Способ получения изопропоксида алюминия

Способ получения изопропоксида алюминия

Реферат

Изобретение относится к химической технологии, в частности к химическим способам получения алкоголятов алюминия, и может найти применение в химической промышленности, нефтехимии.

Изопропоксид алюминия относится к группе низших алкоголятов алюминия, дистилляция которых позволяет проводить очистку продукта и при дальнейшей переработке получать высококачественные вещества.

Наиболее распространенным способом получения изопропоксида алюминия в препаративной и технологической практике является растворение металла в абсолютном изопропиловом спирте в присутствии солей ртути, йода или изопропоксида (см., например, Руководство по неорганическому синтезу, под ред. Г.Бауэра, М., Мир, 1985, т.3, стр.910-911).

В этом способе продукт загрязняется токсичными солями ртути, алкоголиз протекает длительное время - до 24 часов.

Известен способ получения изопропоксида алюминия в присутствии катализаторов - хлоридов и иодидов металлов (см., например, Семин А.А. Технология получения веществ особой чистоты с применением алгоголятов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., М., 2002 г.).

Применение хлоридов металлов загрязняет конечный продукт и ограничивает его использование. Кроме того, применение соединений хлора, йода вызывает коррозию аппаратуры, а сам способ экологически опасен.

Известен способ получения С₃-С₄ - алкоголятов алюминия путем нагревания при температуре 80-120°С алифатического спирта с алюминием, предварительно обработанным активатором, в качестве которого используют металлический галлий, взятый в количестве 0,05-1 вес. %. (см., например, описание изобретения по авторскому свидетельству СССР №742422, опубликовано 25.06.80, Бюллетень Госкомизобретений №23, 1980 г.).

Получаемый алкоголят алюминия загрязнен примесями галлия. Очистить целевой продукт от этих микропримесей довольно затруднительно. Кроме того, применение галлия удорожает процесс, т.к. галлий относится к редкоземельным металлам.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ получения алкоголятов алюминия взаимодействием металлического алюминия с безводным спиртом при нагревании в присутствии катализатора, в качестве которого используют алкоголят алюминия (см., например, описание изобретения по авторскому свидетельству СССР №368218, опубликовано 25.06.80, Бюллетень Госкомизобретений №23, 1980 г.).

Недостатком ближайшего аналога является недостаточно высокий выход продукта: 0,5-5 г на моль конечного продукта. Кроме того, для использования чистого алкоголята алюминия в качестве активатора необходимо предварительно выделить алкоголят из реакционной массы, что приводит к дополнительным энергетическим и экономическим затратам.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса получения изопропоксида алюминия, используя более дешевый и доступный катализатор, экологически чистый и неагрессивный.

Технический результат заявляемого способа заключается в увеличении выхода изопропоксида алюминия, удешевление и упрощение способа за счет использования более доступного и дешевого катализатора, экологически безопасного неагрессивного.

Сущность изобретения выражается во взаимодействии металлического алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии катализатора, реакционной массы синтеза, с последующим выделением целевого продукта, при этом отличается от ближайшего аналога тем, что в качестве катализатора используют реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%):

изопропоксид алюминия	91,4-97,2
изопропанол	2,6-8,0
изопропоксиды металлов	0,2-5,2

в том числе:

изопропоксид железа	0,1-3,5
изопропоксид кремния	0,08-0,8
изопропоксид титана	0,02-0,9,

взятую в количестве 1-20 мас.% в расчете на исходный алюминий, а синтез изопропоксида алюминия осуществляют при температуре 75-140°С и атмосферном давлении.

В одном из вариантов осуществления способа катализатор берут в количестве 0,33-5,48 г на 1 моль конечного продукта.

По предлагаемому способу получение изопропоксида алюминия осуществляют следующим образом.

В реактор загружают металлический алюминий и катализатор - реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия, полученную известными способами. Смесь нагревают до температуры 75-140°С и выдерживают при этой температуре порядка 0,25 часа (так называемый индукционный период реакции) до начала реакции, а после начала реакции (контролируется по выделению водорода) снижают температуру до 75-80°С и вводят изопропанол. Синтез ведут до полного растворения алюминия.

Выделение из реакционной массы целевого продукта осуществляют атмосферно-вакуумной разгонкой: при атмосферном давлении отгоняют избыточный изопропанол, а затем при остаточном давлении 8-10 мм рт.ст. - изопропоксид алюминия.

Сущность способа поясняется следующими примерами.

Пример 1.

В реактор загружают 50 г измельченного алюминия (куски, стружка), добавляют 0,5 г (1 мас.% в расчете на Al) катализатора - реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%): 91,4 изопропоксида алюминия, 2,6 изопропанола, 5,2 изопропоксидов железа, кремния, титана, в том числе изопропоксида железа 3,5, изопропоксида кремния 0,3, изопропоксида титана 0,9.

