СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОПРОПОКСИДА АЛЮМИНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C07C31/32 C07C29/70 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к химическим способам получения алкоголятов алюминия, и может найти применение в химической промышленности, нефтехимии.

Изопропоксид алюминия относится к группе низших алкоголятов алюминия, дистилляция которых позволяет проводить очистку продукта и при дальнейшей переработке получать высококачественные вещества.

Наиболее распространенным способом получения изопропоксида алюминия в препаративной и технологической практике является растворение металла в абсолютном изопропиловом спирте в присутствии солей ртути, йода или изопропоксида (см., например, Руководство по неорганическому синтезу, под ред. Г.Бауэра, М., Мир, 1985, т.3, стр.910-911).

В этом способе продукт загрязняется токсичными солями ртути, алкоголиз протекает длительное время - до 24 часов.

Известен способ получения изопропоксида алюминия в присутствии катализаторов - хлоридов и иодидов металлов (см., например, Семин А.А. Технология получения веществ особой чистоты с применением алгоголятов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., М., 2002 г.).

Применение хлоридов металлов загрязняет конечный продукт и ограничивает его использование. Кроме того, применение соединений хлора, йода вызывает коррозию аппаратуры, а сам способ экологически опасен.

Известен способ получения С₃-С₄ - алкоголятов алюминия путем нагревания при температуре 80-120°С алифатического спирта с алюминием, предварительно обработанным активатором, в качестве которого используют металлический галлий, взятый в количестве 0,05-1 вес. %. (см., например, описание изобретения по авторскому свидетельству СССР №742422, опубликовано 25.06.80, Бюллетень Госкомизобретений №23, 1980 г.).

Получаемый алкоголят алюминия загрязнен примесями галлия. Очистить целевой продукт от этих микропримесей довольно затруднительно. Кроме того, применение галлия удорожает процесс, т.к. галлий относится к редкоземельным металлам.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ получения алкоголятов алюминия взаимодействием металлического алюминия с безводным спиртом при нагревании в присутствии катализатора, в качестве которого используют алкоголят алюминия (см., например, описание изобретения по авторскому свидетельству СССР №368218, опубликовано 25.06.80, Бюллетень Госкомизобретений №23, 1980 г.).

Недостатком ближайшего аналога является недостаточно высокий выход продукта: 0,5-5 г на моль конечного продукта. Кроме того, для использования чистого алкоголята алюминия в качестве активатора необходимо предварительно выделить алкоголят из реакционной массы, что приводит к дополнительным энергетическим и экономическим затратам.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса получения изопропоксида алюминия, используя более дешевый и доступный катализатор, экологически чистый и неагрессивный.

Технический результат заявляемого способа заключается в увеличении выхода изопропоксида алюминия, удешевление и упрощение способа за счет использования более доступного и дешевого катализатора, экологически безопасного неагрессивного.

Сущность изобретения выражается во взаимодействии металлического алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии катализатора, реакционной массы синтеза, с последующим выделением целевого продукта, при этом отличается от ближайшего аналога тем, что в качестве катализатора используют реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%):

изопропоксид алюминия91,4-97,2изопропанол2,6-8,0изопропоксиды металлов0,2-5,2

в том числе:

изопропоксид железа0,1-3,5изопропоксид кремния0,08-0,8изопропоксид титана0,02-0,9,

взятую в количестве 1-20 мас.% в расчете на исходный алюминий, а синтез изопропоксида алюминия осуществляют при температуре 75-140°С и атмосферном давлении.

В одном из вариантов осуществления способа катализатор берут в количестве 0,33-5,48 г на 1 моль конечного продукта.

По предлагаемому способу получение изопропоксида алюминия осуществляют следующим образом.

В реактор загружают металлический алюминий и катализатор - реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия, полученную известными способами. Смесь нагревают до температуры 75-140°С и выдерживают при этой температуре порядка 0,25 часа (так называемый индукционный период реакции) до начала реакции, а после начала реакции (контролируется по выделению водорода) снижают температуру до 75-80°С и вводят изопропанол. Синтез ведут до полного растворения алюминия.

Выделение из реакционной массы целевого продукта осуществляют атмосферно-вакуумной разгонкой: при атмосферном давлении отгоняют избыточный изопропанол, а затем при остаточном давлении 8-10 мм рт.ст. - изопропоксид алюминия.

Сущность способа поясняется следующими примерами.

Пример 1.

В реактор загружают 50 г измельченного алюминия (куски, стружка), добавляют 0,5 г (1 мас.% в расчете на Al) катализатора - реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%): 91,4 изопропоксида алюминия, 2,6 изопропанола, 5,2 изопропоксидов железа, кремния, титана, в том числе изопропоксида железа 3,5, изопропоксида кремния 0,3, изопропоксида титана 0,9.

