Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола



Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола
Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола
Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола
Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола
Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола
Способ совместного получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и альфа-метилстирола

 


Владельцы патента RU 2424221:

Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимии и катализа РАН (RU)

Настоящее изобретение относится к способу совместного получения циклических и линейных гомо- и содимеров стирола и α-метилстирола. Описан способ совместного получения циклических и линейных гомо- и содимеров стирола и α-метилстирола путем содимеризации мономеров в присутствии кислотного катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют цеолит H-ZSM-12 в количестве 5-30 мас.% и реакцию проводят в хлорбензоле при температуре 80-130°С. Технический результат - упрощенный, экологически безопасный способ совместной олигомеризации стирола и α-метилстирола. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области нефтехимического синтеза, а именно к способу получения линейных и циклических гомо- и содимеров стирола и α-метилстирола.

Циклические и линейные гомодимеры стирола и α-метилстирола применяются в качестве пластификаторов полимеров и каучуков, регуляторов молекулярной массы полимеров, сырья для получения топлив, компонентов синтетических масел и смазочных материалов, растворителей для лакокрасочных материалов, высокотемпературных теплоносителей [Патенты США 3161692, 3792096, 3994816, 4302618, 442027, 20040242441, А.С. СССР 1036727; Патенты РФ 2071460, 2129043, 2149862; Maier G.Angew. Chem. Im. Ed. 1998, 37, p.2960-2974].

Синтез гомодимеров α-метилстирола проводят с использованием различных кислотных катализаторов: минеральных или органических кислот [Патент Великобритании 1507600, Патент РФ 2088561], катионообменных смол [B.Chaudhuri, M.M.Sharma. Ind. Eng. Chem. Res. 1989, v.28, N12, p.1757-1763. M.Fujiwara, K.Kuraoka, T.Yazawa. Chem. Commun. 2000, p.1523-1524], обработанных кислотой глин [Патент США 3161692, 1964]. В зависимости от условий реакции и природы катализатора основными продуктами реакции являются линейные (ЛДМС 1а, б) или циклический димер α-метилстирола (ЦДМС 1в)

Схема реакций

Эффективными катализаторами для получения линейных димеров α-метилстирола являются цеолиты и цеолитоподобные материалы.

В работе [Я.И.Исаков, Х.М.Миначев, В.З.Шарф и др. Нефтехимия, 1999, т.39, №4, с.278-283] описан способ получения линейных димеров α-метилстирола в присутствии кристаллических алюмофосфатов. На катализаторе, полученном из немодифицированного кристаллита AlPO4-8, при атмосферном давлении, 75-100°C и объемной скорости 1,5 ч-1 конверсия α-метилстирола составляет 80-83%, селективность образования линейных димеров 93,6-96,3%.

Авторы [В.П.Талзи, В.П.Доронин, Т.П.Сорокина. ЖПХ, 2000, т.13, №5, с.787] осуществили димеризацию α-метилстирола на цеолите Y в среде метиленхлорида при 25-40°C. Конверсия α-метилстирола составляет 98,4-99,9 мас.%, селективность образования линейных димеров достигает 76,1-87,0%.

В патентах приведены способы получения линейных димеров α-метилстирола без растворителя в присутствии цеолитов HNaY [Патенты РФ №2189963, 2189964, 2313511] Beta [Патент РФ №2322429], ZSM-12 [Патент РФ №2312095].

Для синтеза циклического димера α-метилстирола 1,1,3-триметил-3-фенилиндана (ЦДМС) использовали цеолиты типа морденит и СаХ в среде растворителей - нитробензола или нитрометана [А.с. СССР №829606. 1979, БИ 1981, №18]. Содержание растворителя составляет 41-45 об.%, содержание катализатора 18-19 мас.% на шихту (или 35-40% катализатора на α-метилстирол); температура реакции 80°C, время - 2-2,5 ч. Выход ТМФИ оставляет 99,0 мас.%. Конверсия α-метилстирола не указана, но поскольку в описании говорится о том, что при выделении ТМФИ отгоняют непрореагировавший α-метилстирол, то можно сделать вывод о неполном превращении мономера.

