ES2201142T3 - Catalizador y procedimiento para producir compuestos de oxirano. - Google Patents
Catalizador y procedimiento para producir compuestos de oxirano.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN CATALIZADOR HETEROGENEO UTILIZADO PARA PRODUCIR UN COMPUESTO DE OXIRANO HACIENDO REACCIONAR UN COMPUESTO OLEFINICO CON UN HIDROPEROXIDO ORGANICO, EL CATALIZADOR ES SUBSTANCIALMENTE INSOLUBLE EN LA MEZCLA DE REACCION, EL CATALIZADOR COMPRENDE AL MENOS UN COMPUESTO DE SILICIO SELECCIONADO ENTRE EL GRUPO QUE CONSTA DE SILICE Y SILICATOS INORGANICOS, EN COMBINACION QUIMICA CON UN OXIDO O HIDROXIDO DE TITANIO, Y SE OBTIENE MEDIANTE UN PROCESO QUE COMPRENDE LOS PASOS DE A) IMPREGNAR EL COMPUESTO DE SILICIO CON UN COMPUESTO DE TITANIO CON UN SOLVENTE PARA IMPREGNACION; B) ELIMINAR EL SOLVENTE PARA LA IMPREGNACION; C) LAVAR ENTONCES LA COMPOSICION RESTANTE CON UN SOLVENTE DE LAVADO Y ELIMINAR EL SOLVENTE DE LAVADO; Y D) CALCINAR ENTONCES LA COMPOSICION RESIDUAL.
Description
Catalizador y procedimiento para producir
compuestos de oxirano.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la preparación de un catalizador usado para
producir compuestos oxirano y un procedimiento para producir
compuestos oxirano usando el catalizador.
Se conoce ya en la técnica el hacer reaccionar un
compuesto olefínico con un hidroperóxido orgánico con la ayuda de
un catalizador heterogéneo que comprende al menos un compuesto de
silicio, seleccionado del grupo consistente en sílice sólida y
silicatos inorgánicos, en combinación química con un óxido o
hidróxido de titanio, para convertir el compuesto olefínico en un
compuesto oxirano
(EP-A-49-2795,
EP-A-46-308,
EP-A-47-7315,OE-A-2015503,
EP-A-0345856 y FR-A-2704159).
EP-A-0345856 y FR-A-2704159).
El catalizador heterogéneo que comprende sílice
sólida y/o silicato inorgánico y titanio unido químicamente a él se
puede preparar por diversos métodos conocidos. Por ejemplo, se
conoce un método que comprende impregnar el compuesto de silicio con
un compuesto de titanio en un disolvente, separar después el
disolvente y calcinar la composición remanente. Sin embargo, el
catalizador preparado por el método anteriormente mencionado es
insatisfactorio tanto en actividad como en selectividad. En la
producción a escala comercial, cuando la actividad del catalizador
es baja, se necesitan reactores excesivamente grandes; cuando la
selectividad es baja y la cantidad de subproductos es grande, se
necesitan instalaciones de purificación excesivamente grandes y la
energía necesaria para la purificación es alta, dando como
resultado un alto coste de producción. Por ello, se ha deseado
impacientemente el desarrollo de un catalizador que sea excelente
tanto en actividad como en selectividad.
Así, es objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento para la preparación de un catalizador
que se pueda usar en la producción de compuestos oxirano con
excelente actividad y excelente selectividad.
Este objeto se ha conseguido por el hallazgo de
un procedimiento que, en adición a las etapas del procedimiento del
método conocido para preparar un catalizador anteriormente
mencionado, posteriormente a la etapa de separar el disolvente
usado para la impregnación, comprende además las etapas de lavar la
mezcla con un disolvente de lavado y después separar el disolvente
de lavado, muestra tanto excelente actividad como excelente
selectividad cuando se usa en la producción de compuestos
oxirano.
Según la presente invención, se ha proporcionado
un procedimiento para la preparación de un catalizador heterogéneo
usado para producir un compuesto oxirano haciendo reaccionar un
compuesto olefínico con un hidroperóxido orgánico, catalizador que
es sustancialmente insoluble en la mezcla de reacción, y que
comprende al menos un compuesto de silicio, seleccionado entre
sílice sólida y silicatos inorgánicos, en combinación química con
un óxido o un hidróxido de titanio, y que comprende dicho proceso
las etapas de:
- (a)
- impregnar el compuesto de silicio con un compuesto de titanio en un disolvente para la impregnación,
- (b)
- separar el disolvente para la impregnación,
- (c)
- lavar después la composición remanente con un disolvente de lavado seleccionado para separar los compuestos de titanio residuales no unidos químicamente y separar el disolvente de lavado, y
- (d)
- calcinar después la composición residual;
y un procedimiento para producir un compuesto
oxirano haciendo reaccionar un compuesto olefínico con un
hidroperóxido orgánico en presencia de dicho catalizador.
