la botella de reacción para aumentar el rendimiento del producto.
Bajo la acción del ácido fórmico, la solución de reacción se vuelve gradualmente marrón, lo que indica que la reacción está en curso. En este momento, la temperatura debe mantenerse a alrededor de 60 grados C y la agitación debe continuar durante un período de tiempo para completar la reacción.
Enfríe la solución de reacción a la temperatura ambiente, agregue una cantidad adecuada de agua y ajuste el valor de pH a alcalino con hidróxido de calcio.
Filtro para eliminar el sedimento y lave el pastel del filtro con una pequeña cantidad de agua. Combine el filtrado y la solución de lavado y extrae con éter.
Secia el extracto de éter y destila para eliminar el éter. El residuo es 5-Bromo-2-Furaldehide.
Agregue lentamente el bromo a la solución de reacción y controle la temperatura inferior a 50 grados C. Observar la solución de reacción que gira el amarillo indica que la reacción ha comenzado.
Reacciones adversas
El 5-Bromo-2-Furanaldehído es un compuesto orgánico con una estructura química específica, que tiene ciertas aplicaciones en síntesis química, investigación farmacéutica y otros campos. Sin embargo, como muchos productos químicos, aunque aporta conveniencia a los humanos, también puede tener efectos adversos en la salud humana y el medio ambiente. Una comprensión profunda de las reacciones adversas del 5-Bromo-2-Furanaldehído es de gran importancia para el uso racional de este compuesto, salvaguardar la salud humana y proteger el entorno ecológico.
Toxicidad aguda
Resultados del experimento animal
Los experimentos con animales son un medio importante para estudiar la toxicidad aguda de los compuestos. A través de los experimentos de toxicidad oral, de inhalación o de contacto de la piel en animales experimentales como ratones y ratas, se pueden observar efectos tóxicos agudos de 5-2-2-Furanaldehído en animales. La investigación ha demostrado que dentro de un cierto rango de dosis, el LD50 oral (LD50) del compuesto exhibe una fuerte toxicidad aguda para los ratones. Cuando los ratones ingieren una cierta dosis de 5-Bromo-2-Furanaldehído, experimentarán una serie de síntomas tóxicos en un corto período de tiempo, como actividad reducida, falta de aliento, convulsiones, etc., que pueden provocar la muerte en casos graves. Los resultados experimentales en ratas también son similares, y los datos de toxicidad aguda bajo diferentes vías de exposición proporcionan referencias importantes para evaluar el daño agudo de este compuesto a los humanos.
Síntomas de envenenamiento
Después de la ingestión oral de 5-Bromo-2-Furanaldehído, los animales pueden primero experimentar síntomas de irritación gastrointestinal como náuseas, vómitos, diarrea, etc. Esto se debe al efecto irritante directo del compuesto sobre la mucosa gastrointestinal. A medida que aumenta la dosis, los síntomas de envenenamiento empeorarán gradualmente, afectando el sistema nervioso central y haciendo que los animales experimenten síntomas como la emoción, la inquietud y las convulsiones, lo que finalmente conduce a la muerte debido a la insuficiencia respiratoria o circulatoria. Cuando se expone por inhalación, los animales pueden experimentar rápidamente síntomas de irritación respiratoria, como tos, sibilancias, dificultad para respirar, etc. En casos severos, puede causar edema pulmonar y ser mortal. El contacto con la piel con altas concentraciones de 5-Bromo-2-Furanaldehído puede causar síntomas de irritación de la piel como enrojecimiento, hinchazón, dolor y ampollas.
Toxicidad crónica
Efectos de la exposición a largo plazo en los animales
Los experimentos de exposición a largo plazo generalmente usan dosis más bajas de 5-Bromo-2-Furanaldehído para infectar animales, que duran meses o incluso años, para observar sus efectos sobre la toxicidad crónica en los animales. La investigación ha encontrado que la ingesta a largo plazo de una cierta dosis de este compuesto puede conducir a un aumento lento de peso e obstaculizar el crecimiento y el desarrollo en los animales. Esto puede deberse a compuestos que afectan la absorción de nutrientes y los procesos metabólicos de los animales, interrumpiendo las funciones fisiológicas normales.
Efectos de la exposición a largo plazo en los animales
Además, la exposición a largo plazo también puede causar daños a órganos importantes como el hígado y los riñones de los animales. El hígado es el principal órgano de desintoxicación del cuerpo humano. Después de que el 5-Bromo-2-Furanaldehído ingresa al cuerpo, la mayor parte se somete a transformación metabólica en el hígado. La acumulación a largo plazo puede causar degeneración y necrosis de las células hepáticas, lo que lleva a una función hepática anormal. El riñón es un órgano importante para excretar los desechos y regular el equilibrio de líquidos. El daño de los compuestos al riñón puede manifestarse como daño a las células epiteliales tubulares renales y disminución de la función renal.
Especulación sobre posibles riesgos crónicos para la salud humana
Según los resultados experimentales de los animales, se puede inferir que la exposición a largo plazo al 5-Bromo-2-Furanaldehído puede plantear riesgos crónicos similares para la salud humana. In the occupational environment, if workers are exposed to air containing the compound for a long time or frequently come into contact with its dust, solution, etc., they may gradually experience physical discomfort symptoms such as fatigue, loss of appetite, dizziness, etc. With prolonged exposure time, it may affect the human immune system, nervous system, and endocrine system, increasing the risk of certain chronic diseases such as liver disease, kidney disease, and neurodegenerative enfermedades.
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