CC BY
27
жД UNIVERSUM:
№ 8 (29)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_январь. 2019 г.
ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ БУТИН-3-ОЛ-2 И ГЕКСИН-3-ДИОЛ-2,5
Вапоев Хуснитдин Мирзоевич
заведующий кафедрой «Химическая технология» Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института,
Узбекистан, г. Навои
Мухиддинов Баходир Фахриддинович
проф. кафедры «Химическая технология» Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института,
Узбекистан, г. Навои
Жураев Илхом Икромович
доц. кафедры «Химическая технология» Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института,
Узбекистан, г. Навои
Хусенов Кахрамон Шайимович
доц. кафедры «Химическая технология» Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института,
Узбекистан, г. Навои
HETEROGENEOUS CATALYTIC SYNTHESIS BUTIN-3-OL-2 AND HEXIN-3-DIOL-2.5
Khusnitdin Vapoyev
Chairman of department «Chemical technology», Chemical and metallurgical faculty ofNavoi State Mining Institute,
Uzbekistan, Navoi
Bahodir Muhiddinov
professor of «Chemical technology», Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute,
Uzbekistan, Navoi
Ilkhom Juraev
Chairman of department «Chemical technology», Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute,
Uzbekistan, Navoi
Kahramon Husenov
Chairman of department «Chemical technology», Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute,
Uzbekistan, Navoi
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследования гетерогенно-каталитического взаимодействия ацетилена и уксусного альдегида с образованием бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 с использованием медь-кадмий-каолиновых и медь-кадмий-силикогелевых катализаторов. Показано, что с увеличением содержания оксида кадмия в составе катализатора возрастает выход ацетиленовых спиртов и диолов.
ABSTRACT
In the article presented results of a study of heterogeneous-catalytic interaction of acetylene and acetic aldehyde with the formation of butyn-3-ol-2 and hexin-3-diol-2.5 using copper-cadmium-kaolin and copper-cadmium-silica gel-catalysts. It is shown that with an increase in the content of cadmium oxide in the composition of the catalyst, the yield of acetylene alcohols and diols increases.
Библиографическое описание: Гетерогенно-каталитический синтез бутин-3-ола-2 и гексин-3-диола-2,5 // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Вапоев Х.М. [и др.]. 2019. № 6(63). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7550
Ключевые слова: ацетилен, ацетальдегид, бутин-3-ол-2, гексин-3-диол-2,5, оксиды меди, оксиды кадмия, каолин, гетероген, катализатор, реактор.
Keywords: acetylene, acetaldehyde, copper complex, butyn-3-ol-2, hexyn-3-diol-2.5, copper oxides, cadmium oxides, kaolin, heterogeneous catalyst, reactor.
Введение. Ацетиленовые спирты, диолы и их производные широко применяются в качестве дефолиантов хлопчатника и стимуляторов роста растений в сельском хозяйстве, в медицине в качестве лекарственных препаратов, в химической промышленности в качестве ингибиторов коррозии металлов, а также в других отраслях реальной экономики.
В работах [1; 6] жидкофазным методом синтезированы бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5, которые содержат в своей структуре ненасыщенные тройные связи, которые в процессе синтеза олигомеризуются и полимеризуются, образуя смолообразные и твердые продукты, поэтому для исключения этих нежелательных процессов синтез бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5, необходимо проводить гетерогенно-каталитическим методом [1, 2].
Бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 являются весьма ценным сырьем для получения органических веществ. Синтез и исследование этих веществ недостаточно изучены.
Поэтому данная работа посвящена синтезу и исследованию свойств бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 из ацетилена и ацетальдегида в присутствии медь-кадмий-каолиновых (МНК) и медь-кадмий-си-ликагелевых (МНС) катализаторов при атмосферном давлении, температурах -10оС - +20оС по методу Реппе [3, 4]. Исследован [5] гетерогенно-каталитический синтез 2,5-диметилгексин-3-диола-2,5 медь-висмут-никель-каолинового катализатора, в присутствии которого относительно мал выход основного продукта.
С учетом вышеизложенного нами приготовлено несколько катализаторов, в которых в качестве носителей использовали каолин, бентонит, силикагель
и цеолит, а в качестве активных компонентов катализатора - оксиды меди и кадмия.
После исследования влияния температуры, природы и содержания катализаторов на выход бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 установлено, что увеличение содержания оксида меди и кадмия в катализаторе приводит к увеличению скорости образования бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 в 1,5 раза.
Ресурс действия предлагаемых катализаторов до регенерации оценивается не менее чем в 85 часов.