Смесь нагревают до 135°C и выдерживают при этой температуре порядка 0,25 часа до начала реакции. Контролируют выделение водорода и после начала его выделения загружают в реактор изопропанол в количестве 377,4 г и снижают температуру до 80°С. Синтез ведут до полного растворения алюминия (порядка 4 часов) и атмосферном давлении.

Часть реакционной массы оставляют для использования в качестве катализатора алкоголиза.

Из полученной реакционной массы отгоняют непрореагировавший изопропанол при атмосферном давлении, а затем целевой продукт при остаточном давлении 8-10 мм рт.ст. и температуре 140-170°С получают 335,1 г изопропоксида алюминия. Выход - 88,7%.

Примеры 2-8 проводят по аналогичной методике примера 1. Результаты представлены в таблице. В примере 2 выход изопропоксида алюминия 0%, что обосновывает выбор пределов состава катализатора и его количество.

Пример 9.

В реактор загружают 60 г измельченного, как в примере 1, алюминия (куски, стружка), добавляют 0,9 г - (1,5 мас.% в расчете на Al) катализатор - реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%): изопропоксида алюминия 95,5, изопропанол 3,0, алкоголяты металлов 1,5, в том числе изопропоксида железа 0,8, изопропоксида кремния 0,4, изопропоксида титана 0,3.

Смесь нагревают до 137°С и после начала выделения водорода загружают в реактор изопропанол в количестве 405,0 г и снижают температуру до 80°С. Синтез ведут 4,6 часа и атмосферном давлении.

Из полученной реакционной массы отгоняют непрореагировавший изопропанол и изопропоксид алюминия, как в примере 1. Получают 447,5 г изопропоксида алюминия. Выход - 98,7%.

Примеры 10-11 проводят по аналогичной методике примеров 1-9. Результаты представлены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет снизить расход катализатора с 0,6 г/моль до 0,33 г/моль конечного продукта, сократить время реакции с 8 до 3,5 часов, увеличить выход изопропоксида алюминия с 94,0% до 99,7% (см. таблица, примеры 1, 3-11). Кроме того, для катализа используется реакционная масса, содержащая смесь алкоголятов, что исключает использование предварительной стадии выделения изопропоксида.

Таблица
Синтез изопропоксида алюминияПример №Взято алюминия, гКоличество катализатора в расчете на исходный Al, мас.%Состав катализатора, мас.%Температура синтеза, °СВремя реакции, часВыход изопропоксида алюминияРасход катализатора г/моль конечного продуктаAl(OR)₃Изопропиловый спиртАлкоголяты металловактивациясинтез% от теориигсуммарныйпо изопропоксиду алюминияизопропоксид железаизопропоксид кремнияизопропоксид титана1501,091,42,63.500,800,90135804,088,7335,10,370,332500,689,92,05,102,200,80160735,000003501,591,43,03,501,300,80140803,095,6361,20,420,3945015,091,46,01,800,600,20120804,099,5376,54,074,0555020,091,48,00,300,100,20140803,599,3375,35,504,9765022,091,45,02,300,900,40140754,099,2374,86,015,487602,0942,02,900,600,50130804,599,7452,10,540,498605,093,86,00,100,080,02135754,599,5451,11,361,279601,595,53,00,800,400,30137804,699,7447,50,410,3510601,097,22,60,100,080,02135754,590,1408,50,340,2711605,097,22,60,100,080,02135804,399,3456,61,341,30Прототип261,7100----82356,094,0185,0-0,50

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения изопропоксида алюминия взаимодействием металлического алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии катализатора с последующим выделением целевого продукта, где в качестве катализатора используют реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%): изопропоксид алюминия 91,4-97,2; изопропанол 2,6-8,0; изопропоксиды металлов 0,2-5,2; в том числе: изопропоксид железа 0,1-3,5; изопропоксид кремния 0,08-0,8; изопропоксид титана 0,02-0,9, взятую в количестве 1-20 мас.% в расчете на исходный алюминий, синтез изопропоксида алюминия осуществляют при температуре 75-140°С и атмосферном давлении. Изобретение может найти применение в химической промышленности, нефтехимии. Технический результат заключается в повышении выхода изопропоксида алюминия, удешевлении и упрощении способа за счет использования более доступного и дешевого катализатора. 1 табл.

Способ получения изопропоксида алюминия взаимодействием металлического алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии катализатора с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава, мас.%:

изопропоксид алюминия91,4-97,2изопропанол2,6-8,0изопропоксиды металлов0,2-5,2в том числе: изопропоксид железа0,1-3,5изопропоксид кремния0,08-0,8изопропоксид титана0,02-0,9,

взятую в количестве 1-20 мас.% в расчете на исходный алюминий, синтез изопропоксида алюминия осуществляют при температуре 75-140°С и атмосферном давлении.