Способ метилирования бензола

Способ метилирования бензола

Реферат

Изобретение относится к способам получения органических соединений, конкретно, к метилбензолам, которые являются важными растворителями и исходными веществами для производства различных ценных веществ.

Наиболее часто метилбензолы получают каталитическим метилированием бензола. В качестве метилирующих агентов используют метиловый спирт, диметиловый эфир, метилгалогениды - труднодоступные или токсичные вещества. Диалкилдисульфиды, как метилирующие агенты, не применяются. В то же время при переработке газа и нефти в огромных количествах получаются низшие диалкилдисульфиды, с R=C₁-C₂ (преобладает диметилдисульфид).

В Пат. US №5902906, ⁷С319/14, 11.05.1999, взаимодействие диметилдисульфида с бензолом в жидкой фазе в присутствии хлорида алюминия при 82°С, времени контакта 5-60 мин приводит только к тиоанизолу, образование метилбензолов не наблюдалось.

Задачей изобретения являлось создание способа метилирования бензола с использованием диметилдисульфида как альтернативного метилирующего агента.

Задача решается тем, что метилбензолы получают взаимодействием диметилдисульфида с бензолом в присутствии катализатора высококремнистого цеолита HZSM-5, в газовой фазе, при атмосферном давлении, температуре 250-350°С, времени контакта 1-20 с.

Технический результат - получения толуола, ксилолов, мезитилена и дурола с использованием альтернативного метилирующего агента - диметилдисульфида.

Используемый цеолит содержит основные центры умеренной силы и значительное количество сильных кислотных центров. При контакте бензола с протонными центрами катализатора образуются связанные с поверхностью ионы бензола. В результате взаимодействия диметилдисульфида с катализатором возникает поверхностный комплекс, в котором атомы серы связаны с кислотными центрами, а атом углерода метальной группы - с основными центрами. Это приводит к разрыву связей S-S и C-S в дисульфиде и образованию на поверхности СН₃-фрагментов, которые взаимодействуют с активированным бензолом, приводя к образованию метилбензолов.

Синтез метилбензолов и метилтиофенов проводится в газовой фазе при атмосферном давлении в проточной установке. Гелий из баллона с определенной скоростью пропускают через сатураторы - первый с диметилдисульфидом, второй с бензолом. Смесь диметилдисульфида, бензола и гелия при определенной температуре поступают в заполненный катализатором реактор, обогреваемый безинерционной печью. Реакционная смесь через шестиходовой кран поступает в хроматограф ЛХМ-8МД. Периодически с помощью двухходового крана отбирают газовую пробу для проведения анализа. Высококипящие продукты реакции конденсируют в охлаждаемом приемнике и анализируют хроматографически и методом хроматомасс-спектрометрии. По результатам анализа определяют конверсию бензола, в %, и выходы продуктов в мол. %. Время контакта равно отношению объема катализатора (в см³) к скорости газового потока в см³/с при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами, приведенными в таблице

Пример 1

В реактор загружают цеолит HZSM-5 в водородной форме и пропускают через него смесь диметилдисульфида с бензолом в гелии при атмосферном давлении, температуре 350°С, времени контакта 1.1 с, мольном отношении диметилдисульфида к бензолу (4-5): 1. Конверсия бензола составляет 14%, выходы продуктов составляют: толуола 0.1 моль %, ксилолов (смесь орто-, мета- и параизомеров) 6.8 мол. %, мезитилена 0.2 мол. % и дурола 7 мол. %.

Примеры 2-3

Пример 1 повторен с тем отличием, что время контакта равно 4.7 и 8.8 с.

Примеры 4-6

Пример 1 повторен с тем отличием, что температура опыта равна 300°С и время контакта равно 2.5-20 с.

Примеры 7-8

Пример 4 повторен с тем отличием, что мольное отношение диметилдисульфида к бензолу равно 1.1:1 и 8.4:1.

Примеры 9-11

Пример 1 повторен с тем отличием, что температура опыта равна 250°С и время контакта равно 3.0-15.1 с.

Пример 12

Пример 1 повторен с тем отличием, что температура равна 200°С и время контакта равно 12.1 с.

Примеры 7-8 показывают, что изменение мольного отношения диметилдисульфида и бензола не оказывает влияния на показатели процесса.

Пример 12 показывает, что при температуре 200°С продукты метилирования бензола получаются с низкими выходами.

Способ метилирования бензола, характеризующийся тем, что его осуществляют взаимодействием бензола с метилирующим агентом, отличающийся тем, что в качестве метилирующего агента используют диметилдисульфид, процесс осуществляют в присутствии катализатора - высококремнистого цеолита HZSM-5, в газовой фазе при атмосферном давлении, при температуре 250-350°C, времени контакта 1.1-20 с.