Конденсация карбонильных соединений

Получение 2-этилгексеналя (сырья для получения 2-этилгексанола)

Уравнение реакции: 2С₄Н₈О à H₂O + C₃H₇CH=C(C₂H₅)CHO

Катализатор: 40%-ный водный раствор NaOH.

Концентрация катализатора: 0.05% в реакционной массе.

Механизм реакции: Реакция протекает по механизму основно-каталитической альдольной конденсации (общий основный катализ). Сначала по протолитическому равновесию между масляным альдегидом и катализатором образуется карбанион:

который затем вступает в реакцию конденсации с молекулой альдегида:

R = -C₂H₅; R' = -C₃H₇

Образовавшийся альдоль подвергается основнокаталитической дегидратации:

Побочные реакции:

Основнокаталитические реакции поликонденсации альдегида с альдолем и ненасыщенным альдегидом, образование тримеров альдегидов и т.п.

Описание процесса:

Процесс получения 2-этилгексеналя проводят в реакторе непрерывного действия типа 8 (Рис. 2.5). В реакторе совмещены обе стадии образования продукта - конденсация и дегидратация. Исходный масляный альдегид с катализатором (А) подают в выносной циркуляционный контур. Основная часть экзотермической реакции протекает в выносном теплообменнике, в котором отводится избыточное тепло. Остальная часть реакции протекает в колоне при температуре 100-130 ^оС. Продукты реакции (В) охлаждаются в холодильнике и, после расслаивания в сепараторе на водный и органический слой, органика отводится на дальнейшую переработку (F).

Катализатор остается в водном слое (D). От водного слоя отпаривают растворенную в нем органику, катализатор нейтрализуют и отправляют воду на очистку. Идеальным, с точки зрения экологии, является упаривание водно-щелочного потока (D) до 40%-ной концентрации щелочи и возврат катализатора в процесс. Но экономически такой вариант как правило не выгоден, так как требует дополнительные энергозатраты на испарение воды и очистки от примесей.

Получение пентаэритрита

Уравнение реакции: С₂Н₄О + 4СН₂О + NaOH à C(СН₂ОH)₄ + HCOONa

Катализатор: 40%-ный водный раствор NaOH или известковое молоко;

Концентрация катализатора: 20%-ный мольный избыток от стехиометрии.

Механизм реакции:

Реакция протекает в две стадии. Первая стадия - по механизму основно-каталитической альдольной конденсации одной молекулы ацетальдегида и трех молекул формальдегида:

С₂Н₄О + 3СН₂О à О=CН-С(СН₂ОH)₃

Схема механизма изображена в описании получения 2-этилгексеналя, где R = R' = H.

На второй стадии протекает реакция Канницаро между триметилолацетальдегидом и формальдегидом:

О=CН-С(СН₂ОH)₃ + СН₂О + NaOH à C(СН₂ОH)₄ + HCOONa

Побочные реакции: Основными побочными реакциями являются самоконденсация ацетальдегида и образование дипентаэритрита:

(СН₂ОH)₃C-СН₂-О-CН₂-С(СН₂ОH)₃

Описание периодического процесса:

Пентаэритрит не редко получают периодическим способом. Процесс проводят в одиночном реакторе с мешалкой, охлаждающей ребашкой и змеевиком (1, Рис. 2.5). В начале процесса в реактор загружают все количество формалина и раствора катализатора. Формалин берут в 25%-ном избытке от стехиометрии. Затем начинают дозировать водный раствор ацетальдегида (А). Температуру в течении процесса повышают от 30 до 50^оС. После завершения реакции приступают к нейтрализации реакционной массы. Нейтрализацию проводят серной кислотой, взятой в таком количестве, чтобы связать только избыточную щелочь. Образовавшийся сульфат натрия выпадает в осадок из реакционной массы и отфильтровывается. А оставшийся, растворимый в реакционной массе, формиат натрия отделяют в виде водного раствора от пентаэритрита перекристаллизацией.

Описание непрерывного процесса:

Непрерывный процесс проводят в каскаде реакторов 1 с мешалками. При этом в первый реактор каскада подают весь катализатор и формалин (А), а водный раствор ацетальдегида подают дробно в каждый реактор каскада (А, А’ и т.д.). Реакционная смесь перетекает из реактора в реактор (В, В’ и т.д.). Температура от реактора к реактору повышается от 30 до 50^оС. По выходе из последнего реактора смесь направляется в нейтрализатор. Нейтрализация и отделение катализатора от реакционной массы осуществляется так же, как и в периодическом процессе.

Если в качестве катализатора используют известковое молоко, то на стадии нейтрализации серной кислотой связывают все ионы кальция, а выпадающий в осадок сульфат кальция отфильтровывают.