Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Хотя дегидратация этанола на окиси алюминия была открыта в 1797 г. 11, прошел целый век, прежде чем было предпринято систематическое исследование разложения спиртов на этих катализаторах [2, 3]. Большую часть экспериментального материала трудно интерпретировать по трем причинам I) ранние исследователи не понимали важности химической природы использованной окиси алюминия 2) в методике анализа отсутствовала точность современных исследований 3) область использования спиртов была недостаточно широка, чтобы создать базу для понимания механизма дегидратации.

ПОИСК





Механизм дегидратации спиртов на окисноалюминиевых катализаторах Цель обзора

из "Катализ стереохимия и механизмы органических реакций"

Хотя дегидратация этанола на окиси алюминия была открыта в 1797 г. 11, прошел целый век, прежде чем было предпринято систематическое исследование разложения спиртов на этих катализаторах [2, 3]. Большую часть экспериментального материала трудно интерпретировать по трем причинам I) ранние исследователи не понимали важности химической природы использованной окиси алюминия 2) в методике анализа отсутствовала точность современных исследований 3) область использования спиртов была недостаточно широка, чтобы создать базу для понимания механизма дегидратации. [c.56]
При обсуждении механизма существовала тенденция брать за основу данные, полученные на окиси алюминия с одним реагентом, главным образом с этанолом. Большая часть всех выводов основывалась на соотношениях между образованием эфира и этилена. Кроме того, многие исследователи не понимали, что структура и способ приготовления катализатора играют важную роль. [c.56]
Более того, в большинстве исследований не дифференцировались первичные и вторичные реакции. Во многих случаях образующиеся олефины, вероятно, должны были вновь адсорбироваться и затем изомеризоваться. Для выяснения различных возможных механизмов важно не только изучить кинетику реакций, но, кроме того, использовать при интерпретации этих данных химические соображения. [c.56]
Более поздние исследования в этой области показали важность кислотных центров окиси алюминия для управления ходом дегидратации. Рассмотрение в последнее время стереохимических факторов при дегидратации и использование газовой хроматографии в качестве аналитического метода привело к лучшему пониманию этой реакции и, следовательно, ее механизма. [c.56]
Исчерпывающий обзор реакций дегидратации, в котором можно найти большую часть литературы по этому вопросу, сравнительно недавно был опубликован Уинфилдом [3]. Цель данной статьи состоит в том, чтобы дать обзор некоторых последних достижений и выявить сходство между катализируемой окисью алюминия дегидратацией спиртов и сольволитическими реакциями. Ниже будет показано, что тщательный выбор модельных соединений, таких, как олефины и спирты, позволяет объяснить каталитическое действие окиси алюминия и выявить присутствие каталитически активных центров. [c.57]
Стерические эффекты, молекулярные перегруппировки, анхи-мерическое содействие и использование изотопов уже дали цен ные сведения о природе каталитически активных центров окиси алюминия и привели к унифицированному механизму их действия. [c.57]
Образование алюминатной структуры с некоторыми незначительными изменениями предположили также Сабатье и Рейд [4]. В последнее время эта теория была возрождена Топчиевой с сотр. [5]. [c.58]
Одна группа А1 — ОН отдает свой протон образующейся воде и одна группа А1 — О получает протон от спирта. [c.58]
Шваб и Шваб-Агаллидис [7] исследовали конкурирующие реакции дегидратации и дегидрогенизации этанола на у- и а-формах окиси алюминия и предположили, что дегидратация протекает главным образом в порах катализатора, в то время как дегидрогенизация — на поверхности. Их вывод был основан на том наблюдении, что дегидратирующая активность окиси алюминия уменьщается после нагревания при высоких температурах, когда происходит исчезновение дефектов кристаллической решетки . о противоречит мультиплетной теории, которая предполагает, что дегидратация протекает на , а не в поверхности катализатора [8]. [c.58]
МИ [10—12] указал на преимущества наличия как можно более мелких полостей внутри кристалла окиси алюминия. Адкинс и Уоткинс [13] сообщили о том, что дегидратирующая активность окиси алюминия, полученной из изопропилата алюминия, в два раза выще активности промышленного образца и, кроме того, она более активна в реакциях изомеризации двойных связей. Зелинский и Арбузов [14] описали изомеризацию циклогексена в метилциклопен-тены на окиси алюминия. Адкинс и Роэбак [15] показали, что окись алюминия, приготовленная из изопропилата алюминия, почти в десять раз более активна в скелетной изомеризации циклогексена, чем стандартный промышленный окисноалюминиевый катализатор. Кроме того, они сообщили, что этот катализатор ускорял достижение равновесия между углеводородами, отличающимися только по положению двойных связей. [c.59]