Известен способ получения ЦДМС, осуществляемый путем димеризации α-метилстирола в присутствии цеолитсодержащего катализатора крекинга Ц-10 в количестве 5-50 мас.% при температуре 60-150°C. Конверсия α-метилстирола достигает 100 мас.%, выход ТМФИ составляет 92-98,8% [Патент РФ 2223937]. Столь же успешно ЦДМС может быть получен в присутствии цеолита Beta [Патент РФ 2327969].

Гомодимеризация стирола проходит с образованием линейного (ЛДС 2а) и циклических димеров (ЦДС 2б, в)

Схема реакций

Линейный димер стирола (транс-1,3-дифенилбутен-1) предложено получать путем димеризации стирола в присутствии цеолита HY со степенью ионного обмена 10%, прошедшего термическую обработку при 400°C в течение 2 ч под вакуумом. Реакцию проводили в атмосфере аргона в растворителе при соотношении растворитель: стирол = 50:1 (об.), количество катализатора составляет 55,5 мас.%. Выход линейного димера составляет 81% [K.B.Joon, J.L.Lim, J.K.Kochi. J. Mol. Catal. 1989, 52, p.375-386].

Использование цеолита H- ZSM-12 позволяет получать линейные димеры стирола с селективностью 68-75% в присутствии нонана при отношении стирол:растворитель = 1:2-4 (об.) [Патент РФ №2349567] или с близкой селективностью в отсутствие растворителя [Патент РФ №2349568].

Для синтеза циклических димеров стирола цис- и транс-1-метил-3-фенилинданов (ЦДС) предложено проводить димеризацию стирола в присутствии фосфорной кислоты [Патент Великобритании 1343 445], фосфорной кислоты на угле [B.B.Corson, Ju. Dorsky, J.E.Nickels. J. Org. Chem. 1954, v.9, p.17-26], катионообменной смолы H-Nafion [Hasegawa H., Higashimura T. Polim.J., 1979, 11, p.737].

Известен способ получения циклического димера стирола в присутствии цеолита Beta. Реакцию проводят в растворителе CCl4, количество которого составляет от 227 до 454 объемных частей на 1 об. часть стирола. Катализатор используют в количестве 500-1000 мас.% в расчете на стирол. Температура реакции 72°C, время - 3 ч. Селективность образования циклического димера составляет 84-90% при конверсии стирола 95 мас.% [Benito A., Corma A., Garcia H. Appl. Catal. A: General. 1994, 116, р.127-135].

В отличие от широко изученной гомодимеризации стирола и α-метилстирола, их совместная димеризация исследована мало.

Описана совместная олигомеризация стирола с α-метилстиролом под действием фосфорной кислоты с получением смеси циклических гомо- и содимеров [Р.Н.Волков, Ю.С.Цыбин, В.В.Кузенков. Нефтехимия, 1970, т.X, №4, с.541-545]. Реакцию проводили, добавляя 150 г смеси мономеров к 150 мл упаренной фосфорной кислоты, постепенно поднимая температуру от 130 до 155°C, в течение 3 ч. Выход димеров составляет 80% при мольном соотношении стирол: α-метилстирол = 1:1. В составе димеров образуются циклический димер α-метилстирола (ЦДМС); циклические димеры стирола (НДС); два циклических содимера (ЦСД) - 1,1-диметил-3-фенилиндан и 1,3-диметил-3-фенилиндан.

К недостаткам данного способа относится использование большого количества агрессивного, коррозионноактивного реагента - фосфорной кислоты, сложность ее отделения от продуктов реакции (необходимость в нейтрализации, отмывке, осушке органической части перед перегонкой), появление большого количества стоков. Кроме того, продуктами реакции являются только циклические гомо- и содимеры.

Задачей настоящего изобретения является разработка малостадийного, экологически безопасного способа совместной олигомеризации стирола и α-метилстирола.