При обработке оксида меди и ацетальдегида с нагреванием оксида меди последний восстанавливается до закиси меди, которая при подаче ацетилена переходит в ацетиленид меди [2]:
Ацетиленид меди образует с ацетиленом активный медный комплекс типа Cu2C2 х С2Н2 по схеме
2^ + ШэСНО ~ Cu2O + CHзCOOH
Cu2O + C2H2 ~ Си-С=С-^ + H2O
^-С^С-^ + ^С=С-Н ~ Н^^-Ж^1
H-C=C-HCu + Me+(2+) ~ Н-С=С-Н ~ Н-С=С-H*K
где Me+(2+)= Сd2+
Объекты и методы исследования.
Объектами исследования являются ацетилен, ацетальдегид, медь-кадмий-каолиновые и медь-кад-мий-силикагелевые катализаторы, бутин-з-ол-2 и гексин-з-диол-2,5.
Синтез ацетиленовых спиртов и диолов осуществили гетерогенно-каталитическим методом на лабораторной установке, показанной на рис. 1.
Примечание: 1 - краны (4 шт.); 2 - ловушка; 3 - реометр; 4 -дозатор-капельная воронка; 5 - реактор; 6 -трансформатор; 7 - термо-пара; 8 - потенциометр; 9 - электрообогреватель; 10 - воздушный холодильник; 11 - холодильник Либбиха; 12 - поглотители (4 шт.) последовательно
Рисунок 1. Принципиальная схема лабораторной установки для синтеза ацетиленовых спиртов и диолов
Через кран 1, ловушку 2, реометр 3 в реактор 5 подавался ацетилен с азотом. К этой смеси через дозатор 4 приливали с определенной скоростью аце-тальдегид. В верхнюю и нижнюю части реактора помещали около 100 см3 крошки битого фарфора, выполняющего функцию испарителя, и между ними помещали катализатор, высота слоя катализатора составляла 100 мм. Нагрев осуществляли с помощью электрообогревателя. Температуру процесса регулировали трансформатором 6, измеряли термопарой 7 и фиксировали потенциометром 8. Образовавшуюся парогазовую смесь охлаждали сначала в воздушном 10, а затем в водяном холодильнике 11 и собирали в поглотителях (4 шт.) 12. Через 85 часов подачу ацетилена в систему прекращали, ее продували азотом, а катализатор регенерировали при температуре 425-450оС в течение 12 часов до тех пор, пока в отходящих газах содержание диоксида углерода не превысит 0,4%. После вытеснения ацетилена из системы подавали азото-воздушную смесь.
Для проведения синтеза в реактор загружали определенное количество катализатора и нагревали его в токе азота. По достижении температуры 10-20°С открывали вентиль на линии ацетилена, а вентиль на линии азота закрывали. Для насыщения пара уксусным альдегидом его пропускали через испаритель уксусного альдегида, помещенный в водяную баню с температурой ~ 20°С. Пар, насыщенный уксусным альдегидом, поступал в реактор, где при температуре от -10°С до +20°С протекала реакция взаимодействия с ацетиленом. В результате образовывался бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5.
Результаты и их обсуждение. Исследована зависимость выхода бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 от природы и состава катализатора при температуре 10оС в течение 6 часов, результаты представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Влияние природы и состава катализаторов на выход бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 при температуре 10оС в течение 6 часов
Катализатор Состав катализатора, % Выход продукта, %
Бутин-3-ол-2 Гексин-3-диол-2,5
МКК-1 Си0-40 7,63 52,52
СИО-1
Каолин-59
МКК-2 Си0-40 8,23 57,82
CdO-2
Каолин-58
МКК-3 Си0-40 9,53 61,75
CdO -4
Каолин-56
МКК-4 Си0-40 10,54 64,33
CdO -6
Каолин-54
МКК-5 Си0-40 11,32 66,55
CdO -8
Каолин-52
МКК-6 Си0-40 12,75 68,63
CdO -10
Каолин-50
МКК-7 Си0-40 11,33 67,92
CdO-12
Каолин-48
Анализ результатов исследования показывает (табл. 1), что с увеличением содержания оксида кадмия в составе катализатора возрастает выход бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 до 12,75% и 68,63% соответственно, а дальнейшее повышение
содержания оксида кадмия приводит к снижению выхода основного продукта.