En la reacciones catalíticas, en general, una
condición importante para lograr alta actividad y alta selectividad
es preparar sitios catalíticamente activos uniformes. En la
presente reacción, se piensa generalmente que el titanio unido
químicamente a la sílice sólida y/o al silicato inorgánico
constituye los sitios catalíticamente activos. En el método
conocido mencionado anteriormente, después de la impregnación,
después de separar meramente el disolvente usado para la
impregnación, se lleva a cabo la siguiente etapa de calcinado. En
este método, según ello, la composición procede a la etapa de
calcinado mientras contiene aún compuesto de titanio residual no
unido químicamente a la sílice sólida y/o al silicato inorgánico. Se
considera que el compuesto de titanio remanente no unido
químicamente se convierte en titania que tiene actividad baja y
selectividad baja por calcinación. Se considera que, como resultado,
los sitios activos del titanio químicamente unido y de la titania,
que tiene actividad baja y selectividad baja, van a existir juntos
en el producto, dando como resultado un catalizador de actividad y
selectividad disminuidas.
Se han hecho extensivos estudios basados en la
idea de hacer la cantidad del compuesto de titanio remanente no
unido químicamente tan pequeña como sea posible, y se encontró como
resultado que se puede obtener un catalizador que muestre excelentes
resultados de reacción, después de impregnar un compuesto de silicio
con un compuesto de titanio y separar después el disolvente usado
para la impregnación, lavar después la composición remanente con un
disolvente de lavado, después separar el disolvente de lavado,
seguido de calcinación. Comparado con los catalizadores obtenidos
por el método anterior que no comprende etapa de lavado, el
catalizador de la presente invención es excelente tanto en actividad
como en selectividad.
El catalizador de la presente invención contiene
titanio unido químicamente a la sílice sólida y/o al silicato
inorgánico, y se considera que el titanio está presente en el
estado tetravalente. Además, se considera que el titanio está unido
a la sílice sólida y/o al silicato inorgánico en forma de un óxido,
por ejemplo,
--Si--O--
\ \delm{T}{\delm{\dpara}{O}}i--O--Si--
La sílice sólida y/o los silicatos inorgánicos
usados en la presente invención contienen preferiblemente al menos
50%, más preferiblemente al menos 75%, más preferiblemente al menos
90%, en forma de su dióxido, de silicio. La sílice sólida y/o los
silicatos inorgánicos tienen preferiblemente un área de superficie
específica relativamente grande. El área de superficie específica es
preferiblemente al menos 1 m^{2}/g, más preferiblemente
25-800 m^{2}/g.
La sílice es preferiblemente sílice porosa
sintética de densidad relativamente alta y de tipo muy compactado
que está compuesta de partículas de sílice amorfa coaguladas o
unidas unas a otras, y puede ser, por ejemplo, gel de sílice,
sílice precipitada, o similares. El método de preparación de tal
sílice sintética y sus propiedades se describe en " The Colloid
Chemistry of Silica and Silicates", (escrito por R.G. Iler,
publicado por Cornell University Press, New York, U.S.A., 1955,
capítulo VI) y el documento U.S. Nº 2.657.149. Entre los geles de
sílice disponibles en el mercado, se usan preferiblemente los que
tienen un área de superficie específica de 25-700
m^{2}/g, volumen de poro de 0,3-2,0 ml/g y
contenido en sílice de al menos 99% en peso. También se pueden usar
favorablemente polvos de sílice consistentes en partículas de sílice
amorfa floculada en forma poco compactada, que se desintegra
fácilmente, agregados unidos débilmente. Un ejemplo es la sílice
pirogénica ahumada obtenida sometiendo hidrógeno y oxígenos junto
con tetracloruro de silicio o tetrafluoruro de silicio a una
operación de combustión. Están disponibles en el mercado diversas
sílices de esta clase, que incluyen, por ejemplo,
Cab-o-sil (una marca registrada,
fabricada por Cabot Corporation) y Aerosil (una marca registrada,
fabricado por Degussa). Entre estos productos de sílices son
particularmente preferidos los que tienen un área de superficie
específica de 50-500 m^{2}/g y contenido en
silicio de al menos 99%.