Решение поставленной задачи достигается тем, что способ получения смеси гомо- и содимеров стирола и α-метилстирола осуществляют взаимодействием стирола и α-метилстирола в присутствии цеолита ZSM-12. Реакцию проводят в хлорбензоле при мольном соотношении стирол:α-метилстирол = 1:1, температуре 80-130°C и количестве катализатора 5-30 мас.% (в расчете на смесь мономеров). Начальная концентрация мономеров в хлорбензоле составляет 2-8 моль/л.

Цеолит ZSM-12 используют в водородной форме H-ZSM-12.

Конверсия стирола и α-метилстирола составляет 96,2-100 мас.%. Выход димеров в присутствии цеолита ZSM-12 достигает 84 мас.%. В составе димеров образуются циклические и линейные димеры стирола (ЦДС и ЛДС), α-метилстирола (ЦДМС и ЛДМС), а также циклический содимер (ЦСД) - 1,1-диметил-3-фенилиндан (6) и линейные содимеры - транс-3-метил-1,3-дифенилбут-1-ен (3), 2,4-дифенил-пент-2-ен (4), 2,4-дифенил-пент-1-ен (5). Содержание содимеров в димерной фракции достигает 50,2 мас.%. Соотношение циклический содимер:линейные содимеры составляет 0,8-1,2:1. Кроме димеров образуются олигомеры с числом мономерных звеньев n=3-5.

Схема содимеризации стирола и α-метилстирола:

Сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе содимеризации стирола и α-метилстирола в качестве катализатора используется цеолит ZSM-12. Процесс содимеризации осуществляют в присутствии 5-30 мас.% катализатора при температуре 80-130°C. Конверсия стирола и α-метилстирола достигает 100 мас.%, а выход димеров, в состав которых входят гомо- и содимеры указанных виниларенов - 84%.

Катализатор цеолит ZSM-12 легко отделяется фильтрованием. Может использоваться многократно без потери активности.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Катализатор цеолит ZSM-12 синтезировали в Н-форме в ОАО «Ангарский завод катализаторов и органического синтеза» по ДК 04-213030-008-2004. Мольное соотношение SiO2/Al2O3=34, степень кристалличности 96%. Перед опытами катализатор прокаливают в атмосфере воздуха про 540°C в течение 4 ч.

Соолигомеризацию проводили в периодическом термостатированном реакторе, в присутствии 5-30 мас.% катализатора, при 100-130°C в среде хлорбензола. Реакционную массу перемешивают при температуре реакции в течение определенного времени. После окончания реакции реакционную массу отделяли от катализатора фильтрованием. Степень превращения исходных виниларенов и состав димерной фракции анализировали методом газожидкостной хроматографии. Состав образующихся олигомеров анализировали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Для калибровки выделяли вакуумной перегонкой димеры и тримеры.

ГЖХ-анализ выполняли на хроматографе HRGS 5300 Mega Series ("Carlo Erba") с пламенно-ионизационным детектором (капиллярная колонка 25 м, фаза SE-30, программирование нагревания от 50 до 280°C со скоростью подъема 8°C/мин, температура детектора 250°C, температура испарителя 300°C, газ-носитель - гелий, 30 мл/мин). ВЭЖХ-анализ выполняли на хроматографе HP-1090 с рефрактометрическим детектором и полистирольной колонкой Plgel 100Å, элюент-толуол, скорость подачи толуола 0,8 мл/мин, скорость ленты 1,5 см-1.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами (см. чертеж и табл. 1 и 2).

ПРИМЕР 1. В стеклянный обогреваемый реактор с мешалкой, обратным холодильником и термометром помещали смесь 5,2 г (0,05 моля) стирола и 5,9 г (0,05 моля) α-метилстирола в 25 мл хлорбензола. При 120°C прибавляли 0,55 г цеолита ZSM-12 и перемешивали при этой температуре 5 ч. После охлаждения от реакционной смеси отфильтровывали катализатор, затем при пониженном давлении удаляли растворитель и непрореагировавшие виниларены. Получали 10,1 г олигомеров состава, мас.%: димеры - 71,2; олигомеры n≥3 - 28,8. В составе димеров содержится, мас.%: содимеры циклический (ЦСД - 20,2) и линейные (ЛСД - 21,9); димеры стирола (ЦДС - 3,9 и ЛДС - 13,1), димеры α-метилстирола (ЦДМС - 7,2 и ЛДМС - 33,7).

