Вход

Димеризация олефинов. Кислотный катализ

Реферат по химии
Дата добавления: 19 апреля 2009
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 514 кб (архив zip, 45 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Димеризация олефинов


Реакция димеризации олефинов – важный этап переработки олефинов. Помимо олефинового сырья для основного органического синтеза реакция димеризации олефинов С3, С4 дает непосредственно продукты С6 и С8, которые можно использовать в качестве высокооктановых добавок в бензин. Катализаторами димеризации являются кислотные, основные (нуклеофильные) и металлокомплексные катализаторы. Рассмотрим механизмы соответствующих каталитических реакций и продукты, определяемые этими механизмами.

Кислотный катализ

Процесс с участием растворенных или твердых кислотных катализаторов протекает с образованием ионов карбения или контактных ионных пар.

Процесс трудно остановить на стадии димеризации, поэтому всегда есть тримеры и олигомеры.

Нуклеофильный катализ

Более селективным является процесс димеризации C3H6 и содимеризации C2H4 и C3H6, катализируемый аллильными производными Na и K. Активный катализатор образуется в ходе процесса из K/CaCO3 и Na/CaCO3 при 150оС и 30 – 80 атм. Например,

Аллил калия реагирует с пропиленом как мягкое основание и мягкий нуклеофил вследствие делокализации электронов:

Образовавшийся карбанион (III) является сильным основанием и жестким нуклеофилом и практически не способен присоединяться далее к пропилену, но зато способен оторвать относительно кислый Н+ из СН3-группы С3Н6 с образованием продукта реакции и исходного катализатора

К нуклеофильному типу катализа можно отнести и катализ димеризации олефинов гидридами алюминия R2Al+dH–d, однако в этом случае несомненно имеет место и электрофильное содействие алюминиевого центра процессу нуклеофильного присоединения Н–. По сути дела, в этом случае реализуется бифункциональный тип катализатора (нуклеофильно-электрофильный). При 140оС HAlR2 катализирует димеризацию пропилена с образованием 2-Ме-П-1.

Селективность процесса не бывает высокой, так как возможны дальнейшие стадии внедрения олефина по связи Al-C.

Металлокомплексные катализаторы

В качестве катализаторов используют циглеровские системы MXn–Et3R с добавками третичных фосфиновых лигандов, комплексы Ni(0) с протонными кислотами NiL4–HX (HX – BF3OEt2 – C2H5OH, CF3COOH и др.) комплексы Rh(I) в водных растворах кислот. На металлсодержащих центрах в случае пропилена получаются линейные гексены, метилпентены и диметилбутены в зависимости от способа встраивания олефина в растущую цепь, определяемого природой металла, фосфиновых лигандов и условиями процесса. Так, например, в случае HNiLn+X– из пропилена получается 70% 2-М-П-1, 21% н-гексенов и 5% 2,3-диметилбутена-1 (ДМБ) в случае L = PPh3, но 70% ДМБ и 30% 2-М-П-1 в случае L = PPr3i. В системе Pd(acac)2 – AlEt2Cl – PR3 получается 95% линейных гексенов при L = PBu3 и 68% метилпентенов, 23% линейных гексенов и 8% ДМБ при L = P(OPh)3. Имеет место сложное влияние стерических и электронных свойств лиганда на региоселективность первой (HM~ + C3H6) и второй (M–R + C3H6) стадий процесса.

Димеризация олефинов может протекать в растворах комплексов родия в водно-спиртовой хлористоводородной кислоте. Исходный хлорид Rh(III) восстанавливается олефином (например, этиленом) до активного в процессе комплекса Rh(I) – это стадия формирования катализатора.

Стадии процесса:

Скорость процесса определяется первыми стадиями 1) и 2)

.

Среди реакций димеризации a-олефинов большой интерес вызывает реакция содимеризации стирола (и его производных) с этиленом

Производные продукта содимеризации 3-арилбутена-1 являются исходным сырьем для синтеза современных противовоспалительных средств – напроксена и ибупрофена. Катализаторы – комплексы никеля.

Синтез высших a-олефинов из этилена (SHOP-процесс фирмы Shell)

В растворах комплексов переходных металлов, особенно комплексов никеля, возможна также олигомеризация этилена с образованием высших a-олефинов С10 – С30. Начиная с 1993 г этим методом производят a-олефины С11 – С14 – сырье синтеза высших спиртов С12 – С15 (оксосинтез), используемых в производстве детергентов (ПАВ).

Процесс проводят при 80 – 120оС и 70 – 140 атм этилена в растворах комплексов никеля, содержащих P,O-лиганды (L – растворитель).

