Способ получения гидропероксида втор-бутилбензола Российский патент 2023 года по МПК C07C407/00 C07C409/08 

Настоящее изобретение относится к нефтехимической промышленности и может быть использовано в процессе совместного получения фенола и метилэтилкетона гидропероксидным способом, заключающемся в синтезе гидропероксида втор-бутилбензола, подвергаемого кислотному разложению в целевые продукты [Г.Д. Харлампович, Ю.В. Чуркин. Фенолы. - М.: Химия, 1974; С.В. Завгородний. Гидроперекиси алкилароматических углеводородов и их производные. - Успехи химии, 1961].

Фенол и метилэтилкетон являются ценными продуктами органического и нефтехимического синтеза и находят широкое применение в различных отраслях химической промышленности. Так, фенол используется в производстве пластмасс и синтетических волокон, пестицидов, красителей, различных взрывчатых веществ. В нефтеперерабатывающей промышленности фенол, ввиду его высокой селективности и эффективности в процессах удаления смолистых веществ, широко применяют для очистки масел на различных технологических установках. В последнее время фенол активно используют в фармацевтической промышленности в качестве консерванта и антиоксиданта при производстве лекарственных средств [Б.Д. Кружалов, Б.И. Голованенко. Совместное получение фенола и ацетона. - М: Гостоптехиздат, 1963; Ю.А. Москвичев, А.В. Тарасов, А.Е. Мешечкина. История химической технологии: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Химическая технология». - Ярославль, 2015]. Основной сферой применения метилэтилкетона, благодаря его высокой растворяющей способности, является производство лакокрасочных и полимерных материалов и покрытий, клея, печатных красок. В тонком органическом синтезе метилэтилкетон известен как исходное сырье для получения ряда соединений, например, этилакриловой, метилкротоновой кислот, а также 2,3-бутадиона, являющихся мономерами в производстве органического стекла [Е.Г. Жижина, В.Ф. Одяков, А.Л. Балашов, К.И. Матвеев. Разработка новой технологии каталитического синтеза метилэтилкетона окислением н-бутиленов. - Катализ в промышленности. 2005].

Основным способом получения гидропероксида втор-бутилбензола является жидкофазное аэробное окисление втор-бутилбензола. Из литературы известно, что втор-бутилбензол может быть окислен до гидропероксида в присутствии N-гидроксифталимида в качестве катализатора с селективностью выше 90% и скоростью накопления гидропероксида около 8-10% в час. Так, окислением втор-бутилбензола кислородом воздуха при температуре 150°С удается достичь образования гидропероксида втор-бутилбензола с содержанием в оксидате 39,8% масс. [B.C. Кабанова. Разработка эффективного способа получения метилэтилкетона на основе доступного нефтехимического сырья. Материалы XXXII Менделеевской школы-конференции молодых ученых (11-13 мая 2022, г. Москва) - М.: Издательство «Перо», 2022; Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Кургановой Е.А. Жидкофазное окисление алкил- и циклогексиларома-тических углеводородов до гидропероксидов в присутствии фталимидных катализаторов - Москва, 2013].

Однако, в данных работах конкретно не раскрывается количество катализатора и продолжительность процесса применительно к реакции окисления втор-бутилбензола.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения гидропероксида втор-бутилбензола является жидкофазное окисление технической смеси изопропилбензола и втор-бутилбензола кислородом воздуха при температуре 110-130°С в отсутствии катализатора. Методология проведения процесса окисления втор-бутилбензола в присутствии изопропилбензола обусловлена тем, что в результате процесса окисления изопропилбензола образуется его гидропероксид- активный инициатор цепных реакций, способный повысить скорость окисления втор-бутилбензола. Однако, несмотря на этот факт, скорость окисления втор-бутилбензола в таком процессе является низкой (около 1,7% масс/ч); конверсия исходного углеводорода составляет порядка 15% при селективности образования гидроперокисида втор-бутилбензола 64-70% (содержание гидропероксида втор-бутилбензола составляет 13-14% масс, за время контакта 6 ч) [Закошанский В.М. Фенол и ацетон: Анализ технологий, кинетики и механизма основных реакций. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2009].

При окислении в данных условиях скорость окисления является недостаточно высокой с технологической точки зрения и образуется до 40% побочных продуктов.