Смесь нагревают до 135°C и выдерживают при этой температуре порядка 0,25 часа до начала реакции. Контролируют выделение водорода и после начала его выделения загружают в реактор изопропанол в количестве 377,4 г и снижают температуру до 80°С. Синтез ведут до полного растворения алюминия (порядка 4 часов) и атмосферном давлении.

Часть реакционной массы оставляют для использования в качестве катализатора алкоголиза.

Из полученной реакционной массы отгоняют непрореагировавший изопропанол при атмосферном давлении, а затем целевой продукт при остаточном давлении 8-10 мм рт.ст. и температуре 140-170°С получают 335,1 г изопропоксида алюминия. Выход - 88,7%.

Примеры 2-8 проводят по аналогичной методике примера 1. Результаты представлены в таблице. В примере 2 выход изопропоксида алюминия 0%, что обосновывает выбор пределов состава катализатора и его количество.

Пример 9.

В реактор загружают 60 г измельченного, как в примере 1, алюминия (куски, стружка), добавляют 0,9 г - (1,5 мас.% в расчете на Al) катализатор - реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%): изопропоксида алюминия 95,5, изопропанол 3,0, алкоголяты металлов 1,5, в том числе изопропоксида железа 0,8, изопропоксида кремния 0,4, изопропоксида титана 0,3.

Смесь нагревают до 137°С и после начала выделения водорода загружают в реактор изопропанол в количестве 405,0 г и снижают температуру до 80°С. Синтез ведут 4,6 часа и атмосферном давлении.

Из полученной реакционной массы отгоняют непрореагировавший изопропанол и изопропоксид алюминия, как в примере 1. Получают 447,5 г изопропоксида алюминия. Выход - 98,7%.

Примеры 10-11 проводят по аналогичной методике примеров 1-9. Результаты представлены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет снизить расход катализатора с 0,6 г/моль до 0,33 г/моль конечного продукта, сократить время реакции с 8 до 3,5 часов, увеличить выход изопропоксида алюминия с 94,0% до 99,7% (см. таблица, примеры 1, 3-11). Кроме того, для катализа используется реакционная масса, содержащая смесь алкоголятов, что исключает использование предварительной стадии выделения изопропоксида.

ТаблицаСинтез изопропоксида алюминия
Пример №	Взято алюминия, г	Количество катализатора в расчете на исходный Al, мас.%	Состав катализатора, мас.%	Температура синтеза, °С	Время реакции, час	Выход изопропоксида алюминия	Расход катализатора г/моль конечного продукта
Al(OR)3	Изопропиловый спирт	Алкоголяты металлов	активация	синтез	% от теории	г	суммарный	по изопропоксиду алюминия
изопропоксид железа	изопропоксид кремния	изопропоксид титана
1	50	1,0	91,4	2,6	3.50	0,80	0,90	135	80	4,0	88,7	335,1	0,37	0,33
2	50	0,6	89,9	2,0	5,10	2,20	0,80	160	73	5,0	0	0	0	0
3	50	1,5	91,4	3,0	3,50	1,30	0,80	140	80	3,0	95,6	361,2	0,42	0,39
4	50	15,0	91,4	6,0	1,80	0,60	0,20	120	80	4,0	99,5	376,5	4,07	4,05
5	50	20,0	91,4	8,0	0,30	0,10	0,20	140	80	3,5	99,3	375,3	5,50	4,97
6	50	22,0	91,4	5,0	2,30	0,90	0,40	140	75	4,0	99,2	374,8	6,01	5,48
7	60	2,0	94	2,0	2,90	0,60	0,50	130	80	4,5	99,7	452,1	0,54	0,49
8	60	5,0	93,8	6,0	0,10	0,08	0,02	135	75	4,5	99,5	451,1	1,36	1,27
9	60	1,5	95,5	3,0	0,80	0,40	0,30	137	80	4,6	99,7	447,5	0,41	0,35
10	60	1,0	97,2	2,6	0,10	0,08	0,02	135	75	4,5	90,1	408,5	0,34	0,27
11	60	5,0	97,2	2,6	0,10	0,08	0,02	135	80	4,3	99,3	456,6	1,34	1,30
Прототип	26	1,7	100	-	-	-	-	82	35	6,0	94,0	185,0	-	0,50

Способ получения изопропоксида алюминия взаимодействием металлического алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии катализатора с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава, мас.%:

изопропоксид алюминия	91,4-97,2
изопропанол	2,6-8,0
изопропоксиды металлов	0,2-5,2
в том числе:
изопропоксид железа	0,1-3,5
изопропоксид кремния	0,08-0,8
изопропоксид титана	0,02-0,9,

взятую в количестве 1-20 мас.% в расчете на исходный алюминий, синтез изопропоксида алюминия осуществляют при температуре 75-140°С и атмосферном давлении.