Транс-3-метил-1,3-дифенилбут-1-ен (3). Спектр ЯМР. 1H (δ, м.д.); 1.70 (с. CH3; 6Н); 6,60-6,65 (м. СН=СН; 2Н); Спектр ЯМР 13C (δ, м.д):

28,89 (CH3); 40,94 (CH); 126,09 (=CH); 140,30 (=СН). Масс-спектр, m/z: 222; индекс Ковача 1820.

2.4-Дифенил-пент-2-ен (4). Спектр ЯМР 1H (δ, м.д.): 1.60 (д. CH3; 3H); 2,26 (с; CH3; 3H); 4,03 (м, CH; 1Н); 6,11 (д, =СН; 1H. Спектр ЯМР 13C (δ, м.д): 16,26 (CH3); 22,61(CH3); 38,47 (СН); 133,59 (HC=); 143,83 (=C); Масс-спектр, m/z: 222; индекс Ковача 1830.

2,4-Дифенилпент-1-ен (5). Масс-спектр, m/z: 222; индекс Ковача 1746.

1,1-Диметил-3-фенилиндан (6). Спектр ЯМР 1H (δ, м.д.): 1,36 (с, 3H, CH3), 1,40 (с, 3H, СН3), 1,79 (м, 1Н, CH2); 2.06 (м, 1Н, CH2); 4.43 (т, 1Н, СН). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д.): 29.70 (-СН3); 29.10 (-СН3); 46.64 (-C(СН3)2); 49.04 (CPh); 52.79 (-СН2-). Масс-спектр, m/z: 222; индекс Ковача 1713.

Примеры 2-7 приведены в табл. 1, 2 аналогично примеру 1.

1. Способ совместного получения циклических и линейных гомо- и содимеров стирола и α-метилстирола путем содимеризации мономеров в присутствии кислотного катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют цеолит H-ZSM-12 в количестве 5-30 мас.% и реакцию проводят в хлорбензоле при температуре 80-130°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация смеси стирола и α-метилстирола в хлорбензоле составляет 2-8 моль/л.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения линейного димера стирола (транс-1,3-дифенилбут-1-ена) путем олигомеризации стирола в присутствии цеолитного катализатора в растворителе, характеризующемуся тем, что в качестве катализатора используют цеолит типа Бета в Н-форме в количестве 8-15% мас., реакцию проводят в хлорбензоле при отношении стирол: хлорбензол = 1:4 (об.) и температуре 100-115°С.
Изобретение относится к способу получения линейных димеров стирола (цис- и транс-1,3-дифенилбут-1енов) путем олигомеризации стирола в присутствии цеолитного катализатора, характеризующемуся тем, что в качестве катализатора используют цеолит типа ZSM-12 в Н-форме в количестве 10-20 мас.%, и реакцию проводят при температуре 95-110°С.
Изобретение относится к способу получения линейных димеров стирола (цис- и транс-1,3-дифенилбут-1-енов) путем олигомеризации стирола в присутствии цеолитного катализатора в растворителе, характеризующемуся тем, что в качестве катализатора используют цеолит типа ZSM-12 в Н-форме в количестве 5-20 мас.%, реакцию проводят в нонане при отношении стирол: нонан = 1:2-4 (об.) и при температуре 80-110°С.
Изобретение относится к способу получения ненасыщенных димеров -метилстирола, которые могут использоваться как регуляторы молекулярной массы различных полимеров, растворители для лаков, диэлектрические жидкости, основа для получения синтетических масел.
Изобретение относится к нефтехимическому синтезу, а именно к способу получения линейных ненасыщенных димеров -метилстирола, которые используются как регуляторы молекулярной массы полимеров, растворители для лаков, диэлектрические жидкости и в качестве основы для получения синтетических масел.
Изобретение относится к нефтехимическому синтезу, а именно к способу получения линейного ненасыщенного димера стирола транс-1,3-дифенилбутена-1. .