Смесь четных a-олефинов С10 – С18 изолируют для получения ПАВ. Низшие и высшие a-олефины подвергают реакции позиционной изомеризации С=С-связей. С изомерными олефинами с внутренней двойной связью проводят процесс метатезиса, а полученную новую смесь подвергают сометатезису с этиленом (этенолиз), и все внутренние С=С-связи превращаются в a-олефины меньшей длины С11 – С14, которые и используются для синтеза высших спиртов. Линейные a-олефины составляют 94 – 97%.

Приведем еще несколько примеров удачного сочетания процессов димеризации с процессом метатезиса.

Фирма Arco (с 1985 г) использует процесс получения чистого пропилена из этилена:

Перспективным является процесс получения изопентенов, рассмотренный выше.


Вопросы для самоконтроля

Назовите катализаторы реакции метатезиса олефинов.

Что означает термин “вырожденный метатезис”?

Какие продукты получаются при кросс-метатезисе циклогексена и пропилена?

Какие эксперименты обосновали карбеновый механизм метатезиса?

Предложите карбеновый механизм полимеризации ацетиленов.

Назовите промышленные процессы с использованием метатезиса.

В чем суть SHOP-процесса фирмы Shell?

Представить механизмы димеризации пропилена на катализаторах Na/CaCO3 и R2AlH.

Основные стадии процесса димеризации олефинов в растворах металлокомплексных катализаторов.

Рассмотрим некоторые пути формирования активных карбеновых центров:

1) a-элиминирование в ряду алкильных производных

2) присоединение гидрид-ионов к катионным h3-аллильным комплексам

3) окислительное присоединение олефинов по С-Н связи к металлу

4) окислительное присоединение H2, кислот и фенолов к металлу

5) образование металлациклопентанов

Процессы диспропорционирования олефинов привлекли внимание химиков-технологов, поскольку позволяют менять состав олефинового сырья в зависимости от потребностей рынка.

“Триолефин” процесс (фирма Phillips Petr.) по реакции (1) (этилен, пропилен, бутилены) позволяет получать все три олефина в необходимых количествах. В реакции кросс-метатезиса пропилена и изобутилена на катализаторе WO3/SiO2 при 420оС максимальный выход изоамиленов получается при соотношении C3H6 : C4H8 @ 1.

В реакции изобутилена и смеси бутенов-2 получается смесь пропилена и изоамилена. Особенно интересно сочетание в одной технологической схеме реакций метатезиса и димеризации олефинов

Изопентен-1 используется для получения изопрена.

Наличие кратных связей в продуктах полимеризации циклических олефинов (полиалкенамерах) позволяет использовать их как вулканизируемые эластомеры в резинотехнической промышленности. Например, полиоктенамер получает фирма H?ls (c 1989 г) в количестве 12000 т/г по следующей схеме:

Фирма CDF-Chemie выпускает полинорборнен (5000 т/г, с 1976 г) с использованием вольфрамовых катализаторов

.

Активно развиваются малотоннажные процессы синтеза лекарств, ускорителей роста растений, ферромонов, душистых веществ, основанные на сометатезисе олефинов и ненасыщенных функционально замещенных соединений, например,

.

В заключение этого раздела отметим, что ацетиленовые углеводороды на Mo,W-содержащих катализаторах также участвуют в реакции метатезиса.

Промежуточными в этой реакции являются карбиновые комплексы металлов (M?CR) и металлациклобутадиеновые соединения (R.Schrock, 1981):

(15)

Обнаружено также, что карбеновые комплексы металлов катализируют полимеризацию ацетилена (синтез полиацетилена) и сометатезис олефинов и алкинов с образованием диенов (ениновый метатезис, T.J.Katz, 1985 г).

(16)

“Триолефин” процесс (фирма Phillips Petr.) по реакции (1) (этилен, пропилен, бутилены) позволяет получать все три олефина в необходимых количествах. В реакции кросс-метатезиса пропилена и изобутилена на катализаторе WO3/SiO2 при 420оС максимальный выход изоамиленов получается при соотношении C3H6 : C4H8 @ 1.


Литература для углубленного изучения


Темкин О.Н. Химия и технология металлокомплексного катализа, М., МИТХТ, 1980, ч. III.

Хенрици-Оливэ Г., Оливэ С. Координация и катализ, М., Мир, 1980, с. 213 – 273.

Катализ в промышленности, под. ред. Б.Лича, М., Мир, 1986, т. 1.

Нефедов О.М., Иоффе А.И., Менчиков Л.Г. Химия карбенов, М., Химия, 1990, с. 233 – 262.

Rouhi M. Olefin Metathesis: The Early Days, Chem. Eng. News, 2002, 80, №51, pp. 34 – 38.

Rouhi M. Olefin Metathesis: Big-Deal Reaction, Chem. Eng. News, 2002, 80, №51, pp. 29 – 33.





© Рефератбанк, 2002 - 2017