Процессы дегидратации (стр. 1 из 2)

Реферат

Процессы дегидратации

Содержание

стр.

Введение 3

1. Процессы дегидратации 4

2. Технология процессов дегидрирования 9

Список литературы 11

Введение

Процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования имеют очень важное значение в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. Гидролизом жиров, целлюлозы и углеводов давно получют мыло, глицерин, этанол и другие ценные продукты. В области органического синтеза рассматриваемые процессы используют главным образом для производства спиртов C₂-C₅, фенолов, простых эфиров,

-оксидов, многих ненасыщенных соединений, карбоновых кислот и их производных (сложных эфиров, ангидридов, нитрилов, амидов) и других соединений.

Перечисленные вещества имеют очень важное применение в качестве промежуточных продуктов органического синтеза (спирты, кислоты и их производные, альдегиды,

-оксиды), мономеров и исходных веществ для синтеза полимерных материалов (фенол, эфиры акриловой и метакриловой кислот, меламин, хлоролефины), пластификаторов и смазочных материалов (сложные эфиры), растворителей (спирты, простые и сложные эфиры, хлоролефины), пестицидов (эфиры карбаминовой и тиокарбаминовой кислот). Очень часто рассматриваемые реакции являются промежуточным этапом в многостадийных синтезах других продуктов целевого назначения.

Производство перечисленных веществ имеет большие масштабы. Так, в США синтезируют по 500 тыс. т этанола и изопропанола, 900 тыс. т пропиленоксида, 200 тыс. т эпихлоргидрина, свыше 4 млн. т сложных эфиров, около 300 тыс. т изоцианатов.

1. Процессы дегидратации

1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений

Процесс применяется для извлечения изобутена из С₄-фракций газов крекинга и пиролиза, когда одна из стадий состоит в дегидрировании трет-бутанола при катализе серной кислотой или сульфокатионом. Или дегидратация с получением изобутена проводится с трет-бутанолом, образовавшимся при гидроксидном способе получения пропиленоксида:

(CH₃)₃COH → (CH₃)₂C=CH₂ + H₂O

В этом и других случаях дегидратация с образованием ненасыщенных веществ чаще всего является одной из стадий в производстве многих мономеров. Так, в одном из новых процессов производят стирол дегидратацией метилфенилкарбинола:

C₆H₅-CHOH-CH₃ → C₆H₅-CH=CH₂ + H₂O

Известный метод синтеза изопрена из изобутена и формальдегида также связан с заключительной дегидратацией диола и ненасыщенного спирта:

(CH₃)₂C(OH)-CH₂CH₂(OH)

(CH₃)₂=CHCH₂OH

(CH₃)₂=CHCH₂OH

CH₂=C(CH₃)CH=CH₂

При отщеплении первой молекулы воды от диола получается смесь ненасыщенных спиртов разного строения, но все они при дальнейшей дегидратации дают изопрен, причем реакция сопровождается перемещением двойных связей:

Другой вариант получения для ненасыщенных соединений, состоящий во введении винильной группы путем реакций типа альдольной конденсации с последующей дегидратацией, можно привести примеры синтеза нитроэтилена, винилметилкетона и 2-винилпиридина:

CH₃NO₂ + HCHO

HOCH₂-CH₂NO₂ CH₂=CHNO₂

CH₃COCH₃ + HCHO

CH₃COCH₂CH₂OH CH₃COCH=CH₂

Дегидратация является также одной из стадий получения эфиров метакриловой кислоты CH₂=C(CH₃)COOR, некоторых первичных спиртов, например н-бутанола:

2CH₃CHO → CH₃CH(OH)CH₂CHO

CH₃CH=CHCHO

CH₃CH=CHCHO

CH₃(CH₂)₂-CH₂OH

2-этилгексанола, метилизобутилкетона и многих других веществ.

2. Дегидратация с образованием простых эфиров

Путем побочного образования простых эфиров при гидролизе хлорпроизводных и гидратации олефинов получают все необходимое количество таких эфиров, как диизопропиловый. Но диэтиловый эфир имеет довольно широкое применение, и его специально производят межмолекулярной дегидратацией этанола при 250⁰С на гетерогенном катализаторе AI₂O₃:

2C₂H₅OH → (C₂H₅)₂O + H₂O

Возможность использования этого же способа для синтеза простых эфиров из изопропанола и высших спиртов ограничена развитем побочного образования олефинов. Вследствие этого большинство эфиров получают в жидкой фазе при более низкой температуре с применением кислотных катализаторов – серной, фосфорной, арилсульфокислот. Метод годится главным образом для синтеза симметричных эфиров, имеющих одинаковые алкильные группы, так как при дегидратации смеси двух спиртов выход смешанного эфира невелик:

3ROH + 3R'OH → R₂O + R'₂O + ROR' + 3H₂O

Из симметричных простых эфиров с прямой цепью углеродных атомов интерес представляет

-дихлордиэтиловый эфир (хлорекс), являющийся ценным растворителем и экстрагентом, а также исходным веществом для получения полисульфидных полимеров. Его производят дегидратацией безводного этиленхлоргидрина на кислотном катализаторе:

2CICH₂-CH₂OH → (CICH₂-CH₂)₂ + H₂O

Двухатомные спирты при кислотном катализе способны к замыканию стабильных пяти- или шестичленных циклов. Этим путем из диэтиленгликоля получают диоксан (1), из диэтаноламина – морфолин (2), из бутандиола-1,4 – тетрагидрофуран (3). Все эти вещества являются растворителями:

3. Дегидратация карбоновых кислот

Процесс дегидратации карбоновых кислот занимает несколько особое положение по сравнению с другими реакциями дегидратации. В данном случае продуктами внутри- и межмолекулярной дегидратации являются кетен и уксусный ангидрид:

CH₃-COOH

CH₂=C=O

2CH₃COOH

(CH₃CO)₂O

Эти реакции эндотермичных, и их равновесие смещается вправо только при высокой температуре: 500 – 600⁰С в случае образования ангидрида и 700⁰С в случае образования кетена. При образовании кетена на равновесное превращение положительно влияет и пониженное давление. Обе реакции протекают в присутствии гетерогенных катализаторов кислотного типа (фосфаты и бораты металлов) или паров фосфорной кислоты, которую можно вводить в исходную смесь в виде эфиров, легко гидролизующихся в свободную кислоту. Механизм реакции, в общем, подобен другим процессам дегидратации:

+ +

CH₃-COOH

CH₃COOH₂ CH₃-C=O

CH₂=C=O

CH₃-C=O (CH₃-CO)₂O

Кетен – газ с резким запахом, конденсирующийся в жидкость при – 41⁰С. Обладает высокой реакционной способностью, взаимодействуя с различными веществами с образованием уксусной кислоты и ее производных. В частности, с уксусной кислотой он дает уксусный ангидрид:

CH₂=C=O + CH₃COOH → (CH₃CO)₂O

Уксусный ангидрид представляет собой жидкость с резким запахом (т. кип. 141⁰С). Он является важным продуктом органического синтеза, широко применяемым в качестве ацетилирующего средства при синтезах эфиров уксусной кислоты, трудно получаемых другими путями, - ацетатов фенолов, ацетатов третичных спиртов и особенно ацетата целлюлозы и ацетатного волокна.

Уксусный ангидрид раньше получали хлорным методом – из сульфурилхлорида и ацетата натрия:

SO₂CI₂ + 4CH₃COONa → 2(CH₃CO)₂O + Na₂SO₄ + 2NaCI