Изобретение относится к способу получения линейных ненасыщенных димеров -метилстирола, которые используются в качестве модификаторов в производстве полимеров. .
Изобретение относится к способу получения линейных ненасыщенных димеров -метилстирола, которые используются в качестве модификаторов в производстве полимеров. .
Изобретение относится к нефтехимическому синтезу, а именно к способу получения линейных ненасыщенных димеров -метилстирола, которые могут использоваться как регуляторы молекулярной массы различных полимеров, как растворители для лаков и в качестве основы для получения синтетических масел.

Изобретение относится к способу разложения гидроперекиси кумола кислотным катализатором на фенол и ацетон в системе полого реактора с обратным смешением и вихревым движением в нем продуктов реакции, с охлаждением реакционной массы разложения в теплообменнике-холодильнике, с применением каталитической системы в виде 0,3-0,5 мас.% раствора серной кислоты в ацетоне, при подаче катализатора в линию всаса циркуляционного насоса в среду реакционной массы, регулированием остаточного содержания гидроперекиси в конце цикла обратного смешения с помощью «трубы контрольного разложения», в котором небольшая часть реакционной массы смешивается со всем количеством кислотного катализатора, вводимого в систему разложения, с разложением продуктов реакции, отобранных из системы обратного смешения, путем нагрева их, выдержки в аппарате структурного потока и ступенчатым снижением кислотности в этом аппарате путем подачи воды в конце первой четверти длины аппарата и быстрого охлаждения реакционной смеси на выходе из аппарата структурного потока.
Изобретение относится к улучшенному способу получения и очистки винилароматических мономеров, включающему: а) подачу потока, состоящего из ароматического углеводорода, вместе с потоком, состоящим по существу из С2-С3 олефина, в секцию алкилирования; б) подачу продуктов реакции, выходящих из секции алкилирования, в первую секцию разделения; в) выпуск из первой секции разделения первого потока, состоящего из непрореагировавшего ароматического углеводорода, который направляют для повторного использования в секцию алкилирования, второго потока, состоящего по существу из моноалкилированного ароматического углеводорода, третьего потока, состоящего по существу из диалкилированных ароматических углеводородов, направляемого в секцию трансалкилирования, и четвертого потока, состоящего по существу из смеси полиалкилированных ароматических углеводородов; г) подачу второго потока стадии (в) в секцию дегидрирования; д) подачу продуктов реакции, выходящих из секции дегидрирования, во вторую секцию разделения/очистки, включающую по меньшей мере одну дистилляционную колонну; е) выпуск потока, состоящего из винилароматического мономера чистотой, превышающей 99,7 масс.%, из верхней части указанной по меньшей мере одной дистилляционной колонны, и характеризующемуся тем, что: после первого охлаждения с возвратом тепла покидающий стадию дегидрирования газ после промывания распыляемой водой подают в оболочку пучка труб расположенного вертикально или горизонтально теплообменника, в трубах которого течет охлаждающая текучая среда, причем в теплообменнике газ конденсируется; подачу газа осуществляют из нижней части теплообменника с жидкостью, полученной конденсацией, которая стекает противотоком и покидает теплообменник, полностью или частично, также из нижней части оболочки теплообменника и которую направляют во вторую секцию разделения/очистки (д); возможный газ и несконденсированные вещества выходят из верхней части оболочки теплообменника.

Изобретение относится к способу ингибирования преждевременной полимеризации стирольных мономеров, включающему в себя добавление к указанным мономерам сочетания из: (А) от 0,001 до 10 массовых процентов соединения сульфоновой кислоты следующей структуры: где R представляет собой гидроксильную группу, прямоцепную или разветвленную алкильную группу, имеющую от 1 до 32 атомов углерода, или алкилфенильную, или алкилнафтильную группу, каждая из которых имеет, по меньшей мере, одну прямоцепную или разветвленную алкильную группу, имеющую 1-32 атомов углерода; и (В) по меньшей мере, одного амина, выбранного из группы, состоящей из триэтиламина, диэтиламина, трибутиламина, пиридина, N-(1,4-диметилпентил)анилина или N-метилпирролидинона в концентрации от 0,1 до 2,0 молярных эквивалентов на молярный эквивалент указанного соединения сульфоновой кислоты; посредством чего неуправляемая экзотермическая реакция между указанным соединением сульфоновой кислоты и указанными стирольными мономерами будет предотвращена.