También se pueden usar aluminosilicatos
cristalinos conocidos como tamices moleculares como la sílice
sólida y/o los silicatos inorgánicos. También se pueden usar
silicatos cristalinos naturales, ejemplos de los cuales incluyen
asbestos minerales, tal como la serpentina (silicato de magnesio
hidratado), minerales arcillosos, tales como la hectorita (silicato
de litio y magnesio), caolín y bentonita, y minerales de mica,
tales como flogopita (silicato de potasio, aluminio y magnesio) y
vermiculita (silicato de magnesio hidratado).
Entre estas clases de sílice y silicatos
descritos anteriormente, se usa preferiblemente sílice sólida
amorfa sintética y/o silicatos inorgánicos, y en particular se usan
preferiblemente los que consisten sustancialmente en sílice pura y
tienen un contenido en sílice de, por ejemplo, al menos 95%.
Los disolvente usados para la impregnación y el
lavado pueden ser disolventes orgánicos que contengan oxígeno, que
tengan de 1 a alrededor de 12 átomos de carbono y sean líquidos a
temperatura ordinaria. Son, por ejemplo, alcoholes, cetonas, éteres
(tanto acíclicos como cíclicos) y ésteres. Los ejemplos específicos
de ellos incluyen alcoholes tales como el metanol, etanol,
etilenglicol, propilenglicol, isopropanol,
n-butanol y octanol; cetonas, tales como la acetona,
dietilcetona, metiletilcetona y metilisobutilcetona; éteres
hidrocarbonados, tales como el éter diisobutílico y el
tetrahidrofurano, y ésteres hidrocarbonados, tales como el acetato
de metilo, acetato de etilo, acetato de butilo y propionato de
butilo.
Aunque el disolvente para la impregnación y el
disolvente de lavado pueden ser iguales o diferentes, los alcoholes
mencionados anteriormente son los usados preferiblemente como
disolvente de lavado.
Los compuestos de titanio usados en la presente
invención pueden ser sales solubles de titanio de ácidos
inorgánicos o ácidos orgánicos y ésteres del ácido titánico.
Ejemplos específicos de los compuestos de titanio incluyen el
titanato de tetrametilo, titanato de tetraetilo, titanato de
tetrapropilo, titanato de tetraisopropilo, titanato de tetrabutilo,
titanato de tetraisobutilo, titanato de
tetra-2-etilhexilo, titanato de
tetraoctadecilo, tetracloruro de titanio, tetrabromuro de titanio,
tetraioduro de titanio, oxiacetilacetonato de titanio (IV), y
diisopropóxido bisacetilacetonato de titanio (IV). Cuando se usan
alcoholes o cetonas como disolvente para la impregnación, se usa
preferiblemente tetracloruro de titanio y ésteres inferiores del
ácido titánico.
La disolución de impregnación tiene
preferiblemente una concentración de titanio de alrededor de 0,01
mol/l a alrededor de 1,0 mol/l. Los ejemplos específicos de la
disolución incluyen una disolución en alcohol de tetracloruro de
titanio y una disolución de éster de ácido titánico que tenga
1-10 átomos de carbono por cada grupo alcoxilo en un
alcohol que tenga 1-10 átomos de carbono. La
concentración del compuesto de titanio en la disolución de
impregnación y la cantidad de la disolución usada se ajustan
preferiblemente, con el fin de dar un contenido en titanio en el
catalizador final en el intervalo alrededor de 0,1 a alrededor del
10% en peso, calculado en términos de la cantidad de titanio
respecto al peso de la sustancia sólida silícea inorgánica, siendo
más preferido un contenido en titanio de 1,5% en peso o menos. Un
bajo contenido en titanio da como resultado una actividad mejorada y
una selectividad mejorada. Con el fin de dar el contenido en
titanio deseado y la actividad deseada, también se puede usar un
procedimiento de impregnación multi-etapas que o
bien pasa o bien no pasa por una etapa de secado y/o calcinado.
El catalizador de la presente invención puede
contener una pequeña cantidad de un modificador del catalizador.
Los ejemplos del modificador del catalizador incluyen metales
alcalinos, tales como el litio, sodio, potasio y rubidio, y metales
alcalinotérreos, tales como el magnesio, calcio, estroncio y bario.
Estos modificadores se añaden en forma soluble a la disolución de
impregnación. En general, se añade adecuadamente 5% en peso (como
metales) o menos del modificador de catalizador al presente
catalizador. Es aconsejable añadir alrededor de
0,25-1,0% en peso de tal modificador de catalizador
como sodio, potasio, calcio y magnesio.
