Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛБЕНЗОЛОВ

Изобретение относится к способу получения алкилбензолов, и частности к новому способу гидрирования стирола и его производных, который применим в условиях лаборатории и позволяет получать алкилбензолы с насыщенной углеводородной цепью общей формулы

где R₁=Н: R₂=Et, i-Pr

или R₁R₂=-СН₂-СН₂-СН₂-

которые находят применение в органическом синтезе в качестве полупродуктов и растворителей.

Известен способ получения этилбензола гидрированием стирола водородом при атмосферном давлении в присутствии специально приготовленного катализатора, при этом катализатор получают восстановлением диацетата никеля металлическим натрием, цинковой пылью алюмогидридом лития или боргидридом натрия [ACTIVATION OF REDUCING AGENTS.SODIUM HYDRIDE CONTAINING COWEEX REDUCING AGENTS.VII. NiC, A NEW HETEROGENEOUNS Ni HYDROGENATION CATAEYST / J.J. BRUNET, P. GAEEOIS, P. CAUBERE // Tetrahedron Letters 1977, - No.45, pp.3955-3958].

Недостатком этого способа является стадия нейтрализации избытка пожароопасного восстановителя, приводящая к потерям достаточно дорогостоящих реагентов, а также использование пожаро- и взрывоопасного водорода в условиях лаборатории. Продукты реакции определялись методом газо-жидкостной хроматографии без выделения.

Известен способ получения этилбензола гидрированием стирола на наночастицах никеля газообразным водородом в мягких условиях (температура 35ºC и давление 2 атм) [Formation, nature of activity, and hydrogenation catalysis by nickel bis(acetylacetonate)-lithium tetrahydroaluminate systems. // L.B. Belykh, Yu.Yu. Titova, A.V. Rokhin, F.K. Shmidt // Inorganic Synthesis And Industrial Inorganic Chemistry. - Vol.83, No.11, 2010. - pp.1778-1786].

Недостатком данного метода является использование значительного количества относительно дорогостоящего алюмогидрида лития в качестве гидрирующего агента, что значительно повышает его расход.

Известен способ получения этилбензола гетерогенно-каталитическим гидрированием производных стирола на наночастицах железа [At the frontier between heterogeneous and homogeneous catalysis: hydrogenation of olefins and alkynes with soluble iron nanoparticles / C.Rangheard, C. de Julian Fernandez, Pim-Huat Phua, J. Hoorn, L.Lefort, J.G. de Vries // Dalton Trans., 2010, 39, 8464-8471].

Недостатком данного метода является необходимость использования автоклава для создания необходимого давления водорода (20 атм). Также имеются определенные трудности с приготовлением раствора катализатора, который готовится в боксе с азотной атмосферой в течение получаса. Данным способом не были получены соединения заявляемой структурной формулы.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ получения этилбензола гидрированием стирола на биметаллическом нанокатализаторе на основе никеля газообразным водородом [Nanosized bimetallic Ni-Sn and Ni-Zr catalysts prepared by SOMC/M route. Characterization and catalytic properties in styrene selective hydrogenation. // L. Deghedi, J.-M. Basset, J.-P. Candy, J.-A.Dalmon, A.-C. Dubreuil, L. Fischer // Chemical Ingineering Transactions. - 2009. - Vol.17, pp.31-36].

Недостаток этого метода заключается в необходимости использования относительно большой температуры (130ºC) и давления порядка 30 атм.

Задачей заявляемого способа является разработка технологичного способа получения этилбензола или его производных гидрированием стирола или его производных газообразным водородом, не требующего использования дорогостоящих катализаторов и сложных технологических условий, который будет позволять достигать высоких значений выхода по исходному олефину или его производному в условиях химической лаборатории с использованием доступных реагентов. Техническим результатом является упрощение метода получения соединений заявляемой структурной формулы.

Поставленный результат достигается в новом способе получения алкилбензолов общей формулы

где R₁=Н: R₂=Et, i-Pr

или R₁-R₂=-СН₂-СН₂-СН₂-,

заключающемся в гидрировании стирола газообразным водородом в присутствии катализатора с последующим выделением целевых продуктов, отличающемся тем, что гидрированию подвергают стирол или его производные из ряда α-метилстирол или инден, а в качестве катализатора используют наночастицы никеля, получаемые восстановлением хлорида никеля (II) боргидридом натрия in situ, и процесс проводят при атмосферном давлении водорода в среде изопропанола при температуре 55-65ºC в течение 4-6 часов.

Сущностью метода является реакция гидрирования стирола или его производных из ряда: α-метилстирол, инден газообразным водородом в среде изопропанола в присутствии наночастиц никеля.

В предлагаемом изобретении весь синтез проводится в одну стадию: получение катализатора и гидрирование протекают in-situ. Также достоинством предлагаемого изобретения является использование водорода при атмосферном давлении, что позволяет упростить и удешевить способ получения целевых продуктов.

Способ осуществляется следующим образом.

