Alchilarea benzenului cu propenă în prezența clorurii de aluminiu, în sistemul gaz-lichid

Introducere

Reactia de alchilare a benzenului cu propena se foloseste pentru obtinerea izopropilenului un produs important pentru industria petrochimica.

Dezvoltarea industriei petrochimice a deschis noi posibilitati de valorificare a izopropilbenzenului. Astfel prin dehidrogenarea lui se obtine -metilstiren, utilizat in industria cauciucului si a maselor plastic, iar prin oxidarea lui se obtine hidroperoxidul de cumen.Dupa descoperirea reactiei de formare a acetone si fenolului prin hidroliza hidroperoxidului de cumen, au fost puse in functiune o serie de instalatii industriale de fabricat fenol si acetone prin aceasta metoda.Datorita cresterii continue a consumului de fenol, aceasta metoda s-a extins foarte repede astfel incat in 1960, 50 % din productia mondiala de fenol era obtinuta din izopropilbenzen.

Industrial alchilarea benzenului cu propena se efectuaza in prezenta acizilor fosforic, sulfuric sau a clorurii de aluminiu. Atunci cand izopropilbenzenul urmeaza a fi folosit in sinteze petrochimice, alchilarea benzenului cu propena se efectueaza in prezenta AlCl3 deoarece produsul obtinut nu contine hidrocarburi nesaturate.

Mecanismul reactiei

La alchilarea hidrocarburilor aromatice cu olefina in prezenta de AlCl3 (cu urme de apa sau HCl) se formeaza un complex cu olefin, dupa schema:

CH3-CH=CH2 +AlCl3 + H2O [ CH3- +CH-CH3 ] [ AlCL3 (OH)]

Carbocationul izopropil reactioneaza cu benzenul formand un produs intermediar de aditie care, prin eliminarea ulterioara a unui proton, se transforma in izopropilbenzen.

Izopropilbenzenul poate suferi o alchilare ulterioara, dupa aceeasi schema formand di-izopropilbenzenul, care la randul sau reactioneaza cu propena dand tri-izopropilbenzenul, si asa mai departe, obtinandu-se in final o serie de produse dupa schema:

Benzen izopropilbenzen di-izopropilbenzen tri-izopropilbenzen etc.

Prin urmare alchilarea benzenului cu propena are loc cu reactii consecutive.

Consecinte cinetice

Reactia de alchilare a benzenului cu propena, in prezenta AlCl3 ,prezinta o serie de particularitati cinetice deorece are loc intr-un system polifazic “gaz-lichid-catalizator” , astfel ca reactia este posibila numai pe suprafata catalizatorului dispersat in lichid (benzen) si numai dupa ce gazul (propena) s-a dizolvat in prealabil in faza lichida.

Pentru simplificarea analizei cinetice se considera ca:

• Reactia de alchilare a benzenului cu propena decurge in 2 etape:

A B C

A-benzen; B-izopropilbenzen; C-poliizopropilbenzen;

r1,r2-vitezele de reactie;

• Ambele etape de reactie sunt practice ireversibile, deoarece calculele termodinamice arata ca echilibrul reactiei de alchilare a hidrocarburilor aromatice cu olefine este deplasat aproape complet spre dreapta pana la temperaturi in jur de 200-250 .

• Ambele etape de reactie pot fi considerate monomoleculare, deoarece viteza fiecarei etape de reactive variaza numai in functie de variatia concentratie reactantului lichid, concentratia propenei in solutie, considerandu-se constanta.

Pe baza acestor premise putem scrie ca:

r1= K1CA si r2= K2CB

CA- concentratia de benzen, moli/cm3

CB- concentratia de izopropilbenzen, moli/cm3

Viteza de reactie, r, ce reprezinta cantitatea de compus care reactioneaza intr-o anumita directive, in unitatea de timp si unitatea de volum se poate exprima si prin relatia :

r= ;

P-cantitatea de materie prima reactionata, moli

V-volumul amestecului de reactie, cm3

r-viteza de reactie , moli/s cm3

t-timpul, s

Presupunem ca in momentul initial(t=0) in amestecul de reactie se afla a moli de substanta A, iar substantele B si C lipsesc complet.Dupa un timp oarecare t , in amestecul de reactive se vor afla toate cele 3 substante.

Daca notam:

x- nr de moli de A care au reactionat pana la momentul t

y- nr de moli de B care au reactionat in acelasi interval de timp, formand produsul final C;

rezulta ca la momentul oarecare t, amestecul de reactie va fi compus din:

a= x moli de A;

x= y moli de B;

y moli de C;