Каталитическое гидроалкилирование ароматических углеводородов, химизм и катализаторы процесса

Алкилированием (гидро — в присутствии водорода) называются процессы введения алкильных групп в молекулы органических и некоторых неорганических веществ. Процессы алкилирования часто являются промежуточными стадиями в производстве мономеров, моющих средств и т. д.

Все алкильные агенты делят на 3 группы: ненасыщенные соединения (алкены, ацетилены); хлорпроизводные с достаточно подвижным атомом; спирты, простые и сложные эфиры. Самые часто используемые — алкены.

В качестве катализатора используются серная, фосфорная, кислоты Льюиса (AlCl₃, FeCl₃), катионообменные и др. Для алкилирования фенолов применяются протонные кислоты, поскольку AlCl₃ в этом случае мало эффективен, так как дает с фенолами неактивную соль. По своему механизму реакция алкилирования ароматических углеводородов принадлежит к типичным процессам электрофильного замещения в ядре. Активной частицей является ион карбония. При катализе протонными кислотами ион карбония возникает путем передачи протона олефину:

AlCl₃ и другие протонные кислоты (ZnCl₂, CaCl₂ и др.) дают с хлористыми алкилами комплексные соединения. При алкилировании олефинами, с которыми AlCl₃ не может образовывать ион карбония, всегда требуется сокатализатор, например, хлористый водород, вода или какое-нибудь хлоропроизводное. Роль воды и хлоропроизводного состоит в образовании HCl и в полученной системе олефин — AlCl₃-HCl возникновение иона карбония уже возможно. Получившийся тем или иным путем ион карбония атакует затем ароматическое кольцо, образуется р-комплекс с последующей быстрой стадией отщепления протона. Промежуточным образованием карбоний-ионов объясняется реакция изомеризации алкильных групп, их деструкция и полимеризация олефинов. Как известно, все эти процессы протекают через стадии образования ионов карбония, причем первичные ионы карбония легко изомеризуются во вторичные и третичные, которые подвергаются крекингу и катионной полимеризации. К наиболее многотоннажным продуктам, вырабатываемым алкилированием ароматических соединений, относятся этили изопропилбензол. Первоначально изопропилбензол использовали в качестве высокооктановой добавки к моторным топливам. Дегидрированием изопропилбензола получают б-метилстирол. Из изопропилбензола получают фенол и ацетон. Алкилированием ароматических углеводородов можно получать смазочные масла, присадки, пластификаторы (применяют диизобутилен, но чаще тетрамер пропилена; сульфокислоты вызывают полимеризацию олефинов и способствуют значительному выходу диалкилфенолов). В последнее время в промышленности используется новый вид катализатора алкилирования — ионообменные смолы. Лучшим катализатором является катионит марки КУ-2. Его получают сополимеризацией стирола с дивинилбензолом и последующим сульфированием хлорсульфоновой кислотой и омылением щелочью или водой. Преимуществом применения смол является отсутствие промывных кислых вод, возможность проводить процесс непрерывно и автоматизировать его.