Posteriormente a la impregnación, el disolvente
absorbido en la sustancia silícea se separa. La operación de
separación del disolvente puede contener decantación, filtración,
separación centrífiga, evacuación, secado y otras operaciones
adecuadas. Las condiciones en la etapa de separación del disolvente
se seleccionan de tal manera que se pueda eliminar preferiblemente
el 80%, más preferiblemente el 90%, del exceso de disolvente
orgánico líquido usado para la impregnación.
Después de la separación del disolvente, se lleva
a cabo el lavado. El disolvente de lavado y el catalizador del cual
ha sido separado el disolvente para la impregnación se mezclan
completamente, y la parte en fase líquida se separa por medios tales
como filtración o decantación. Esta operación se repite un número
necesario de veces. La finalización del lavado se puede juzgar, por
ejemplo, por el análisis de la parte en fase líquida. La
temperatura de lavado es preferiblemente 0-100ºC
más preferiblemente 10-60ºC. Después de la
finalización del lavado, el líquido de lavado remanente se separa
por la misma técnica que se usa en la etapa de separación del
disolvente para la impregnación. La separación del disolvente es
útil para recuperar una gran cantidad de disolvente y, al mismo
tiempo, para reducir el peligro de inflamación durante la
calcinación y además, para impedir la bajada de la fuerza física
del catalizador causada por la vaporización abrupta de gran
cantidad de disolvente volátil que puede ocurrir en la estructura
del catalizador durante el posterior calcinado a mayor temperatura.
El secado a 25ºC-200ºC, posterior a la decantación,
es eficaz como un medio de separación del disolvente y es
preferible.
Después de la etapa de lavado y separación del
disolvente de lavado, la composición del catalizador se calcina. La
atmósfera para la calcinación es, por ejemplo, un gas no reductor,
tal como el nitrógeno, argón y dióxido de carbono, y un gas que
contiene oxígeno, tal como el aire. Un papel de la calcinación es
convertir el titanio desde la forma que soporta la sustancia silícea
sólida, esto es la forma de haluro, alcóxido, etc., en un óxido
insoluble, unido químicamente. El otro papel de la calcinación es
activar el catalizador. La temperatura de calcinación es
preferiblemente 400ºC-900ºC, más preferiblemente
400ºC-700ºC. El período de tiempo de calcinación es
preferiblemente alrededor de 1-18 horas.
El catalizador así obtenido se pone en contacto
preferiblemente con un agente sililante antes del uso. El agente
sililante puede ser, por ejemplo, un silano orgánico, sililamina
orgánica, sililamida orgánica y sus derivados, silazano orgánico, y
otros agentes sililantes. Ejemplos específicos de silanos orgánicos
incluyen clorotrimetilsilano, diclorodimetilsilano,
clorobromodimetilsilano, nitrotrimetilsilano, clorotrietilsilano,
iododimetilbutilsilano, clorodimetilfenilsilano,
clorodimetilsilano,
dimetil-n-propilclorosilano,
dimetilisopropilclorosilano,
t-butildimetilclorosilano, tripropilclorosilano,
dimetiloctilclorosilano, tributilclorosilano, trihexilclorosilano,
dimetiletilclorosilano, dimetiloctadecilclorosilano,
n-butildimetilclorosilano,
bromometildimetilclorosilano, clorometildimetilclorosilano,
3-cloropropildimetilclorosilano,
dimetoximetilclorosilano, metilfenilclorosilano,
trietoxiclorosilano, dimetilfenilclorosilano,
metilfenilvinilclorosilano, bencildime- tilclorosilano,
difenilclorosilano, difenilmetilclorosilano,
difenilvinilclorosilano, tribencilclorosilano, y
3-cianopropildimetilclorosilano. Los ejemplos
específicos de las sililaminas orgánicas incluyen
N-trimetilsililimidazol,
N-t-butildimetilsililimidazol,
N-dimetiletilsililimidazol,
N-dimetil-n-propilsililimidazol,
N-dimetilisopropilsililimidazol,
N-trimetilsilildimetilamina,
N-trimetilsilildietilamina,
N-trimetilsililpirrol,
N-trimetilsililpirrolidina,
N-trimetilsililpiperidina,
pentafluorofenildimetilsililamina y
1-cianoetil(dietilamino)dimetilsilano.
