Способ получения пара-трет-бутилкумола
METHOD FOR PRODUCING PARA-TERT-BUTYLCUMOL

Настоящее изобретение относится к способу получения пара-трет-бутилкумола (ПТБК) алкилированием кумола трет-бутиловым спиртом (ТБС) в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве катализатора.
Алкильные производные трет-бутилбензола применяются для получения полимеров и сополимеров для создания композиций красок и покрытий, термореактивных смол (US 5434325), а также могут быть использованы в качестве исходных веществ для получения трет-бутилфенолов (Е.М. Яркина, Е.А. Курганова, А.С. Фролов, Г.Н. Кошель, Е.М. Денисова // Журнал прикладной химии. - 2019. - Т. 92, Вып. 11. - С. 1427-1434).
В настоящее время известны способы получения ПТБК заключающиеся в алкилировании кумола изобутиленом в различных условиях. К примеру, в патенте US №3849507А продемонстрирован способ получения ароматических углеводородов методом алкилирования на таблетированной монтмориллонитовой глине. В качестве одного из примеров указан метод получения ПТБК алкилированием кумола изобутиленом с использованием указанного выше катализатора при повышенном давлении (13,61 атм) и при температуре 135°С, с выходом целевого продукта 71,1%.
В патенте US №4469908 раскрыт способ алкилирования ароматических углеводородов алкилирующими агентами, имеющими от одного до пяти и предпочтительно от трех до пяти атомов углерода. В данном патенте описан метод получения ПТБК путем аликилирования кумола 1-бутеном или 2-бутеном на HZSM-12 цеолите при 200°С и давлении 20 атм. В ходе данного эксперимента удается достичь 95% селективности по алкилирующему агенту в «ара-положение, оставшиеся 5% проходят по алкилированию в мета-положение.
Общим среди многообразия методов алкилирования кумола является образование наряду с ПТБК большого количества побочных продуктов, в том числе орто-трет-бутилкумола, мета-трет-бутилкумола, диизопропилбензола, изопропилтолуола, и др., обуславливающие необходимость использования сложных систем выделения ПТБК, что оказывает значительное влияние на экономическую эффективность производства.
Проведение поиска с ретроспективой на 15-20 лет в базах Orbit, WIPO, ФИПС не позволил выявить более современного прототипа, чем представленного ниже.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения ПТБК является алкилирование кумола трет-бутиловым спиртом (ТБС) в присутствии 85% серной кислоты в качестве катализатора, данная работа описана в статье G.F. Hennion, A.J. Driesch, P.L. Dee // The Journal of Organic Chemistry. - 1952. V. 17, I. 8 - P. 1102-1106. Согласно тексту данной статьи, алкилирование изопропил-бензола mpem-бутиловым спиртом проводили в однолитровой трехгорлой колбе, снабженной мешалкой, капельной воронкой и воздушным холодильником. Один моль (120 г) изопропилбензола и три четверти моль (55,5 г) трет-бутилового спирта помещали в колбу, и смесь охлаждали на ледяной бане. Затем добавляли 500 г. холодной 85% серной кислоты из капельной воронки в течение 1,5 часов при перемешивании. Ледяную баню убирали, капельную воронку заменяли термометром, и смеси давали нагреться до 25°С в течение 2 часов. Затем перемешивание продолжали в течение 8,5 часов, поддерживая внутреннюю температуру 25°С с периодическим охлаждением по мере необходимости. Описанным способом удается получить смесь мета- и пара- изомеров трет-бутилкумола в процентном соотношении 10 и 90% соответственно. Выход трет-бутилкумола на прореагировавший трет-бутиловый спирт составил 47,9%.
Задача изобретения - получение индивидуального изомера пара-трет-бутилкумола (ПТБК), не содержащего примесей орто- и мета-изомеров.
2
4
Данная задача решается путем использования способа алкилирования кумола трет-бутиловым спиртом (ТБС) при атмосферном давлении, мольном соотношении кумол: ТБС: HSO - 3:1:3 и температуре 10-35°С. Реакция проводится в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой. В колбу загружали расчетное количество кумола. Затем при постоянном перемешивании и температуре 10-25°С добавляли концентрированную серную кислоту (>94%) с такой скоростью, чтобы температура не превышала заданную (но не более 25°С). Далее с помощью капельной воронки добавляли трет-бутиловый спирт со скоростью 1-2 капли в секунду, поддерживая заданную внутреннюю температуру с периодическим охлаждением (на водяной бане со льдом) по мере необходимости. Затем убирали капельную воронку и продолжали перемешивание в течение 30-180 минут при той же температуре.
Разделение продуктов реакции может быть произведено, к примеру, ректификацией, так как компоненты смеси имеют значительную разницу в температурах кипения. Выход ПТБК на прореагировавший трет-бутиловый спирт в данных условиях составляет 60-90% соответственно.
Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1
В стеклянную круглодонную трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную мешалкой и погруженную в водяную баню, загружали 65 мл кумола, затем медленно приливали 14,6 мл серной кислоты. При этом следили, чтобы температура не превышала 25°С. Затем, с помощью капельной воронки, добавляли 14,6 мл трет-бутилового спирта при температуре 35°С. Процесс вели при температуре 35°С в течение 30 минут. Продукт алкилирования очищали ректификацией под вакуумом. Выход пара-трет-бутилкумола на загруженный спирт составил 87%.
Пример 2
Алкилирование кумола проводят по примеру 1, но реакцию осуществляют при температуре 15°С и атмосферном давлении, в течение 120 минут. Выход пара-трет-бутилкумола на загруженный спирт составил 62%.
Пример 3
Алкилирование кумола проводят по примеру 1, но реакцию осуществляют при температуре 30°С и атмосферном давлении, в течение 30 минут. Выход пара-трет-бутилкумола на загруженный спирт составил 89%.
Совокупность отличительных признаков позволяет получить индивидуальный изомер пара-трет-бутилкумола с высоким выходом, не содержащий примесей орто- и мета-изомеров.