В плоскодонную колбу загружается боргидрид натрия, изопропанол и безводный хлорид никеля (II) в мольном соотношении боргидрид натрия:хлорид никеля (II), равном 2:1, и получают катализатор по реакции . Количество боргидрида натрия рассчитывается исходя из количества получаемого катализатора с незначительным избытком, и следовательно, гидрирования стирола или его производного не происходит. После получения черного, прозрачного в тонком слое коллоидного раствора наночастиц никеля загружается стирол или его производное из ряда: α-метилстирол, инден и через реакционную массу барботируется газообразный водород, который предварительно пропускается через слой концентрированной серной кислоты для очистки от следов влаги, при атмосферном давлении в течение 4-6 часов при температуре 55-65ºC. Для коагуляции частиц катализатора в реакционную смесь добавляют несколько капель воды. Из фильтрата выделяют целевой продукт перегонкой при атмосферном давлении или в вакууме. Свойства синтезированных этилбензола, изопропилбензола и индана соответствуют литературным данным.

Стабилизации коллоидных растворов наночастиц никеля не требуется, что значительно упрощает и удешевляет предлагаемый способ гидрирования. Полученные суспензии могут использоваться в качестве катализатора восстановления без выделения наночастиц, но активность возвратного катализатора меньше. Так как и при синтезе катализатора, и восстановлении заявленных веществ используются одинаковые условия, весь процесс сводится к одностадийному синтезу, при котором катализатор образуется in situ из хлорида никеля (II).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1

Этилбензол.

В плоскодонную колбу, снабженную барботером и обратным холодильником, загружают суспензию 0,18 г (0,05 моль) боргидрида натрия в 30 мл изопропанола, после чего постепенно присыпают 3,65 г (0,028 моль) безводного хлорида никеля (II), при этом наблюдают образование черного коллоидного раствора наночастиц никеля. После этого включают барботаж водорода и добавляют 31,2 г (0,3 моль) стирола. Реакцию проводят при нагреве до 55ºC в течение 4 часов. По окончании реакции смесь охлаждают, добавляют 3 мл воды для ускорения коагуляции катализатора. Осевший осадок отфильтровывают, отделяют органический слой фильтрата и отгоняют изопропанол с использованием дефлегматора. Остаток перегоняют при атмосферном давлении, получают 24,8 г (0,234 моль, 78%) этилбензола, бесцветная жидкость с характерным запахом, т.к. 133-135ºC. Спектр ЯМР¹Н, δ, м.д.: 1.18 т (3Н, CH₃); 2.57 кв (2H, CH₂); 7.03-7.22 м (5Н, C₆H₅).

Пример 2

Изопропилбензол.

В плоскодонную колбу, снабженную барботером и обратным холодильником, загружают суспензию 1,1 г (0,03 моль) боргидрида натрия в 30 мл изопропанола, после чего постепенно присыпают 1,82 г (0,014 моль) безводного хлорида никеля (II), при этом наблюдают образование черного коллоидного раствора катализатора. После этого включают барботаж водорода и добавляют 17,7 г (0,15 моль) α-метилстирола. Реакцию проводят при нагреве до 60ºC в течение 6 часов. По окончании реакции смесь охлаждают, добавляют 3 мл воды для ускорения коагуляции катализатора. Осевший осадок отфильтровывают, отделяют органический слой фильтрата и с использованием дефлегматора отгоняют изопропанол. Остаток перегоняют при атмосферном давлении, получают 14,4 г (0,12 моль, 80%) изопропилбензола, бесцветная жидкость с характерным запахом, т.к. 152-155ºC. Спектр ЯМР¹Н, δ, м.д.: 1.18 т (6Н, 2СН₃); 2.78 м (1Н, CH); 6.96-7.12 м (5Н, С₆Н₅).

Пример 3

Индан.

В плоскодонную колбу, снабженную барботером и обратным холодильником, загружают суспензию 1 г (0,028 моль) боргидрида натрия в 20 мл изопропанола, после чего постепенно присыпают 1,7 г (0,0131 моль) безводного хлорида никеля (II), при этом образуется черный коллоидный раствор катализатора. После этого включают барботаж водорода и добавляют 24,2 г (0,21 моль) индена. Реакцию проводят при нагреве до 65ºC в течение 5,5 часов. По окончании реакции смесь охлаждают, добавляют 3 мл воды для ускорения коагуляции катализатора. Осевший осадок отфильтровывают, отделяют органический слой фильтрата и с использованием дефлегматора отгоняют изопропанол. Остаток перегоняют при атмосферном давлении, получают 20,5 г (0,174 моль, 83%) индана, бесцветная жидкость с характерным запахом, т.к. 176-177ºC. Спектр ЯМР¹Н, δ, м.д.: 1.90 м (2Н, CH₂); 2.75 т (4Н, 2СН₂); 6.90-7.02 м (4Н, С₆Н₄).

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для применения в лабораторных условиях;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Выводы

Разработан новый способ получения алкилбензолов гидрированием стирола и его производных водородом при атмосферном давлении в присутствии наночастиц никеля, который протекает с высокими выходами по исходным олефинам. Свойства синтезированных соединений соответствуют литературным данным.