Изобретение относится к способу очистки стирола от примесей фенилацетилена путем гидрирования молекулярным водородом при повышенной температуре в присутствии золотосодержащего катализатора, включающего гамма-оксид алюминия, характеризующемуся тем, что катализатор представляет собой частицы металлического золота средним размером 2-3 нм, и суммарное содержание золота в катализаторе составляет 0.01-0.03 мас.%; процесс ведут в газовой фазе при температуре 140-160°С.

Изобретение относится к способу получения стирола дегидрированием этилбензола, включающему контактирование в условиях дегидрирования сырья с катализатором дегидрирования на основе оксида железа, который включает титан, причем концентрация титана составляет от 1 ppmw до 1000 ppmw, в котором указанное сырье включает этилбензол и пар, причем пар присутствует в указанном сырье в таком количестве, чтобы обеспечить мольное отношение пар/углеводород в указанном сырье не больше 9:1.

Изобретение относится к способу дегидрирования алкилароматических углеводородов, выбираемых, по меньшей мере, из одного: из этилбензола, пропилбензола, изопропилбензола и метилэтилбензола, включающему контактирование газового потока, содержащего, по меньшей мере, один из углеводородов, с катализатором дегидрирования при температуре реакции в прямотоке в реакторе дегидрирования с восходящим потоком, в котором среднее время контактирования углеводорода с катализатором в зоне реактора дегидрирования составляет от 0,5 до 10 секунд, и в котором среднее время пребывания катализатора в реакторе дегидрирования с восходящим потоком составляет от 0,5 до 40 секунд; и перемещение углеводорода и катализатора из реактора дегидрирования с восходящим потоком в устройство разделения, в котором среднее время контактирования углеводорода с катализатором при температуре реакции в устройстве разделения составляет меньше чем 10 секунд.

Изобретение относится к регенерации мономерных сложных эфиров замещенной или незамещенной акриловой кислоты или стиролсодержащих мономеров, а именно к устройству для регенерации мономерных сложных эфиров замещенной или незамещенной акриловой кислоты или стиролсодержащих мономеров из содержащего соответствующие структурные единицы полимерного материала, включающему обогреваемый реактор для генерирования содержащего мономер газа из полимерного материала и передвигающее устройство для приведения в движение содержащегося в реакторе передвигаемого продукта, которое скомбинировано с реактором или является частью реактора, причем передвигаемый продукт содержит полимерный материал и теплоноситель.

Изобретение относится к способу получения 4-винилциклогексена, а также к способу получения этилбензола или стирола из 4-винилциклогексена. .

Изобретение относится к способу получения винилароматических углеводородов дегидрированием соответствующих алкилароматических углеводородов в присутствии катализатора и водяного пара, включающий охлаждение полученной реакционной массы, ее конденсацию, разделение на углеводородный и водный слои с выделением винилароматического углеводорода из углеводородного слоя, использование полученного водного конденсата для охлаждения реакционной массы путем их прямого взаимодействия, очистку водного конденсата с использованием отпарной колонны и фильтра, его испарение и возвращение на стадию дегидрирования, характеризующемуся тем, что для охлаждения реакционной массы подают весь полученный водный конденсат, 0,5-20,0% мас.
Изобретение относится к способу получения стирола путем дегидрирования этилбензола на железооксидном катализаторе в атмосфере, содержащей водяной пар, включает предварительное нагревание катализатора в инертной атмосфере, затем в атмосфере, содержащей водяной пар, с последующей обработкой катализатора смесью, содержащей водяной пар и восстанавливающий агент, и характеризуется тем, что на второй стадии нагревания катализатора, при его обработке и при дегидрировании этилбензола, дополнительно используют инертный газ.

Изобретение относится к способу получения фенола, ацетона и -метилстирола, а также к установке для его осуществления
Наверх