甲苯烷基化反应方程式
甲苯烷基化反应方程式:
C6H5-CH3+R-X+AlCl3 = o/p-R-C6H4-CH3.
其中R=烷基, X=卤素, o表示苯环的间位, p表示苯环的对位。
甲苯对位引入硝基的方法如下。
1、用苯和氯乙烷在氯化铝催化下,加热,发生傅瑞达尔-克拉夫茨烷基化反应,生成乙基苯。
2、用乙基苯与浓硫酸和浓硝酸混合,加热,在乙基的对位上引入硝基,生成对硝基乙苯。
3、将对硝基乙苯与氯气(少量)混合,经过光照,乙基上一个氢原子被氯原子取代,生成1-氯对硝基苯乙烷或者2-氯对硝基苯乙烷。
4、用氢氧化钾乙醇溶液处理1-氯对硝基苯乙烷或者2-氯对硝基苯乙烷,即得到产物——对硝基苯乙烯。
甲苯-甲醇烷基化工艺的缺点:1)甲苯-甲醇烷基化工艺虽然是较为先进的工艺,但反应终温较高,操作不当易造成催化剂结焦、失活,对高温位的热量回收利用的技术要求较高;2)高温反应器及高温回收设备的材质要求高,外加高温时甲醇对设备的腐蚀较大,因此整体而言主要设备造价较高;3)催化剂的研究有待完善,亟待开发低温高效烷基化催化剂。
3、结束语
甲苯-甲醇烷基化反应是技术先进,环保安全,产品率高,原料利用率高,能耗低,效益高的生产工艺。经过对各种生产PX技术和相关同类装置的大量调研,并进行合理而全面的经济分析,项目税后内部收益率达到20%,高于目前的芳烃联产工艺的平均收益率(16%)。
考虑到各种相关因素如环境友好程度、开车安全性等,认为甲苯-甲醇烷基化反应是未来最为经济、可行的PX 生产技术路线。在反应工段采用固定床急冷甲醇控温,可有效控制反应温度。反应后体系的分离则采用闪蒸技术(回收甲醇、工艺水、氢气、瓦斯气),串接精馏及结晶分离等组合工艺,可以大大提高该工艺的竞争力
PX:无色透明液体,具有芳香气味。比重0.861,熔点13.2℃,沸点138.5℃,闪点25℃,能与乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂混溶。可燃,低毒化合物,毒性略高于乙醇,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物,爆炸极限1.1%~7.0%(体积分数)。
现在最优化的催化剂制取对二甲苯,甲苯:甲醇:对二甲苯=1:2.5:1, 甲苯甲醇烷基化制对二甲苯目前在国内只有上海石化研究所的投产20万吨/年,吸附法比较常用,耗能少,但结晶法效率较高,要求当然也高。
化学方程式:C7H8+CH3OH=C8H10+H2O
原理:
由于三氯化铝是Lewis酸,容易和卤代烷中的卤原子形成配位键,从而造成烷基上正电荷的积聚。鉴于Fridel-Crafts反应的亲电机理,三氯化铝的上述作用有利于反应向右进行。
常见的Lewis酸
:
1.正离子、金属离子:钠离子、烷基正离子、硝基正离子
2.受电子分子(缺电子化合物):三氟化硼、三氯化铝、三氧化硫、二氯卡宾
3.分子中的极性基团:羰基、氰基
在有机化学中Lewis酸是亲电试剂
2-甲基-1-氯丙烷先失掉氯得到对应碳正离子,然后发生重排,变成叔丁基碳正离子,然后叔丁基碳正离子对甲苯亲电取代,得到邻对位产物,考虑位阻,以对位产物为主,即得到对甲基叔丁基苯.根据反应条件不同,有可能发生多烷基化,就是继续往苯环上加叔丁基,所以产物比较复杂.
甲基是给电子基团,促进了傅-克氏烷基化的进行。发生傅氏反应,是苯环上的氢被取代。
当苯环上有强吸电子基(如-NO2 、 -SO3H 、 -COR)时,不发生傅-克反应。
在无水三氯化铝催化下,苯环上的氢原子被烷基或酰基取代的反应,叫做傅氏反应。傅氏反应包括烷基化和酰基化反应。
傅氏烷基化反应中,常用的烷基化试剂为卤代烷,有时也用醇、烯等。常用的催化剂是无水三氯化铝,此外有时还用三氯化铁、三氟化硼等。
甲基是活化基团;当取代上一个后,其邻-,对-位的活性更强,(但邻位的位阻大),因此生成对二甲苯。
2)苯与乙酰氯和三氯化铝作用是苯环的酰化反应(傅克反应)。
所生成的羰基侧链是惰化基, 所以反应可以控制在这一步,很难再生成双取代的侧链苯衍生物。
建议以苯为原料,用付-克烷基化生成烷基苯,再进行付-克酰基化,以甲酰氯为原料,合成对烷基苯甲醛并分离副产物邻烷基苯甲醛(由于位阻效应,邻甲基苯甲醛应是比例较少的产物),再将分离出的对烷基苯甲醛氧化酯化得到对烷基苯甲酸酯.
如果要制备间位硝基甲苯,要用硝基苯进行付克烷基化反应。这样甲基就出现在间位上了。但是考虑硝基的吸电子效应,反应比较难进行。