Bài giảng chế biến khí : QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA part 2

AlCl3 ở trạng thái rắn hầu như không tan trong hydrocacbon và xúc tác rất yếu cho phản ứng. Tuy nhiên theo mức độ hình thành HCl, AlCl3 bắt đầu chuyển qua trạng thái lỏng có màu sậm. Chất lỏng này mặc dù không tan trong hydrocacbon nhưng có hoạt tính rất lớn và do đó tốc độ phản ứng sẽ tăng lên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng chế biến khí : QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA part 2 AlCl3 ở trạng thái rắn hầu như không tan trong hydrocacbon và xúc tác rấtyếu cho phản ứng. Tuy nhiên theo mức độ hình thành HCl, AlCl3 bắt đầu chuyểnqua trạng thái lỏng có màu sậm. Chất lỏng này mặc dù không tan tronghydrocacbon nhưng có hoạt tính rất lớn và do đó tốc độ phản ứng sẽ tăng lên. Trạngthái hoạt động của AlCl3 có thể chuẩn bị bằng cách sục khí HCl qua hệ huyền phùcủa AlCl3 trong hydrocacbon, khi đó sẽ hình thành phức của AlCl3 và HCl với 1 đến6 phân tử hydrocacbon thơm, trong đó một phân tử này nằm ở trạng thái cấu trúcđặc biệt mang điện tích dương (phức σ) còn các phân tử còn lại hình thành lớpsolvat: H - Al2Cl7 . (n-1) ArH H Nhằm đạt được vận tốc alkyl hóa cao ngay từ thời điểm bắt đầu phản ứng,phức này thường được chuẩn bị trước rồi sau đó đưa vào hệ phản ứng. 1.2. Cơ chế phản ứng 1.2.1. Khi tác nhân là dẫn xuất Clo RCl: xúc tác AlCl3 sẽ hoạt hóa Cl tạo ra phức phân cực mạnh (phức σ) và hình thành cacbocation RCl + AlCl3 ↔ Rδ+ → Cl → δ-AlCl3 ↔ R+ + AlCl4- R R + H+ + R + +R H 1.2.2. Khi tác nhân là olefin: xúc tác AlCl3 sẽ kết hợp với chất đồng xúc tác là HCl để tạo ra cacbocation RCH = CH2 + HCl + AlCl3 → RC+H - CH3 + AlCl4- Trong trường hợp này cấu tạo của nhóm alkyl trong sản phẩm được xác địnhtheo nguyên tắc về sự tạo thành cacbocation bền vững nhất ở giai đoạn trung gian(bậc III > bậc II > bậc I). 1.3. Các phản ứng phụ Các phản ứng phụ có thể xảy ra trong quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm:  Alkyl hóa nối tiếp  Nhựa hóa  Phân hủy các nhóm alkyl  Polyme hóa olefin • Phản ứng alkyl hóa nối tiếp: Khi alkyl hóa các hợp chất thơm với sự có mặt của xúc tác bất kỳ sẽ xảy rasự thế nối tiếp các nguyên tử H và tạo thành hỗn hợp sản phẩm với mức độ alkylhóa khác nhau. Ví dụ khi etyl hóa C6H6 sẽ xảy ra đến khi tạo thành hexa etylbenzen: + C2H4 + C2H4 + C2H4 C6H6 C6H5 - C2H5 C6H4- (C2H5)2 C6H3- (C2H5)3 v.v. Mỗi phản ứng trong dãy này đều là các phản ứng bất thuận nghịch. Tuynhiên khi dùng xúc tác Aluminosilicat hoặc Zeolit ở điều kiện tương đối khắcnghiệt hoặc khi dùng xúc tác AlCl3 thì sẽ xảy ra phản ứng thuận nghịch với sự dịchchuyển vị trí của các nhóm alkyl: C6H4R2 + C6H6 2 C6H5R C6H3R3 + C6H6 C6H5R + C6H4R2 Khả năng dịch chuyển vị trí của các nhóm alkyl được sắp xếp theo dãy: (CH3)3C- > (CH3)2CH- > CH3 - CH2- >> CH3- Các khả năng hình thành sản phẩm nối tiếp: + R+ R R R + R+ R R R R R + +R R R R R R + R+ R R • Phản ứng nhựa hóa Nguyên nhân là do các vòng thơm ngưng tụ ở nhiệt độ cao tạo thành các sảnphẩm như diarylalkan, triarylalkan, diarylolefin ... Nhiệt độ càng tăng phản ứngnhựa hóa hình thành hợp chất đa vòng sẽ càng tăng. • Phản ứng phân hủy các nhóm alkyl Nguyên nhân là do khi điều kiện phản ứng khắc nghiệt sẽ thúc đẩy sự phânhuỷ các nhóm alkyl và tạo ra các sản phẩm phụ có mạch alkyl ngắn. Ví dụ: + Khi C3H6 phản ứng với C6H6 có hình thành sản phẩm C6H5-C2H5 + Khi C2H4 phản ứng với C6H6 có hình thành sản phẩm C6H5-CH3. Mạch alkyl càng dài càng dễ bị phân hủy. Sự phân huỷ có khả năng xảy ra ởgiai đoạn tách cacbocation. + 2 C6H6 RC+H - CH2R RCH = CH2 + R+ C6H5 - CH - CH3 + C6H5R - H+ H • Phản ứng polyme hóa olefin Nguyên nhân là do sự kết hợp nối tiếp của cacbocation với olefin (trùng hợpcation) + C2H4 + C2H4 CH3- C+H2 CH3- (CH2)2- C+H2 CH3- (CH2)4- C+H2 .... Polyme sinh ra có khối lượng phân tử không lớn và có thể hạn chế bằng lượngdư hydrocacbon thơm và giảm nồng độ olefin trong pha lỏng. 2. Thiết bị phản ứng Hiện nay có 3 loai thiết bị phản ứng liên tục để alkyl hóa các hydrocacbonthơm với xúc tác AlCl3. Alkylat Alkylat ...