Прямую гидратацию в присутствии кислотного катализатора (одноступенчатая гидратация)

Прямая гидратация олефинов отличается от сернокислотной тем, что реакция протекает в одну стадию, без промежуточного выделения каких-либо соединений:

Вследствие одностадийности и отсутствия расхода серной кислоты прямая гидратация имеет преимущества перед сернокислотным способом.

Катализаторами прямой гидратации олефинов могут служить:

1. 10%-ной водной раствор серной кислоты при высоком давлении и температуре. В этих условиях абсорбция олефина и гидролиз алкилсерной кислоты происходят одновременно и процесс идет в одну стадию.

2.фосфорная кислота (эффективный катализатор) на твердом носителе с развитой поверхностью (широкопористый силикагель, кизельгур или промышленный алюмосиликатный катализатор). Ввиду корродирующего действия фосфорной кислоты и ее значительной летучести, обусловливающей постепенное снижение активности катализатора, значительное внимание привлекают нелетучие контакты, активной основой которых является окись вольфрама W₂О₃.

3. катионообменные смолы- сульфокатионитов, представляющих собой иммобилизованную (присоединенную к полимеру) серную кислоту. Обычно сульфокатиониты получают сульфированием сополимера стирола с дивинилбензолом. В них серная кислота присоединена к бензольному кольцу и активными элементами являются группы:

Реакция прямой гидратации олефинов обратима и протекает с выделением тепла:

Механизм прямой гидратации этилена в присутствии фосфорной кислоты состоит из следующих стадий:

-на поверхности носителя в пленке фосфорной кислоты происходит растворение этилена и отщепление протона от молекулы кислоты:

- протонирование олефина, приводящее к образованию карбоний-катиона, который реагирует с водой, образуя ион алкоксония:

- ион алкоксония отщепляется протон и образуется спирт:

Условия проведения прямой гидратации:

А) этилена - процесс ведут в газовой фазе на фосфорнокислом катализаторе (фосфорная кислота нанесена на активированный алюмосиликат) при 260—З00 °С и при этом парциальное давление водяного пара должно быть равно 2,5—З МПа (суммарное давление парогазовой смеси 7—8 МПа).

Б) пропилена – процесс возможно проводить:

-в газовой фазе на фосфорнокислотном катализаторе при 200°С и давлении 2—3 МПа

- в жидкой фазе гидратацию в присутствии катализатора сульфокатионита при 130—150°С; при 6—10 МПа и мольном соотношении воды и пропилена, равном (12,5-15): 1, конверсия пропилена достигает 75—80%.

Побочными реакциями сопровождающими прямую гидратацию являются:

- полимеризация олефинов:

- межмолекулярная гидратация спиртов с образованием простых эфиров;

- дегидратация образовавшихся спиртов с образованием карбонильных соединений:

Продуктами, получаемыми сернокислотной и прямой гидратацией олефинов, являются:

1) Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН—жидкость (Ткип.=78,4 °С, Тзатв 114,2 °С). Хорошо растворяется в воде. Этиловый спирт находит применение для производства бутадиеновых каучуков. Как полупродукт этанол имеет важное значение в органических производствах при получении ацетальдегида и уксусной кислоты, диэтилового эфира, сложных эфиров, хлороформа. Этиловый спирт является хорошим растворителем и используется для промывки и обезжиривания различных деталей и узлов. В больших количествах его используют в пищевой и медицинской промышленности.

2) Изопропиловый спирт (изопропанол) СН₃—СНОН——СН₃ — бесцветная жидкость (Ткип=82,5 °С). Хорошо растворяется в воде. Изопропиловый спирт находит применение в качестве растворителя, во многих случаях он заменяет этиловый спирт для масел, жиров и смол изопропиловый спирт является даже лучшим растворителем, чем этиловый. В нефтеперерабатывающей промышленности изопропиловый спирт используют для депарафинизации дизельных топлив. Кроме того, из него получают сложные эфиры, ацетон и другие вещества.