Международный
научный журнал

Гетерогенно-каталитический синтез бутин-3-ола-2 и гексин-3-диола-2,5


Heterogeneous catalytic synthesis butin-3-ol-2 and hexin-3-diol-2.5

Цитировать:
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 (дата обращения: 14.10.2019).
 
Прочитать статью:


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.

 

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-силикагелевых (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

2CuO + CH3CHO ↔ Cu2O + CH3COOH

Cu2O + C2H2 ↔ Cu-C≡C-Cu + H2O

Cu-C≡C-Cu + H-C≡C-H ↔ H-Cδ+≡Cδ—HCu+1

H-C≡C-HCu + Me+(2+) ↔ H-C≡C-H ↔ H-C≡C-H*K

где Me+(2+)= Cu+; Сd2+

Объекты и методы исследования.

Объектами исследования являются ацетилен, ацетальдегид, медь-кадмий-каолиновые и медь-кадмий-силикагелевые катализаторы, бутин-3-ол-2 и гексин-3-диол-2,5.

Синтез ацетиленовых спиртов и диолов осуществили гетерогенно-каталитическим методом на лабораторной установке, показанной на рис. 1.

 

Рисунок 1. Принципиальная схема лабораторной установки для синтеза ацетиленовых спиртов и диолов.

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 

 

Для проведения синтеза в реактор загружали определенное количество катализатора и нагревали его в токе азота. По достижении температуры 10-20ºС 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 ≈ 20ºС. Пар, насыщенный уксусным альдегидом, поступал в реактор, где при температуре от -10ºС до +20ºС 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

CuO-40

7,63

52,52

CdO-1

Каолин-59

МКК-2

CuO-40

8,23

57,82

CdO-2

Каолин-58

МКК-3

CuO-40

9,53

61,75

CdO -4

Каолин-56

МКК-4

CuO-40

10,54

64,33

CdO -6

Каолин-54

МКК-5

CuO-40

11,32

66,55

CdO -8

Каолин-52

МКК-6

CuO-40

12,75

68,63

CdO -10

Каолин-50

МКК-7

CuO-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

CuO-40

14,65

69,62

CdO-10

Каолин-50

МКС-6

CuO-40

12,63

67,55

CdO-10

Силикагель-50

МКБ-6

CuO-40

10,24

65,42

CdO-10

Бентонит-50

МКЦ-6

CuO-40

11,32

65,72

CdO-10

Цеолит-50

 

Как видно из табл. 2, выход бутин-3-ол-2 и гексин-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 AI2O3, Fe2O3 и FeO, играющие роль промотора, усиливающие каталитическую активность катализатора.

Исследована зависимость выхода бутин-3-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-3-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-3-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.

 

 

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.

 

Список литературы:
1. Кинетика синтеза винилового эфира бутин-1-ола-3 / Х.М. Вапоев, Т.С. Сирлибоев, Б.Ф. Мухиддинов, С.Э. Нурмонов // Ўзбекистон миллий университети кимё факультети профессор-ўқитувчилари 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, 1991. – С. 212.
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.

 

Информация об авторах:

Вапоев Хусниддин Мирзаевич Khusniddin Vapoyev

доцент кафедры химической технологии Навоинского государственного горного института, 210100, Республика Узбекистан, ул. Жанубий, 27а

Head of department Chemical technology Navoi State Mining Institute, 210100, The Republic of Uzbekistan, Janubi st., 27а


Мухиддинов Баходир Фахриддинович Baxodir Muhiddinov

профессор кафедры химической технологии Навоинского государственного горного института, 210100, Республика Узбекистан, ул. Жанубий, 27а

Professor of department Chemical technology Navoi State Mining Institute, 210100, The Republic of Uzbekistan, Janubi st., 27а


Жураев Илхом Икромович Ilkhom Juraev

доц. кафедры «Химическая технология» Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института, Узбекистан, г. Навои

Chairman of department «Chemical technology», Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi


Хусенов Кахрамон Шайимович Kahramon Husenov

доц. кафедры «Химическая технология» Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института, Узбекистан, г. Навои

Chairman of department «Chemical technology», Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66236 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAirediscovery

CiteFactor

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.