Введение
Целью работы является ознакомление с основными закономерностями реакции кислотного разложения гидропероксидов алкилароматических углеводородов на примере гидропероксида изопропилбензола, выяснение влияния различных факторов на скорость реакции и селективность образования целевых продуктов.
1 Получение фенола и ацетона кислотным разложением гидропероксида кумола
1.1 Теоретическое обоснование процесса
Реакция кислотного гетеролитического разложения гидропероксидов алкиларома-тических углеводородов является источником получения таких ценных продуктов органического синтеза, как фенолы, кетоны и альдегиды. Так, гидропероксид изопропилбен-зола (гипериз) даёт при разложении фенол и ацетон, фенил-втор-бутилгидропероксид фенол и метилэтилкетон. На реакции кислотного разложения соответствующих гидропероксидов основан также синтез фенола и циклогексанона, (3-нафтола и двухатомных фенолов.
Реакция протекает по сложному механизму ионного типа с промежуточным возникновением положительно заряженных ионов. В начальной стадии реакция протекает быстрее, чем после превращения некоторой доли исходного гидропероксида. Продолжительность первого периода составляет несколько минут, а затем реакция описывается уравнением первого порядка, который сохраняется до конверсии гидропероксида от 0,7 до 0.8. Замедление реакции объясняют тем, что значительная часть катализатора серной кислоты связывается с образующимся при разложении ацетоном.
Для разложения гидропероксидов могут быть использованы и гетерогенные катализаторы: кислые глины, кремнийцирконовые, катиониты КУ-2, КУ-23.
На константу скорости разложения гидропероксида оказывает влияние природа и концентрация кислоты-катализатора. Выход продуктов реакции зависит от природы гидропероксида и условий проведения процесса. Для получения максимальных выходов целевых продуктов необходимо подбирать оптимальные условия реакции для каждого индивидуального гидропероксида. Реакцию кислотного разложения гидропероксидов рекомендуется проводить при температуре от 45 до 55 °С, поскольку в этих условиях обеспечивается достаточно высокая скорость процесса и высокий выход целевых продуктов.
Реакция относится к экзотермическим процессам (тепловой эффект 308 кДж/моль), что делает необходимым интенсивный отвод тепла и исключение местных перегревов, способствующих развитию неблагоприятных побочных процессов. Поэтому разложение гидропероксидов проводят в разбавителях. На промышленных установках в качестве разбавителей используется реакционная масса, полученная при разложении, что приводит к увеличению длительности пребывания фенола в зоне реакции и снижению его выхода. На зарубежных установках разложение гидропероксида изопропилбензола проводят в среде ацетона.
Целевая реакция
Н+
С6Н5(СН3)2СООН СбН5ОН + СНзСОСНз
О-ксилол — применяют в качестве растворителя лакокрасочных материалов, высокооктановой добавки к авиационным бензинам. Используют для получения фталевого ангидрида [3].
Фенол (бензенол) - кристаллическое вещество. Плохо растворяется в воде. Сильнейший антисептик. При попадании на кожу вызывает ожоги. С водой образует кристаллогидрат. Используется в производстве фенолоальдегидных полимеров, екапролактама, бисфенола А, нитро- и хлорфенолов, фенолсульфокислот, красителей и лекарственных препаратов. Эфиры фенола - присадки к топливам и смазочным маслам [3].
Ацетон (диметилкетон, пропанон) - бесцветная легко испаряющаяся жидкость со специфическим запахом. Смешивается с водой и многими органическими растворителями в любых соотношениях. Горюч. Получают гидратацией пропина, окислением изопропилового спирта или разложением гидропероксида изопропилбензола (кумола). Применяют как растворитель лаков и красок, используют в производстве метилметакрилата, киноплёнки, ацетатного шёлка, бездымного пороха и лекарственных препаратов. Применяют в качестве растворителя ацетилена (в баллонах) [3].
Целью работы является ознакомление с основными закономерностями реакции кислотного разложения гидропероксидов алкилароматических углеводородов на примере гидропероксида изопропилбензола, выяснение влияния различных факторов на скорость реакции и селективность образования целевых продуктов.
.1 Экспериментальная часть
Исходное соединение - гидроперекись изопропилбензола; растворитель - о-ксилол; основные продукты разложения - фенол и ацетон. Основные характеристики этих веществ приведены в таблице 1 [2].
Таблица 1 — Физико-химические свойства исходных веществ и продуктов реакции кислотного разложения гидропероксида изопропилбензола
Вещество |
Молекуляр-ная масса |
Плотность, г/см3 |
Температура плавления, °С |
Температура кипения, °С |
|
|
|
|
|
Гидропероксид |
152 |
1,062 |
---- |
53\0,1мм 60\0,2мм |
Изопропилбензол |
120,2 |
0,862 |
-96,9 |
150,5 |
О-ксилол |
106,17 |
0,881 |
-47,8 |
139,1 |
Фенол |
94,11 |
1,071 |
43,2 |
182,2 |
Ацетон |
58,08 |
0,792 |
-95,3 |
56,2 |