Los ejemplos específicos de sililamidas orgánicas y sus derivados
incluyen N,O-bistrimetilsililacetamida,
N,O-bistrimetilsililtrifluoroacetamida,
N-trimetilsililacetamida,
N-metil-N-trimetilsililacetamida,
N-metil-N-trimetilsililtrifluoroacetamida,
N-metil-N-trimetilsililheptafluorobutiramida,
N-(t-butil-dimetilsilil)-N-trifluoroacetamida,
y
N,O-bis(dietilhidrosilil)trifluoroacetamida.
Los ejemplos específicos de silazanos orgánicos incluyen
hexametildisilazano, heptametildisilazano,
1,1,3,3-tetrametildisilazano,
1,3-bis(clorometil)tetrametildisilazano,
1,3-divinil-1,1,3,3-tetrametildisilazano
y 1,3-difeniltetrametildisilazano. Los ejemplos de
otros agentes sililantes incluyen
N-metoxi-N,O-bistrimetilsililtrifluoroacetamida,
carbamato de
N-metoxi-N,O-bistrimetilsililo,
sulfamato de N,O-bistrimetilsililo,
trifluorometanosulfonato de trimetilsililo, y
N,N'-bistrimetilsililurea. Un agente sililante
preferido es la hexametildisilazano, representado por la siguiente
fórmula:
CH_{3}--
\ \melm{\delm{\para}{CH _{3} }}{S}{\uelm{\para}{CH _{3} }}i---
\ \delm{N}{\delm{\para}{H}}--
\ \melm{\delm{\para}{CH _{3} }}{S}{\uelm{\para}{CH _{3} }}i--CH_{3}
El catalizador también puede someterse a un
tratamiento de hidratación antes de la sililación. El tratamiento
de hidratación significa aquí poner en contacto (antes de la
sililación) el catalizador con agua y después calentar el
catalizador o poner en contacto el catalizador con vapor de agua a
una temperatura alta, generalmente 100ºC o más, preferiblemente en
el intervalo de 150-450ºC, durante
0,5-6 horas. El tratamiento de hidratación se lleva
a cabo más preferiblemente exponiendo el catalizador a vapor de
agua a una temperatura de 300-450ºC durante
1-6 horas.
El catalizador así preparado se puede usar en
cualquier forma física deseada, p.ej., polvos, escamas, partículas
esféricas y gránulos.
Los compuestos oxirano se pueden producir
haciendo reaccionar un hidroperóxido orgánico con una olefina en
presencia del catalizador preparado por el método descrito
anteriormente.
Un hidroperóxido es un compuesto que tiene la
fórmula
R--O--O--H
en la que R es un grupo hidrocarbilo monovalente.
El compuesto reacciona con un compuesto olefínico para formar un
compuesto oxirano y un compuesto
R--OH.
R es preferiblemente un grupo que tiene
3-20 átomos de carbono, más preferiblemente un grupo
hidrocarbilo y un grupo alquilo secundario o terciario o un grupo
aralquilo, que tiene cada uno 3-10 átomos de
carbono. Los preferidos particularmente de estos grupos son los
grupos alquilo terciarios y los grupos aralquilo secundarios o
terciarios. Los ejemplos específicos de ellos incluyen el grupo
terc-butilo, el grupo terc-pentilo,
el grupo ciclopentilo, el grupo
1-feniletil-1, el grupo
2-fenilpropil-2 y el grupo
tetralinilo formado por separación de un átomo de hidrógeno de la
cadena lateral alifática de una molécula de tetralina.
Los ejemplos de hidroperóxido de aralquilo que
tienen un grupo hidroperóxido unido a un átomo de carbono presente
en la cadena lateral alquílica directamente unida al anillo
aromático incluyen el hidroperóxido de etilbenceno
(1-feniletil-1-hidroperóxido)
e hidroperóxido de cumeno
(2-fenilpropil-2-hidroperóxido).
Cuando se usa hidroperóxido de etilbenceno, el
compuesto hidroxílico obtenido es el 1-feniletanol
(metilfenilcarbinol), que se puede convertir en estireno por
deshidratación. Cuando se usa hidroperóxido de cumeno, el compuesto
hidroxílico resultante es el
2-fenil-2-propanol
(dimetilfenilcarbinol), que se puede convertir en un
\alpha-metilestireno por deshidratación. Tanto el
estireno como el \alpha-metilestireno son
sustancias industrialmente útiles.
Cuando se usa hidroperóxido de
terc-pentilo, el alcohol
terc-pentílico resultante es útil como precursor
del éter metil terc-pentílico, que es un agente que
mejora el número de octanos; y el terc-amileno
obtenido por deshidratación del alcohol
terc-pentílico es útil como precursor del isopreno.