Уитмор [16], развивая идею об образовании ионов карбония, включил реакции на дегидратирующих катализаторах. Применение механизма с участием иона карбония к реакции дегидратации спиртов на окиси алюминия нашло поддержку ряда исследователей [17, 18]. [c.59]
Несмотря на то что окись алюминия является прекрасным и щироко распространенным катализатором дегидратации спиртов, в литературе отсутствует единое мнение относительно механизма этой реакции или природы непредельных продуктов. Например, алкены-1 были получены из таких первичных спиртов, как бута-нол-1 [19—22], пентанол-1 [23], гексанол-1 [24—26], гептанол-1 [27] и октанол-1 [25 ] однако сообщалось о том, что из других первичных спиртов получают смесь олефинов, отличающихся положением двойной связи [13, 26, 28] или даже углеродным скелетом [29], и что олефины типа неразветвленных гексенов [24, 30] претерпевают на окиси алюминия только сдвиг двойной связи без скелетной изомеризации. С другой стороны, при превращении циклогексена в метилциклопентены [14, 15] наблюдали перегруппировку углеродного скелета. [c.59]
В то время как миграция двойной связи в олефинах может быть вызвана как основным [31], так и кислотным катализом [32], наличие скелетной изомеризации при этих условиях может быть обусловлено действием кислотного катализатора. При этом предположении окиси алюминия приписываются кислотные свойства. [c.59]
НИЯ КИСЛОТНОСТИ окиси алюминия были использованы различные физические и химические методы. Титрование бутиламином (33], диоксаном [34] и водным раствором едкого кали [35], а также хемосорбция газообразного аммиака [35], триметиламина [36] или пиридина [37] дали кажущиеся величины кислотности, близкие к величинам, полученным для алюмосиликата. С другой стороны, индикаторный метод определения кислотности твердых тел, разработанный Уоллингом [38], не показал присутствия даже слабокислотных центров [39, 40]. [c.60]
Активность окиси алюминия в реакциях дегидратации и изомеризации заметно уменьщается при адсорбции ионов натрия или калия [36, 37, 41, 42]. Приблизительно параллельное уменьшение конверсии с ростом содержания натрия указывает на то, что каталитические центры для дегидратации и изомеризации одни и те же [36]. [c.60]
Пайне и Хааг исследовали корреляцию между адсорбцией триметиламина и каталитической активностью различных образцов окиси алюминия в реакциях изомеризации и дегидратации [36]. На основе полученных результатов они пришли к следующим основным выводам а) наблюдается удовлетворительная корреляция между величинами каталитической активности и хемосорбции амина для образцов окиси алюминия, полученных по одному и тому же методу,— оба метода дают меру кислотности б) подобная корреляция между каталитической активностью и величиной адсорбции амина для образцов, полученных из различных источников, не имеет места. [c.60]
ТОЛЬКО в том случае, если распределение кислотных центров по силе кислотности на различных образцах окиси алюминия окажется одним и тем же. [c.61]
Изучение распределения продуктов изомеризации 3,3-диметилбутена оказалось полезным для оценки силы кислотных центров в образцах окиси алюминия [361. Чистая окись алюминия, полученная из изопропилата алюминия и прокаленная при 700°, показала оптимальную активность. Нагревание при более высоких температурах уменьшило число активных центров, а также их кислотную силу. Образцы окиси алюминия, полученные из алюминатов калия или натрия, содержали щелочной металл в количестве 0,08—0,05% в зависимости от способа осаждения и числа промывок. [c.61]
Полагают, что перегруппировки олефинов через ионы карбония Г [схемы (I), (Пб), (Иг)] протекают с достаточно большими скоростями только на относительно сильных кислотных центрах, тогда как перегруппировки через ионы карбония 2° и 3° происходят как на сильных, так и на слабых кислотных центрах. Относительные активности различных образцов окиси алюминия — катализаторов вышеописанных реакций — были использованы в качестве меры их относительных кислотностей. Степень изомеризации, т. е. общее количество вошедшего в реакции 3,3-диметилбутена, будет определяться количеством кислотных центров. Глубина изомеризации, или, иначе, протекание реакции по схеме (Пб) и (Пг), будет давать сведения о силе кислотных центров. Этот метод позволяет получить превосходную относительную информацию для сравнения и характеристики различных образцов окиси алюминия. [c.62]


Вернуться к основной статье


© 2024 chem21.info Реклама на сайте