Также исследована зависимость выхода бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 от природы носителя при температуре 20оС в течение 6 часов, результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Влияние природы носителя на выход бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5 при температуре 20оС в течение 6 часов
Катализатор Состав катализатора, % Выход продукта, %
Бутин-3-ол-2 Гексин-3-диол-2,5
МКК-6 ^-40 14,65 69,62
Cd0-10
Каолин-50
МКС-6 ^-40 12,63 67,55
Cd0-10
Силикагель-50
МКБ-6 ^-40 10,24 65,42
Cd0-10
Бентонит-50
МКЦ-6 ^-40 11,32 65,72
Cd0-10
Цеолит-50
Как видно из табл. 2, выход бутин-з-ол-2 и гек-син-3-диол-2,5 также зависит от природы носителя. Выяснилось, что среди использованных носителей -каолина, бентонита, силикагеля и цеолита - наибольшая каталитическая активность проявляется в присутствии каолина. Это обусловлено тем, что в составе каолина содержатся такие оксиды, как AI2Oз, Fe2Oз и FeO, играющие роль промотора, усиливающие каталитическую активность катализатора.
Исследована зависимость выхода бутин-з-ол-2 от продолжительности реакций, результаты представлены на рис. 2.
Температура: 1-10оС; 2-5оС; 3-0оС; 4-(-5оС) 5-(-10оС).
Рисунок 2. Зависимость выхода бутин-3-ол-2 от продолжительности реакций при различных температурах
Как видно из рис. 2, с увеличением продолжительности реакции и с уменьшением температуры выход бутин-з-ол-2 возрастает. Это обусловлено тем, что с уменьшением температуры растворимость ацетилена в ацетальдегиде возрастает, что приводит к увеличению количества соударений молекул ацетилена и ацетальдегида. Это однозначно приводит к возрастанию выхода бутин-з-ол-2 с одновременным увеличением скорости реакций.
Также исследована зависимость выхода гексин-3-диол-2,5 от продолжительности реакций при различных температурах, результаты приведены на рис. 3.
Продолжительность реакции, ч
Температура: 1-(-5оС); 2-0оС; 3-10оС; 4-20оС.
Рисунок 3. Зависимость выхода гексин-3-диол-2,5 от продолжительности реакции при различных температурах
Анализ результатов исследования (рис. 3) показывает, что с увеличением температуры процесса возрастает выход гексин-3-диол-2,5. В гомогенно-каталитическом методе [7] с увеличением температуры выход гексин-3-диол-2,5 резко уменьшается, что обусловлено протеканием самоконденсации исходного ацетальдегида.
Заключение. Проведено исследование процесса гетерогенно-каталитического синтеза бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5. Показана зависимость выхода целевого продукта от природы и состава катализаторов на основе оксида меди и кадмия, являющихся основным активным компонентом каталитической системы. Установлено, что с увеличением содержания оксида кадмия в составе катализатора возрастает выход ацетиленовых спиртов.
№ 8 (29)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
• 7univer5um.com
январь, 2019 г.
Список литературы:
1. Кинетика синтеза винилового эфира бутин-1-ола-3 / Х.М. Вапоев, Т.С. Сирлибоев, Б.Ф. Мухиддинов, С.Э. Нурмонов // Узбекистан миллий университети кимё факультети профессор-укитувчилари ва ёш олимларининг илмий-амалий конференцияси материаллари. - Тошкент, 2008. - Б. 58-59.
2. Получение бутин-2-диола-1,4 из ацетилена и формальдегида при атмосферном давлении / Д. Юсупов, А.У. Каримов, И. Тиркашев, А.В. Коротаев // Хим. пром. - 1998. - № 7. - С. 387-390.
3. Темкин О.Н. Химия ацетилена. «Ацетиленовое дерево» в органической химии XXI века // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7. - № 6. - С. 35-38
4. Темкин О.Н., Шестаков Т.К., Трегер Ю.А. Ацетилен. Химия, механизмы реакции, технология. - М.: Химия,
5. Гетерогенно-каталитический синтез 2,5-диметилгексин-3-диола-2,5 // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. Умрзоков А.Т. [и др.]. 2018. № 11(56). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/ item/6577.
6. Технологические параметры синтезов на основе бутин-1-ола-3 / Х.М. Вапоев, С.Э. Нурманов, Ж.Р. Умарова, Б.Ф. Мухиддинов // Химическая промышленность сегодня. - 2009. - № 6. - С. 12-16.
7. Umrzoqov A.T., Muhiddinov B.F., Vapoyev H.M., Nurmonov S.E., Umarova J.R. Hetrogeneous-Catalytic Synthesis 3,6-Dimethylotine-4-Diol-3,6. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. May 2018. Vol. 5. Issue 5. Р. 5751-5776.
1991. - С. 212.