Cuando se usa hidroperóxido de t-butilo, el
alcohol
t-butílico resultante es útil como precursor del éter metil-t-butílico, que es un agente que mejora el número de octanos.
t-butílico resultante es útil como precursor del éter metil-t-butílico, que es un agente que mejora el número de octanos.
El hidroperóxido orgánico usado como material
inicial puede ser una sustancia diluida o concentrada, purificada o
impurificada.
En general, se puede hacer reaccionar un
compuesto orgánico que tenga al menos un doble enlace olefínico con
un hidroperóxido orgánico. El compuesto orgánico puede ser
acíclico, monocíclico, bicíclico o policíclico y puede ser
monoolefínico, diolefínico o poliolefínico. Cuando el compuesto
tiene dos o más enlaces olefínicos, los enlaces pueden ser o bien
enlaces conjugados o bien enlaces no conjugados. El compuesto es
preferiblemente un compuesto olefínico que tenga
2-60 átomos de carbono. Aunque el compuesto puede
tener un sustituyente, el sustituyente es preferiblemente un grupo
relativamente estable. Los ejemplos de tales hidrocarburos incluyen
el etileno, propileno, 1-buteno, isobutileno,
1-hexeno, 3-hexeno,
1-octeno, 1-deceno, estireno y
ciclohexeno. Los ejemplos de hidrocarburos diolefínicos incluyen el
butadieno y el isopreno. El compuesto puede tener un sustituyente,
del cual un ejemplo es un átomo de halógeno. El compuesto puede
tener además diversos sustituyentes que comprendan un átomo de
oxígeno, azufre y/o nitrógeno junto con un átomo de hidrógeno y/o
carbono. Los compuestos olefínicos particularmente preferidos son
los alcoholes olefínicos insaturados e hidrocarburos olefínicos
insaturados sustituidos con halógeno, ejemplos de los cuales
incluyen el alcohol alílico, el alcohol crotílico, y el cloruro de
alilo. Particularmente preferidos son los alquenos que tienen
3-40 átomos de carbono, que pueden estar sustituidos
con un grupo hidroxilo o un átomo de halógeno.
La utilidad de los compuesto oxirano se conoce
desde hace tiempo. Muchos compuestos de oxirano son productos
químicos industriales útiles, siendo particularmente importantes
los óxidos de olefina tales como el óxido de etileno y el óxido de
propileno. El óxido de propileno se puede convertir en productos
poliméricos útiles por polimerización o copolimerización. La
epiclorohidrina, que también es industrialmente importante, se
puede obtener a partir del cloruro de alilo. Si se desea, la
epiclorohidrina se puede convertir en glicerol. También es posible
producir glicerol a partir de un compuesto oxirano obtenido a
partir del alcohol alílico.
Los compuestos oxirano se pueden producir por el
uso de la composición del catalizador que se prepara por el método
especificado anteriormente y que es sustancialmente insoluble en la
mezcla de reacción de epoxidación y por ello puede formar un
sistema heterogéneo. La composición del catalizador usada
anteriormente mencionada tiene una actividad muy alta y puede
convertir hidroperóxidos orgánicos con una alta conversión y tiene
una alta selectividad a los compuestos oxirano. El término
"selectividad" significa aquí la relación molar del compuesto
oxirano formado al hidroperóxido orgánico convertido.
En general, una reacción de epoxidación se puede
llevar a cabo en una fase líquida usando un disolvente y/o un
diluyente. El disolvente y el diluyente son preferiblemente los que
sean líquidos a la temperatura y presión de la reacción y
sustancialmente inertes a los reactantes y a los productos de
reacción. El disolvente también puede ser una sustancia que ya esté
presente en la disolución de hidroperóxido usada. Por ejemplo,
cuando el hidroperóxido de etilbenceno (HPOEB) usado es una mezcla
de HPOEB y etilbenceno, que es un material de partida suyo, el
etilbenceno puede sustituirse por disolvente sin adición particular
de disolvente. También puede usarse un segundo disolvente como
diluyente. Los ejemplos de disolventes útiles como diluyentes
incluyen compuestos aromáticos monocíclicos (p.ej., benceno,
tolueno, clorobenceno, bromobenceno y
o-diclorobenceno) y alcanos (p. ej., octano, decano
y dodecano). También es posible usar una cantidad en exceso de
reactantes olefínicos como disolvente. Así, junto con el disolvente
suministrado junto con un hidroperóxido orgánico, se puede usar
como disolvente una cantidad en exceso de un reactante olefínico.
La cantidad de la totalidad de los disolventes usados es
preferiblemente 20 moles o menos por mol de hidroperóxido.