Для повышения скорости процесса используются катализаторы - резинат марганца, стеарат натрия и щелочные добавки, такие как NaOH и СаО. Однако, в случае применения таких соединений требуется дополнительная очистка продуктов окисления от неорганических отработанных катализаторов.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков: повышение скорости окисления втор-бутилбензола, увеличение селективности образования гидропероксида втор-бутилбензола, а также снижение содержания побочных продуктов в оксидате.

Данная задача решается использованием способа получения гидропероксида втор-бутилбензола путем жидкофазного окисления втор-бутилбензола без добавления изопропилбензола кислородом воздуха при атмосферном давлении при температуре 140-145°С в присутствии в качестве катализатора смеси N-гидроксифталимида и его производного - фталимида калия - в соотношении N-гидроксифталимид: фталимид калия 1:1 в суммарном количестве 2-4% масс, в течение 30-60 минут.

В указанных условиях удается достичь конверсии втор-бутилбензола до 30% при селективности образования гидропероксида втор-бутилбензола до 95%.

Характерными особенностями проведения процесса окисления в таких условиях являются: применение в качестве катализатора N-гидроксифталимидом и его производного - фталимида калия, обладающего более низкой стоимостью, доступностью и относительно простой технологией его получения.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1

В стеклянный реактор емкостью 10 см³ загружали 3 см³ втор-бутилбензола и смесь N-гидроксифталимида, в количестве 1% масс, от загрузки углеводорода, и фталимида калия, в том же количестве; подавали кислород при атмосферном давлении, при температуре 140°С в течение 60 минут при непрерывном перемешивании.

Содержание гидропероксида втор-бутилбензола составило 22% масс, при селективности его образования 91%. Оксидат анализировали на содержание гидропероксида йодометрическим методом анализа.

Пример 2

В стеклянный реактор емкостью 10 см³ загружали 3 см³ втор-бутилбензола и смесь N-гидроксифталимида, в количестве 1% масс, от загрузки углеводорода, и фталимида калия, в том же количестве; подавали кислород при атмосферном давлении, при температуре 145°С в течение 30 минут при непрерывном перемешивании.

Содержание гидропероксида втор-бутилбензола составило 17% масс, при селективности его образования 92%.Оксидат анализировали на содержание гидропероксида йодометрическим методом анализа.

Пример 3

В стеклянный реактор емкостью 10 см³ загружали 3 см³ втор-бутилбензола и смесь N-гидроксифталимида, в количестве 2% масс, от загрузки углеводорода, и фталимида калия, в том же количестве; подавали кислород при атмосферном давлении, при температуре 145°С в течение 30 минут при непрерывном перемешивании.

Содержание гидропероксида втор-бутилбензола составило 17% масс, при селективности его образования 92%. Оксидат анализировали на содержание гидропероксида йодометрическим методом анализа.

Пример 4

В стеклянный реактор емкостью 10 см³ загружали 3 см³ втор-бутилбензола и смесь N-гидроксифталимида, в количестве 1% масс, от загрузки углеводорода, и фталимида калия, в том же количестве; подавали кислород при атмосферном давлении, при температуре 145°С в течение 60 минут при непрерывном перемешивании.

Содержание гидропероксида втор-бутилбензола составило 26% масс, при селективности его образования 90%. Оксидат анализировали на содержание гидропероксида йодометрическим методом анализа.

Изобретение относится к способу получения гидропероксида втор-бутилбензола. Предлагаемый способ заключается в жидкофазном окислении втор-бутилбензола кислородом воздуха при атмосферном давлении и температуре процесса 140-145°С в течение 30-60 мин в присутствии катализатора. В качестве катализатора используют смесь N-гидроксифталимида и его производного - фталимида калия, в соотношении N-гидроксифталимид : фталимид калия 1:1, в суммарном количестве 2-4% масс. Предлагаемый способ позволяет уменьшить время реакции с получением высокого содержания гидропероксида в продуктах окисления и высокой селективностью его образования. 4 пр.

Способ получения гидропероксида втор-бутилбензола жидкофазным окислением втор-бутилбензола кислородом воздуха при атмосферном давлении, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии катализатора: смеси N-гидроксифталимида и его производного - фталимида калия, в соотношении N-гидроксифталимид : фталимид калия 1:1, в суммарном количестве 2-4% масс., при температуре 140-145°С в течение 30-60 мин.