La temperatura de la reacción de epoxidación es
preferiblemente 0-200ºC, más preferiblemente
25-200ºC. La presión de la reacción debe ser
suficiente para mantener la mezcla de reacción en estado líquido y
es preferiblemente 100-10.000 kPa.
Después de la finalización de la reacción de
epoxidación, se puede separar fácilmente una mezcla líquida que
contiene el producto deseado de la composición del catalizador. La
mezcla líquida se puede purificar después por métodos apropiados.
Los métodos de purificación incluyen destilación fraccionada,
extracción selectiva, filtración, lavado, etc. El disolvente,
catalizador, olefina sin reaccionar e hidroperóxido sin reaccionar
se pueden reciclar y reutilizar.
El procedimiento de la presente invención puede
practicarse ventajosamente usando el catalizador en forma de lodo o
lecho fijo. En una operación a gran escala comercial, se usa
preferiblemente un lecho fijo. El procedimiento de la presente
invención puede llevarse a cabo por lotes, semicontinuamente o
continuamente. Cuando un líquido que contiene los reactantes pasa a
través de un lecho fijo, la mezcla líquida que sale de la zona de
reacción no contiene o no contiene sustancialmente catalizador.
La presente invención se describe con más detalle
con referencia a los ejemplos. No es necesario decir que la
invención no está limitada por los ejemplos.
Se mezclaron un gel de sílice disponible
comercialmente (10-40 mesh, área de superficie
específica 300 m^{2}/g, diámetro medio de poro 10 nm) (50 g),
titanato de tetraisopropilo (2,2 g), acetilacetona (1,65 g) e
isopropanol (200 ml), después se agitó a temperatura ambiente
durante 30 minutos, y se filtró la mezcla. La parte sólida se
sumergió en isopropanol (50 ml), se lavó por agitación, y el líquido
se separó por filtración. Esta operación se repitió tres veces. La
parte sólida se secó bajo una corriente de nitrógeno a 500ºC
durante 2 horas y después se calcinó bajo una corriente de aire a
600ºC durante 4 horas.
Se mezcló la sustancia (10 g) obtenida por la
calcinación, hexametildisilazano (4 g) y tolueno (50 g), y después
se agitó con calentamiento bajo presión a 200ºC durante 1 hora. El
líquido se separó de la mezcla por filtración. El sólido remanente
se lavó con tolueno (50 g) y se secó a vacío (120ºC, 10 mmHg, 3
horas) para obtener un catalizador.
Síntesis del óxido de propileno por epoxidación
del propileno usando hidroperóxido de etilbenceno:
Se colocó el catalizador así preparado (contenido
en Ti 0,75% en peso, calculado sobre la base de las cantidades de
carga) (2 g), 35% de hidroperóxido de etilbenceno (60 g) y
propileno (75 g) en un autoclave y se les hizo reaccionar a 120ºC
durante 1 hora. Los resultados de la reacción se muestran en la
Tabla 1.
Se repitieron los mismos procedimientos del
Ejemplo 1 excepto que las cantidades respectivas de titanato de
tetraisopropilo, acetilacetona e isopropanol se duplicaron para
obtener un catalizador y que se usó 1 g del catalizador para la
reacción de epoxidación. Los resultados de la reacción se muestran
en la Tabla 1.
Se repitieron los mismos procedimientos del
Ejemplo 1 excepto que las cantidades respectivas de titanato de
tetraisopropilo, acetilacetona e isopropanol se redujeron a la
mitad para obtener un catalizador y que se usó 4 g del catalizador
para la reacción de epoxidación. Los resultados de la reacción se
muestran en la Tabla 1.
\newpage
Ejemplo Comparativo
1
Se repitieron los mismos procedimientos del
Ejemplo 1 excepto que el disolvente de impregnación se separó por
decantación y no se llevó a cabo el lavado para obtener un
catalizador y que se usó 2 g del catalizador para la reacción de
epoxidación. Los resultados de la reacción se muestran en la Tabla
1.
Ejemplo Comparativo
2
Se repitieron los mismos procedimientos del
Ejemplo Comparativo 1 excepto que las cantidades respectivas de
titanato de tetraisopropilo, acetilacetona e isopropanol se
duplicaron para obtener un catalizador y que se usó 1 g del
catalizador para la reacción de epoxidación. Los resultados de la
reacción se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo Comparativo
3
Se llevó a cabo una reacción de epoxidación de la
misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que se usaron 15 mg de
TiO_{2} (titania) como catalizador. Los resultados de la reacción
se muestran en la Tabla 1.
En la Tabla 1, la conversión del HPOBE más alta
significa la actividad del catalizador más alta; y la selectividad
más alta para el óxido de propileno y la selectividad más baja para
los subproductos (que llevan al incremento de la carga en la
purificación) significan la selectividad más alta del catalizador.
Como es aparente en la Tabla 1, los catalizadores obtenidos por un
procedimiento que, además de las etapas de los procedimientos de
las técnicas anteriores, comprende además una etapa de lavado
muestran actividad incrementada y selectividad incrementada a los
productos deseados y selectividad reducida a los subproductos
(comparar el Ejemplo 1 con el Ejemplo Comparativo 1 y comparar el
Ejemplo 2 con el Ejemplo Comparativo 2). En cuanto a la actividad,
la actividad del presente catalizador mejora un
20-30% juzgada por el índice de velocidad de
reacción. Además, tanto la actividad como la selectividad se
incrementan en el orden de los Ejemplos 2, 1 y 3, en los que el
contenido en titanio decrece en este orden.
Ejemplo | Ejemplo Comparativo | |||||
1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
Contenido en Ti(p%) | 0,75 | 1,5 | 0,38 | 0,75 | 1,50 | 60 |
Actividad | ||||||
Conversión del HPOEB(%) | 99,93 | 98,22 | 99,96 | 99,62 | 96,11 | 7,80 |
Indice de velocidad de | ||||||
reacción | 2,24 | 1,24 | 2,41 | 1,72 | 1 | 0,03 |
Selectividad (%) | ||||||
OP | 85,15 | 83,54 | 86,89 | 84,15 | 83,25 | 31,60 |
FNL | 0,19 | 0,26 | 0,13 | 0,28 | 0,35 | 0,13 |
BALD | 0,14 | 0,23 | 0,12 | 0,17 | 0,27 | 0,36 |
PG | 0,33 | 0,32 | 0,25 | 0,36 | 0,52 | 1,72 |
Nota: HPOEB : Hidroperóxido de etilbenceno | ||||||
\hskip0.8cm OP \hskip0.55cm : Oxido de propileno | ||||||
\hskip0.8cm FNL \hskip0.3cm : Fenol | ||||||
\hskip0.8cm BALD \hskip0.05cm : Benzaldehído | ||||||
\hskip0.8cm PG \hskip0.52cm : Propilenglicol |
Claims (9)
1. Un procedimiento para la preparación de un
catalizador hetereogéneo usado para producir un compuesto oxirano
haciendo reaccionar un compuesto olefínico con un hidroperóxido
orgánico, catalizador que es sustancialmente insoluble en la mezcla
de reacción, y que comprende al menos un compuesto de silicio
seleccionado entre sílice y silicatos inorgánicos, en combinación
química con un óxido o hidróxido de titanio, que comprende las
etapas de:
- a)
- impregnar el compuesto de silicio con un compuesto de titanio en un disolvente para la impregnación,
- b)
- separar el disolvente para la impregnación,
- c)
- lavar después la composición remanente con un disolvente de lavado seleccionado para separar los compuestos de titanio residuales no unidos químicamente y separar el disolvente de lavado,
- d)
- después calcinar la composición residual, y
- e)
- sililar adicionalmente el catalizador.
2. El procedimiento acorde con la reivindicación
1, en el que el disolvente de lavado es un alcohol.
3. El procedimiento acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que el lavado se realiza de 10 a
60ºC.
4. El procedimiento acorde con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, en el que el contenido en titanio es
1,5% en peso o menos basado en el peso del compuesto de silicio.
5. Un procedimiento para producir un compuesto
oxirano que comprende
- -
- una primera etapa de preparación de un catalizador heterogéneo acorde con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, y
- -
- una segunda etapa de reacción de un compuesto olefínico con un hidroperóxido orgánico en presencia del catalizador preparado en la primera etapa.
6. El procedimiento acorde con la reivindicación
5, en el que el compuesto olefínico es propileno.
7. El procedimiento acorde con la reivindicación
5 ó 6, en el que el hidroperóxido orgánico es hidroperóxido de
etilbenceno.
8. El procedimiento acorde con la reivindicación
5, en el que el compuesto olefínico es propileno y el hidroperóxido
orgánico es hidroperóxido de t-butilo.
9. El procedimiento acorde con una cualquiera de
las reivindicaciones 5 a 8, en el que el contenido en titanio del
catalizador es 1,5% en peso o menos basado en el peso del compuesto
de silicio.
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